吳東

（三菱重工叉車（大連）有限公司，遼寧大連 116600）

PLC在廢水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳東

（三菱重工叉車（大連）有限公司，遼寧大連 116600）

針對涂裝作業(yè)產(chǎn)生的廢水回收處理這一難題，應(yīng)用三菱FX系列PLC等設(shè)備，專門針對涂裝作業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的堿性工業(yè)廢水凈化、中和以及生化氧化等處理進行了控制，使其最終達到排放標(biāo)準(zhǔn)。主要介紹三菱FX系列PLC在廢水處理自控系統(tǒng)中的應(yīng)用，著重探討了PLC控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線監(jiān)控部分的設(shè)計思想和具體實現(xiàn)。

三菱FX系列PLC;廢水處理;數(shù)據(jù)采集;監(jiān)控系統(tǒng)

搞好廢水處理既可節(jié)能減排、保護環(huán)境，又能夠促進經(jīng)濟發(fā)展的良性循環(huán)，是保證國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、關(guān)系國計民生的重要舉措。開發(fā)適合中國國情的高效、低耗、滿足排放要求、基建和運行費用低的廢水處理系統(tǒng)，具有十分重要的現(xiàn)實意義。PLC以可靠性高，穩(wěn)定性好，功能強的特點廣泛運用于企業(yè)的控制系統(tǒng)中，被譽為當(dāng)今世界最先進的控制系統(tǒng)裝置。因此本項目采用三菱PLC控制廢水處理系統(tǒng)整個工作過程?，F(xiàn)場全部液位、pH值等連續(xù)信號通過現(xiàn)場模擬量轉(zhuǎn)換器和控制電纜傳送到特殊輸入模塊及模擬量輸入模塊中，將各種信號數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部運算后，再發(fā)出指令，通過電纜下達到各個現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，如泵、閥等，使之按要求自動工作。

1 項目工藝流程

本項目采用先進的廢水處理工藝，通過自動化控制達到預(yù)期規(guī)定的控制指標(biāo)。整套廢水處理裝置分為PH調(diào)整系統(tǒng)、氣浮處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)及污泥處理系統(tǒng)［1］。廢水主要來源于車體涂裝生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢水廢液，在一級處理階段中通過藥劑反應(yīng)、PH調(diào)整、化學(xué)混凝等方法進行雜質(zhì)分離;二級處理階段以生物膜法為主進一步除去污染物，是廢水處理生化處理的核心工藝，確保處理出水可以達到遼寧省地方標(biāo)準(zhǔn)《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》DB21/1627－2008中的排放要求。廢水處理工程工藝流程如圖1。

圖1 廢水處理工程工藝流程

2 項目方案

為了保證廢水處理系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，該項目中控制器、通信模塊、信號模塊等采用三菱系列產(chǎn)品。主要包括:PLC:FX2N－128MR－001;輸入/輸出擴展模塊FX2N－32ER;人機界面（HMI）:GT1175－VNBA－C;通信模塊:FX2N－485－BD。軟件由三菱公司配套的MELSOFT系列GX Developer，GT Designer開發(fā)而得。

FX2N是三菱公司目前FX系列PLC中性能最優(yōu)秀的機型之一，大量的軟元件、豐富的應(yīng)用指令以及內(nèi)置大容量的程序存儲器，即使面對復(fù)雜的控制也可以從容應(yīng)對，其位執(zhí)行指令達0.08 us。在中小型控制系統(tǒng)中，F(xiàn)X2N是性價比較好的選擇。HMI與PLC直接通過通訊口進行通訊，系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置以及手動時的各部件的操作均通過HMI進行。FX2N－32ER作為系統(tǒng)的自然擴展，自動識別，直接利用其I/O點，完成信號的輸入/輸出動作。

3 控制系統(tǒng)構(gòu)成

控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行器控制部分以及上位機監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)實際要求輸入點76點，輸出點55點，PLC本體加上一個擴展模塊完全可以滿足要求。上位機采用觸摸屏，可以方便的監(jiān)控設(shè)備（如水泵、加藥泵、攪拌機、電磁閥等）。基本功能主要包括:數(shù)據(jù)采集與處理、運行過程的自動保護、統(tǒng)計報表與查詢、人機界面、T程管理、通訊等功能。另外，它還提供了各工藝流程、預(yù)處理、手動控制、參數(shù)設(shè)定等系統(tǒng)的監(jiān)控畫面及信號報警記錄、歷史數(shù)據(jù)打印等模塊，具有系統(tǒng)運行穩(wěn)定、監(jiān)控操作及時、運行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特點。

硬件接口是該系統(tǒng)設(shè)計的主要部分，是PLC控制柜與現(xiàn)場系統(tǒng)設(shè)備間的連接接口，通過不同的電氣連接有效地防止干擾源，從而保證輸入信號的正確和輸出信號的可靠。PLC控制系統(tǒng)輸入輸出接口信號主要分為數(shù)字量輸入/輸出信號、模擬量輸入/輸出信號［2］。

模擬量輸入信號包括從一次元件傳來的溫度、液位、PH等信號。在選擇采樣點時盡量避開電磁干擾源、振動源、高溫等易引起測量誤差的地點，以保證數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。模擬量信號因為其在傳輸過程中有可能會受到其它信號的干擾，而可能出現(xiàn)較大幅度的瞬間變化，所以需要利用濾波算法把瞬間變化的干擾信號過濾掉，把有用的數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制系統(tǒng)處理?？紤]到廢水處理控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理速度、精度要求不是很高，為了防止信號的瞬間變化影響到系統(tǒng)對水質(zhì)，濁度的判斷，所以在系統(tǒng)中使用算術(shù)平均濾波算法，算法處理簡單，可靠性高，程序編寫方便。事實證明這種算法能夠很好地滿足現(xiàn)場的實際需要，取得了良好的效果。

模擬量輸出信號包括提升泵、收集水泵、回用水泵、加藥計量泵變頻器的控制信號。數(shù)字量輸入信號包含各個水泵風(fēng)機的運行，故障反饋信號，手/自動選擇信號;各個閥門的手動開，關(guān)控制信號，故障反饋信號和手/自動選擇信號。數(shù)字量輸出信號包括對各個水泵、風(fēng)機的開、關(guān)、復(fù)位輸出控制信號;各個閥門的開，關(guān)輸出控制信號;變頻器的啟動/復(fù)位控制信號。為了使PLC控制系統(tǒng)的輸出和現(xiàn)場設(shè)備回路之間隔離，在輸出端加裝了繼電器，用繼電器接點控制現(xiàn)場設(shè)備，使控制器與現(xiàn)場設(shè)備隔離，極大地提高了PLC控制系統(tǒng)的可靠性，同時也大大增強了出口帶負(fù)載的能力，使系統(tǒng)更安全。各個系統(tǒng)設(shè)備間互有信息傳送，通過不同組合、有序動作構(gòu)成了完整的廢水處理PLC控制系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)監(jiān)控管理

人機界面選用三菱系列GT1175－VNBA－C觸摸屏。人機界面主要用于顯示設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)的實時信息。屏幕中的組態(tài)畫面可顯示相應(yīng)的系統(tǒng)工作狀態(tài)信息，輸入數(shù)值或字符可與PLC進行數(shù)據(jù)交換，而產(chǎn)生相應(yīng)的動作，進而控制系統(tǒng)設(shè)備。采用觸摸屏人機界面，實現(xiàn)了對電機、泵、閥等運行的監(jiān)控，并且可以對寄存器的部分參數(shù)進行設(shè)定［3］。在具體設(shè)計上，以實用作為基本出發(fā)點，在界面上能夠顯示出基本的輸入按鍵與輸出狀態(tài)顯示，同時以生動的圖形來表示廢水處理系統(tǒng)的基本工作流程，做到界面清晰簡約。

4.1 系統(tǒng)在線監(jiān)控

系統(tǒng)可對廢水處理裝置的各項儀表數(shù)據(jù)實時的在線監(jiān)視，并且生動直觀的反應(yīng)在監(jiān)控界面上面。廢水處理系統(tǒng)流程示意圖如圖2，點擊流程工藝區(qū)域即可進入監(jiān)視該環(huán)節(jié)的監(jiān)視畫面。

圖2 廢水處理系統(tǒng)流程示意圖

4.2 工藝參數(shù)在線實時設(shè)定

系統(tǒng)可以提供在線的實時參數(shù)修改，當(dāng)在運行過程中發(fā)現(xiàn)工藝需要改進或其它問題，可以由操作員在線修改系統(tǒng)參數(shù)，以使系統(tǒng)工作在最優(yōu)控制狀態(tài)，手動設(shè)置參數(shù)面板如圖3。

4.3 在線手動控制

系統(tǒng)提供了在線實時的對參與控制的各電動閥門和泵的手動控制操作，如圖4。當(dāng)系統(tǒng)運行中需要進行維護或執(zhí)行其它控制時，可以在線實時地對各個設(shè)備進行手動單獨控制，而不影響其它設(shè)備的正常運行。

圖3 廢水處理系統(tǒng)手動設(shè)置面板

4.4 故障診斷和報警

當(dāng)各部位的設(shè)備狀態(tài)出現(xiàn)異常、監(jiān)測參數(shù)超出正常范圍時，系統(tǒng)可對故障原因自動診斷，并發(fā)出預(yù)防性的報警，以提醒操作員注意，進行相關(guān)的操作。

5 結(jié)語

以PLC為核心開發(fā)的廢水處理回收控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對風(fēng)機、泵、閥等設(shè)備啟動和停機的自動控制，達到了運行的高度自動化，同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省能耗，便于維護。該系統(tǒng)投入運行以來運行穩(wěn)定，減輕了運行人員的勞動強度，處理后廢水完全達到環(huán)保部門的排放標(biāo)準(zhǔn)，并可做為生產(chǎn)補充水循環(huán)使用。

［1］楊建，聶一波.汽車生產(chǎn)廢水綜合治理并回收工程實踐［J］.中國給水排水.2009（18）:79－81.

［2］沈世斌.基于PLC自由口通信的應(yīng)用［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2004（12）:26－28.

Application of PLC in Wastewater Treatment System

WU Dong
（Mitsubishi Forklift（Dalian）Co.，Ltd.Dalian Liaoning 116600，China）

The recycling and disposal of wastewater generated in the painting operation process is an important problem for environment.By utilizing Mitsubishi FX Series PLC and other equipment，A control sheme has been proposed.This scheme solved the problems of alkaline industrial wastewater purification，neutralization and biochemical oxidation in the painting operation process，and made it achieve discharge standards ultimately.The apphication of PLC in waste water trentment automatic control systems are introdued，and thedesign idea and concrete realization of the part of PLC control system and field bus control are discussed.

PLC，wastewater treatment;data acquisition;monitoring system

TP273

A

1009－315X（2011）03－0264－03

2011－04－11;最后

2011－04－18

吳東（1973－），男，吉林通化人，助理工程師，主要從事工業(yè)自動化研究。

（責(zé)任編輯 劉敏）