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(duì)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(duì)涂裝作業(yè)在生產(chǎn)過(guò)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(jìn)行了控制，使其最終達(dá)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(chǎng)總線監(jiān)控部分的設(shè)計(jì)思想和具體實(shí)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(hù)環(huán)境，又能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的良性循環(huán)，是保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要舉措。開(kāi)發(fā)適合中國(guó)國(guó)情的高效、低耗、滿足排放要求、基建和運(yùn)行費(fèi)用低的廢水處理系統(tǒng)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。PLC以可靠性高，穩(wěn)定性好，功能強(qiáng)的特點(diǎn)廣泛運(yùn)用于企業(yè)的控制系統(tǒng)中，被譽(yù)為當(dāng)今世界最先進(jìn)的控制系統(tǒng)裝置。因此本項(xiàng)目采用三菱PLC控制廢水處理系統(tǒng)整個(gè)工作過(guò)程?，F(xiàn)場(chǎng)全部液位、pH值等連續(xù)信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)內(nèi)部運(yùn)算后，再發(fā)出指令，通過(guò)電纜下達(dá)到各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如泵、閥等，使之按要求自動(dòng)工作。

1 項(xiàng)目工藝流程

本項(xiàng)目采用先進(jìn)的廢水處理工藝，通過(guò)自動(dòng)化控制達(dá)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(lái)源于車體涂裝生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢水廢液，在一級(jí)處理階段中通過(guò)藥劑反應(yīng)、PH調(diào)整、化學(xué)混凝等方法進(jìn)行雜質(zhì)分離;二級(jí)處理階段以生物膜法為主進(jìn)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(dá)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(xiàng)目方案

為了保證廢水處理系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，該項(xiàng)目中控制器、通信模塊、信號(hào)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(kuò)展模塊FX2N－32ER;人機(jī)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(kāi)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(jī)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(chǔ)器，即使面對(duì)復(fù)雜的控制也可以從容應(yīng)對(duì)，其位執(zhí)行指令達(dá)0.08 us。在中小型控制系統(tǒng)中，F(xiàn)X2N是性價(jià)比較好的選擇。HMI與PLC直接通過(guò)通訊口進(jìn)行通訊，系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置以及手動(dòng)時(shí)的各部件的操作均通過(guò)HMI進(jìn)行。FX2N－32ER作為系統(tǒng)的自然擴(kuò)展，自動(dòng)識(shí)別，直接利用其I/O點(diǎn)，完成信號(hào)的輸入/輸出動(dòng)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)實(shí)際要求輸入點(diǎn)76點(diǎn)，輸出點(diǎn)55點(diǎn)，PLC本體加上一個(gè)擴(kuò)展模塊完全可以滿足要求。上位機(jī)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(jī)、電磁閥等）?；竟δ苤饕?數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)保護(hù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表與查詢、人機(jī)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(dòng)控制、參數(shù)設(shè)定等系統(tǒng)的監(jiān)控畫(huà)面及信號(hào)報(bào)警記錄、歷史數(shù)據(jù)打印等模塊，具有系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、監(jiān)控操作及時(shí)、運(yùn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

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

模擬量輸入信號(hào)包括從一次元件傳來(lái)的溫度、液位、PH等信號(hào)。在選擇采樣點(diǎn)時(shí)盡量避開(kāi)電磁干擾源、振動(dòng)源、高溫等易引起測(cè)量誤差的地點(diǎn)，以保證數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。模擬量信號(hào)因?yàn)槠湓趥鬏斶^(guò)程中有可能會(huì)受到其它信號(hào)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(hào)過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)處理速度、精度要求不是很高，為了防止信號(hào)的瞬間變化影響到系統(tǒng)對(duì)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(jiǎn)單，可靠性高，程序編寫(xiě)方便。事實(shí)證明這種算法能夠很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，取得了良好的效果。

模擬量輸出信號(hào)包括提升泵、收集水泵、回用水泵、加藥計(jì)量泵變頻器的控制信號(hào)。數(shù)字量輸入信號(hào)包含各個(gè)水泵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，故障反饋信號(hào)，手/自動(dòng)選擇信號(hào);各個(gè)閥門的手動(dòng)開(kāi)，關(guān)控制信號(hào)，故障反饋信號(hào)和手/自動(dòng)選擇信號(hào)。數(shù)字量輸出信號(hào)包括對(duì)各個(gè)水泵、風(fēng)機(jī)的開(kāi)、關(guān)、復(fù)位輸出控制信號(hào);各個(gè)閥門的開(kāi)，關(guān)輸出控制信號(hào);變頻器的啟動(dòng)/復(fù)位控制信號(hào)。為了使PLC控制系統(tǒng)的輸出和現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，使控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備隔離，極大地提高了PLC控制系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也大大增強(qiáng)了出口帶負(fù)載的能力，使系統(tǒng)更安全。各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備間互有信息傳送，通過(guò)不同組合、有序動(dòng)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(jī)界面選用三菱系列GT1175－VNBA－C觸摸屏。人機(jī)界面主要用于顯示設(shè)備和系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息。屏幕中的組態(tài)畫(huà)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，進(jìn)而控制系統(tǒng)設(shè)備。采用觸摸屏人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)、泵、閥等運(yùn)行的監(jiān)控，并且可以對(duì)寄存器的部分參數(shù)進(jìn)行設(shè)定［3］。在具體設(shè)計(jì)上，以實(shí)用作為基本出發(fā)點(diǎn)，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(shí)以生動(dòng)的圖形來(lái)表示廢水處理系統(tǒng)的基本工作流程，做到界面清晰簡(jiǎn)約。

4.1 系統(tǒng)在線監(jiān)控

系統(tǒng)可對(duì)廢水處理裝置的各項(xiàng)儀表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的在線監(jiān)視，并且生動(dòng)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(diǎn)擊流程工藝區(qū)域即可進(jìn)入監(jiān)視該環(huán)節(jié)的監(jiān)視畫(huà)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(shí)時(shí)設(shè)定

系統(tǒng)可以提供在線的實(shí)時(shí)參數(shù)修改，當(dāng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)工藝需要改進(jìn)或其它問(wèn)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(dòng)設(shè)置參數(shù)面板如圖3。

4.3 在線手動(dòng)控制

系統(tǒng)提供了在線實(shí)時(shí)的對(duì)參與控制的各電動(dòng)閥門和泵的手動(dòng)控制操作，如圖4。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中需要進(jìn)行維護(hù)或執(zhí)行其它控制時(shí)，可以在線實(shí)時(shí)地對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)單獨(dú)控制，而不影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行。

圖3 廢水處理系統(tǒng)手動(dòng)設(shè)置面板

4.4 故障診斷和報(bào)警

當(dāng)各部位的設(shè)備狀態(tài)出現(xiàn)異常、監(jiān)測(cè)參數(shù)超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)故障原因自動(dòng)診斷，并發(fā)出預(yù)防性的報(bào)警，以提醒操作員注意，進(jìn)行相關(guān)的操作。

5 結(jié)語(yǔ)

以PLC為核心開(kāi)發(fā)的廢水處理回收控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)、泵、閥等設(shè)備啟動(dòng)和停機(jī)的自動(dòng)控制，達(dá)到了運(yùn)行的高度自動(dòng)化，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省能耗，便于維護(hù)。該系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，處理后廢水完全達(dá)到環(huán)保部門的排放標(biāo)準(zhǔn)，并可做為生產(chǎn)補(bǔ)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(shí)踐［J］.中國(guó)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(dòng)化研究。

（責(zé)任編輯 劉敏）