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        基于PLC與組態(tài)的智能污水處理控制系統(tǒng)設計*

        2023-01-18 10:07:36方雨昊陶麗萍
        科技創(chuàng)新與生產力 2022年12期
        關鍵詞:三菱伺服電機觸摸屏

        方雨昊,陶麗萍

        (無錫科技職業(yè)學院,江蘇 無錫 214028)

        隨著經濟發(fā)展,水資源污染日益嚴重。為了高效率、高標準地處理污水,根據(jù)對水質處理的要求與排放指標,本系統(tǒng)采用3臺可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)進行主從站分配通信,通過使用Q型PLC為主站,兩臺FX系列PLC為從站協(xié)同控制,采用CC-Link通信方式完成各個設備之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸,基于組態(tài)軟件(Monitor and Control Generated System,MCGS)繪制編寫了控制器畫面,能夠更加直觀地顯示現(xiàn)場狀況,提升系統(tǒng)的可視化程度。同時包括使用遠程控制模塊實現(xiàn)電腦端遠程監(jiān)控等功能,進一步提升用戶使用感,以適應市場發(fā)展的需求。

        1 系統(tǒng)控制要求

        該污水處理控制系統(tǒng)共有6臺電機,圖1為污水處理控制系統(tǒng)示意圖。根據(jù)排水需求,設定了兩臺提升泵用于將凈水排入河道,M1為閘門電機,M2為格柵電機,M3為螺旋輸送電機,M4為柵渣輸送電機,M5為提升泵電機,采用一拖二的方式控制兩臺提升泵電機,通過伺服電機來控制閘門的升降高度,絲桿控制能夠更精確地控制進水速度[1]。

        圖1 污水處理控制系統(tǒng)示意圖

        2 系統(tǒng)硬件組成

        本設計利用PLC與組態(tài)界面來控制污水處理工序,實現(xiàn)了對污水自動處理的控制,同時通過以太網模塊與網絡盒子實現(xiàn)遠程監(jiān)控,減少地域限制。本系統(tǒng)選用三菱Q00U PLC作為控制主站,兩臺三菱FX系列PLC作為從站進行輔助控制,此控制系統(tǒng)中共有6臺主要電機,采用FR-E740變頻器實現(xiàn)了無級調速。柵渣輸送與螺旋輸送電機由M3與M4驅動,都為雙速電機。M1與M2采用伺服電機,以模擬閘門高度與格柵運行圈數(shù),見圖2[2]。

        圖2 控制系統(tǒng)框圖

        3 PLC控制程序流程圖

        該污水處理控制系統(tǒng)包含3種模式:通信模式、調試模式、自動運行模式。系統(tǒng)上電后可自由選擇對應模式,在調試模式中,可依次選擇需要調試的電機M1~M6,以保證自動運行的準確性。然后進入自動運行模式:首先進行系統(tǒng)初始化,并設定預計污水總量等參數(shù)后,對污水水質進行檢測;接著依次在格柵池與磁絮凝池進行凈化,凈水達到標準后排入河道。根據(jù)程序流程圖編制的PLC程序(見圖3)由三菱公司提供的GX Works2軟件編寫。

        圖3 PLC程序流程圖

        4 MCGS人機界面設計

        污水處理控制系統(tǒng)利用MCGS實現(xiàn)生產過程可視化,通過觸摸屏可以監(jiān)控污水處理的各個流程(見第36頁圖4),實時檢測水質、溫度、pH值等數(shù)據(jù),并且自動計算各個電機的運行時間,能夠有效減少系統(tǒng)運行中出現(xiàn)人為錯誤的可能性。

        圖4 觸摸屏自動運行界面

        5 主從站PLC通信

        在該污水處理控制系統(tǒng)中,共有3臺三菱PLC通過CC-Link進行通信,見第36頁圖5。CC-Link通信系統(tǒng)是三菱公司推出的開放式現(xiàn)場總線,具有存儲數(shù)據(jù)多、傳輸速率快的優(yōu)點。通過這個系統(tǒng)能夠高效快速地實現(xiàn)主站與從站之間的相互通信。并且三菱的PLC大部分都支持CC-Link通信模塊的使用[3]。

        圖5 主從站CC-Link接線示意圖

        在PLC系統(tǒng)配置上,為了能夠兼容主流通信協(xié)議,選擇三菱Q系列PLC作為主站,F(xiàn)X3U-32MT型PLC與FX3U-32MR型PLC作為從站,采用CC-Link通信作為3站之間的通信協(xié)議,并且采用QJ71E71-100以太網模塊遠程控制,以及三菱485-BD通信板監(jiān)控伺服電機數(shù)據(jù)。

        6 遠程監(jiān)控

        近年來,物聯(lián)網技術發(fā)展迅速,許多物聯(lián)網云平臺順勢而生。因此,該污水處理控制系統(tǒng)將格柵池的水位、pH值、溫度、濁度等實際信息轉化成電信號,接著通過D/A轉換器將傳感器的電信號轉化成數(shù)字量信號,然后由PLC將數(shù)字量信號內部處理后轉化為實際值,之后通過云盒子將實際數(shù)據(jù)上傳到云平臺,最后通過電腦Web端等實現(xiàn)對污水處理站的遠程監(jiān)控與管理。通過云平臺的實時傳輸技術,現(xiàn)場設備的運行記錄、處理流程、維護信息等都可實時在電腦上查看,從而讓使用人員和維護人員能夠解除地域的限制,遠程監(jiān)控處理廠的運行,為污水處理廠的平穩(wěn)運行和精準維修提供了極大優(yōu)勢,圖6為遠程監(jiān)控原理框圖。

        圖6 遠程監(jiān)控原理框圖

        7 結束語

        本文所研究的智能污水處理控制系統(tǒng)為我國嚴重的污水問題提供一條解決思路與路徑。借助PLC和MCGS觸摸屏來控制系統(tǒng)的運行,方便穩(wěn)定的同時還可以根據(jù)用戶的需求來進行個性化的改進與創(chuàng)新。

        該系統(tǒng)中的MCGS觸摸屏組態(tài)界面能夠讓管理員不僅可以實時關注污水處理控制系統(tǒng)運行狀態(tài),還可以在值班室中對系統(tǒng)進行遠程操作,降低了事故發(fā)生率。并且采用MODBUS通信的方式將伺服驅動器與三菱FX3U-32MR進行MODBUS通信,使電機參數(shù)的監(jiān)控更加準確。

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