基于PLC的污水处理设备控制系统研究

陆大同 杨超

摘 要：经济的快速增长让煤矿开采力度不断增加，尽管获得了一定的经济效益，却以严重的环境污染作为代价，尤其水资源作为人类赖以生存的必需资源，其日渐枯竭的现状令人堪忧，科学设计污水处理设备控制系统，实现水污染治理功能十分关键。本文通过概述系统，说明了污水处理设备控制系统的设计与功能实现，并科学设计了监控管理系统。此研究以探究基于PLC与IFIX技术下的污水处理设备控制系统设计与实现为目的，从而增强污水处理效果。

关键词：污水处理；PLC；IFIX5.0

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.094

0 前言

伴随着煤炭产业的不断发展，随之形成了严重的水资源污染现象。由于煤炭企业在水污染防治问题上的意识薄弱以及治理不当，加剧了污染程度。即使部分企业采用人工管控形式，定期实施一次超滤反渗透系统的清洁处理，依然需要大量的人力操控，加大了工作任务量。一旦出现药剂添加过量的情况，超滤反渗透膜会受到严重的破坏，导致功能故障，影响到污水处理工作的开展，因此，深入探究和分析基于PLC与IFIX技术下的污水处理设备控制系统设计与实现具有重要意义。

1 系统概述

1.1 受控目标

此污水处理设备控制系统的设计以煤炭产业的超滤系统以及反渗透系统的联合管控为目标。其中的超滤系统设施涵盖了5套多介质过滤器设备、3套超滤设备，其中每一套的设备由36支超滤膜，2套化学清洁设施以及2个超滤水箱设备构成；而反渗透系统设施则涵盖了3个高压水泵设备，23套反渗透膜，其中的每一套由8支反渗透膜构成，排列形式为2段。对于中控室而言，主要涵盖了可编程控制器设施以及上位机监控系统两个部分，其中可编程控制器设施主要将借助智能仪表以及传感器等设备在现场测定的数据作为参考，并通过模数转换，使其传入到上位机当中，便于管控人员在监控系统之中分析，达到远程监控的效果[1]。

1.2 作用机制分析

对于污水的回收处理工作而言，通过过滤流入到多介质过滤器设备当中的大体积杂质，达到保护超滤膜以及反渗透膜免受破坏的目的。在对废水预处理管控后，其会流入到超滤系统当中，依靠超滤膜的杂质过滤处理，相应的截留半径是0.011～0.012μm，经过有效过滤污水之中含有的大分子物质，常见的涵盖了胶体、蛋白质以及藻类等物质，使滤后水可以流入到超滤水箱设备当中，并注重利用少部分水清洗超滤膜[2]。剩余则通过高压泵升压的处理之后，使其流入到反渗透系统设施之中。鉴于无机盐以及反渗透膜拥有良好的离子过滤功能，依靠反渗透过滤器设备能够将大部分的无机盐予以过滤，达到提升水质的目的，使其满足相关用水的规定。

2 污水处理设备控制系统的设计与功能实现

基于PLC与IFIX技术下的污水处理设备控制系统的设计过程中，通过以现场项目的设施布设情况作为参考，运用集中化管控与分散管控相结合的方式，科学对系统设置成不同的三层：其中，第一层即是管理层，主要基于TCP/IP协议下，利用PLC与以太网相连接的形式，实现计算机监测与打印机的相应功能，同时对计算机的监管操控权限加以设置；第二层即是管控层，PLC依靠将智能仪表设备、变频器设备和总线技术相连接的形式，并且运用到ET300M的模块功能，完成了现场模拟量与开关量等设施和分布式I/O相连接的任务，由此不但确保了数据通信的精准性和时效性，而且简化了现场设施的布设结构；而第三层即为设施层，涵盖了电机、传感器、阀门以及智能仪表等相关的设施[3]。

2.1 科学选择硬件类型

此次设计的系统主要选择了西门子企业生产的S7-400系列的PLC当作管控器设备，将DELL T3720当作工控机设备，并运用了iFIX5.0系列的组态软件成功构建了上位机监控管理系统。其中的CPU模块选择西门子CPU328-3PN/DP当作CPU模块[4]。利用此模块具备的集成以太网接口，可以不必将以太网模块独立化，将以太网和下位机进行有效通信，并发挥出对PROFIBUS-DP总线通信的有效支持作用。对于电源模块而言，以PS308-10A交流电作为首选。进行选用输入/输出模块的时候，应该紧密结合现场的电气元件需要的I/O点数作为重要的参考，并且对拓展备用量进行15%～25%的提升处理，达到完成系统维护与更新的目的。对于数字量输入而言，将16块的额定输入DC32V SM324作为首选，而数字量输出着将6块的DC220V/AC220V的继电器输出相应的SM322作为首选，对于模拟量的输入将以4块10通道的SM332首选，而模拟量输出则以4块8通道的SM334作为首选。通过以杀菌剂、化学清除剂以及相关工艺作为参考，将IND335智能称重仪表设备作为主要设施，采用数字滤波技术，获得精准的用量数值。选用AK4000压力变送器作为测定压力的仪器，TXT7000作为智能温度仪表设备。测定进、产水流量时，以智能涡街流量传感器设备作为首选，其中运用西门子MM450变频器设备。

2.2 系统管控程序设计方案

实施PLC编程设计时，运用到LAD、STL两类不同的语言，从而达到缩减研发程序时间的目的。基于高效获得流量与压力数值的目的，有效控制STEP软件之中的模块FB42，完成管控相应的压力与流量的任务。利用PID控制器达到规避误差，降低系統超调量的效果，使系统的动态功能获得增强。其中的组织块为OB2、OB36以及OB200，其中OB200属于初始程序，而OB2则属于子程序，涵盖了模拟量转换标定和通讯处理子程序、自动管控程序、保护处置程序以及远程手动管控程序等构成部分[5]。FB2则为生成报表的相应触发程序，而系统的通讯模块则涵盖了FB5和FB6，其中的反渗透与超滤自动管控程序则为FB21，上位机监控管理系统则为FB26，实现以手动管控方式，远程控制相关设备的效果。对现场收集获取的模拟量的数据利用FC103与FC104实现转换标定处理，并发挥FC22针对测量数据高出系统设置限值时的警报提醒作用。实施PID计算的时候，主要依靠变频器设备对高压泵、入水泵予以控制，并确保反渗透产水的质量。

3 监控管理系统的设计与实现

3.1 PLC与IFIX通讯功能分析

为了有效利用IFIX与PLC技术，确保设计的污水处理设备控制系统发挥出正常的作用，采用IFIX技术，使其通过以太网和下位机PLC完成通讯的任务，其存在的高效、快速以及大量传输的通讯优势特点，能够进行大量信息数据的传输与控制的过程当中，依靠监控室与可编程控制器设备的作用，达到较高的稳定性与效率。通过向iFIX5.0之中加入MBE驱动的方式，并科学完成相关的网络配置，依据TCP/IP协议的规定，借助驱动作用，增加相应的通讯通道Channe2

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，并向Device设备当中增加一定的数据块，保证PLC之中的數据块地址与数据块当中的变量相同。

3.2 科学设计人机的界面

基于发挥出系统远程监测的目的，运用上位机的时候，主要利用了IFIX5.0相关软件完成对监测画面的构建的任务。基于Windows7系统的运行背景，凸显出良好的便捷性、安全性以及实用性优势，并发挥出Microsoft SQL Server2010的数据归档优化与高效处理作用，依靠其具有的WEB功能，方便相关人员实时进行查看[6]。

对于此系统而言，主要涵盖了历史曲线、监控画面、操控记录、报警记录、数据监控以及报表画面等部分。其中监控画面另涵盖菜单栏与设施监测区域两个构成的部分，实施切换其他附属的监测画面时运用到菜单栏功能。依靠监控画面的作用，完成有效监测超滤与反渗透系统的设施运行状况的任务，并采用差异性颜色划分不同的运行情况。利用对安全登录界面合理设置的形式，提高操控权限，增强安全性。

4 结论

从此论文的阐述中可知，探究和分析基于PLC与IFIX技术下的污水处理设备控制系统设计与实现十分关键。本文通过概述系统，说明了污水处理设备控制系统的设计与功能实现：科学选择硬件类型、系统管控程序设计方案。并科学设计了监控管理系统：PLC与IFIX通讯功能分析、科学设计人机的界面。望此次研究的内容与结果，能够得到相关人员的关注，并从中获取一定的帮助，促进我国污水防治处理事业的不断发展。

参考文献：

[1]阮嘉琨，蔡延光，刘尚武.基于PLC的污水处理控制系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2017，30（06）：122-124.

[2]徐龙艳，翟亚红.基于PLC的污水处理厂控制系统的设计与实现[J].计算技术与自动化，2016，33（03）：52-54.

[3]冯瑞琴.基于PLC和模糊控制技术的污水处理控制系统设计与实现[J].安徽农业科学，2015，39（34）：21233-21237.

[4]高强，王国敬，李大华，张亮.污水处理流程一体化控制系统设计与实现[J].电气传动，2015，41（03）：55-58.

[5]张坤明，吕谋，刘杰，李红艳.基于PLC的小型污水处理设备的自动控制系统设计[J].青岛理工大学学报，2016，30（05）：79-83.

[6]林大全.污水处理设备智能化控制技术和系统设计问题的探讨[J].科技资讯，2015，29（15）：145-146.

基金项目：2016年度广西壮族自治区中青年教师基础能力提升项目：基于PLC的小型污水处理设备控制系统设计与实现 项目编号：KY2016YB778