范其明，孫 艷

（天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

基于CC－Link總線的污水處理控制系統(tǒng)介紹

范其明，孫 艷

（天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

文章首先簡(jiǎn)要介紹了沈陽(yáng)某污水處理廠的系統(tǒng)工藝流程，然后介紹了該污水處理廠控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，采用三菱電機(jī)自動(dòng)化公司的CC－Link現(xiàn)場(chǎng)總線作為通訊連接PLC與現(xiàn)場(chǎng)的IO設(shè)備。本文詳細(xì)介紹了采用CC－Link現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的方式所設(shè)計(jì)污水處理系統(tǒng)的優(yōu)越性，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)效益高。

CC－Link；污水處理；工藝流程；Q系列PLC

一、引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的城市污水排放量逐年增加，據(jù)估計(jì)，到2010年城市污水排放總量［1］為1050億m3。而我國(guó)是一個(gè)淡水資源極度貧乏的國(guó)家，我國(guó)淡水資源人均占有量只有2300m3，僅為世界平均水平的1／4，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。在這樣的背景下，污水處理就成了水資源保護(hù)工作成敗的關(guān)鍵。對(duì)于污水處理廠而言，由于水池體積都較為龐大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集點(diǎn)相對(duì)分散，距離遠(yuǎn)。因此，該系統(tǒng)采用CC－Link總線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而將現(xiàn)場(chǎng)分散的模塊網(wǎng)絡(luò)化，使得現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)方便。

二、系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

首先我們來(lái)了解一下該污水處理廠的系統(tǒng)工藝流程，系統(tǒng)工藝流程圖如下：

圖1 系統(tǒng)工藝流程圖

由工藝流圖可知，污水首先進(jìn)入集水井，當(dāng)集水井中的PH值在一定范圍內(nèi)時(shí)，開啟提升泵1，將污水提升至調(diào)節(jié)池；當(dāng)集水井中污水的PH值超出了這一范圍時(shí)，開啟提升泵2，將污水提升至事故池，污水在事故池內(nèi)經(jīng)過酸化處理之后再經(jīng)過電動(dòng)閥門1流回到集水池；進(jìn)入調(diào)節(jié)池的污水經(jīng)過加藥泵1加藥處理之后由提升泵3進(jìn)入管道反應(yīng)器，根據(jù)從調(diào)節(jié)池內(nèi)出來(lái)的污水的PH值的大小控制加藥泵2、3，在管道反應(yīng)器內(nèi)對(duì)污水進(jìn)行進(jìn)一步的加藥處理；經(jīng)過管道反應(yīng)器的污水直接進(jìn)入到沉淀池1；沉淀池1的上層少量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的污水將會(huì)直接被排出，中層大部分污水將進(jìn)入生化池進(jìn)行生化氧化處理；風(fēng)機(jī)2主要是給生化池內(nèi)提供理想的溶解氧濃度，溶解氧濃度的大小直接關(guān)系著整個(gè)污水處理的效果，在生化池內(nèi)經(jīng)過生化處理的污水即可以達(dá)到中水的排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的水將被排放到沉淀池2；沉淀池1、2的下層污泥分別經(jīng)由污泥泵1、2進(jìn)入到污泥池；污泥池上層的中水還可以通過電動(dòng)閥3排出，下層的污泥再經(jīng)過一系列的濾干處理，做成泥餅外運(yùn)。

三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在過程控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛而且必要［2］。本污水處理系統(tǒng)選用Q02H型PLC作為中央處理單元，采用QJ61BT11N作為CC－Link通信模塊，整個(gè)系統(tǒng)采用CC－Link總線控制技術(shù)，將就地采集到的各個(gè)液位、流量、PH值、電導(dǎo)率等各種運(yùn)行狀態(tài)通過CC－Link總線傳給主站CPU，再將CPU的輸出量通過CC－Link總線傳給各個(gè)泵、風(fēng)機(jī)、電磁閥等。這樣就實(shí)現(xiàn)了分布采集、集中控制。下面對(duì)CC－Link現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)越性進(jìn)行一下介紹。

（一）CC－Link現(xiàn)場(chǎng)總線

CC－Link是Control＆Communication Link（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱，是三菱電機(jī)于1996年推出的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，已于2001年5月3日被正式批準(zhǔn)為SEMI標(biāo)準(zhǔn) －SEMI E54．12［3］。CC－Link是一種可以同時(shí)高速處理控制和信息數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以提供高效、一體化的工廠和過程自動(dòng)化控制。其數(shù)據(jù)容量大，通信速度可多級(jí)選擇，最大可達(dá)10Mbp。而且它是一個(gè)復(fù)合的、開放的、適應(yīng)性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)于較高的管理層網(wǎng)絡(luò)到較低的傳感器層網(wǎng)絡(luò)的不同范圍。CC－Link主要采用廣播——輪詢的方式進(jìn)行通信，CC－Link也支持主站與本地站、智能設(shè)備站之間的瞬間通信，具有性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡(jiǎn)單、節(jié)省成本等突出優(yōu)點(diǎn)。具體說(shuō)來(lái)，CC－Link總線具有如下優(yōu)勢(shì)：

1．高速度大容量的數(shù)據(jù)傳送可設(shè)定介于156Kbps到10Mbps間可選擇的5種通信速度之一。當(dāng)使用10Mbps的通信速度時(shí)，最大通信距離是100米；當(dāng)通信速度為156Kbps時(shí)，最大通信距離為1200米。

2．拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，有多點(diǎn)接入、T型分支、星型結(jié)構(gòu)等。

3．由于CC－Link可用于低價(jià)的中間控制層網(wǎng)絡(luò)，才使得分布控制成為現(xiàn)實(shí)。

4．具有自動(dòng)刷新功能和預(yù)約站功能，這是CC－Link所獨(dú)有。自動(dòng)刷新功能可以簡(jiǎn)化編程指令，減少程序運(yùn)行步驟，縮短掃描周期，保證系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)性。預(yù)約站功能在系統(tǒng)可擴(kuò)展性上顯出極大優(yōu)越性。

5．完善的RAS功能。RAS是Reliability（可靠性）、Availability（有效性）和Serviceability（可維護(hù)性）的縮寫。

6．優(yōu)異抗噪性能和兼容性。

7．互操作性和即插即用性。

8．瞬時(shí)傳送功能。

另外，在本系統(tǒng)的具體應(yīng)用當(dāng)中，CC－Link還體現(xiàn)出以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

接線簡(jiǎn)單。方便可靠的三芯屏蔽雙絞線，經(jīng)過嚴(yán)格的可靠性測(cè)試。

組態(tài)簡(jiǎn)單。直接通過GX Developer開發(fā)軟件中的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置就可以完成數(shù)據(jù)刷新映射關(guān)系的配置，節(jié)省了許多復(fù)雜的編程。

設(shè)置簡(jiǎn)單。直接通過每個(gè)站上相應(yīng)的撥碼開關(guān)就可以對(duì)每個(gè)站的站號(hào)和通訊速率進(jìn)行設(shè)置。

維護(hù)簡(jiǎn)單。CC－Link的每個(gè)模塊都具有豐富的監(jiān)視和自檢測(cè)功能，在在線狀態(tài)下，可在外圍設(shè)備上監(jiān)控CC－Link的鏈接狀態(tài)，如硬件連線，主站狀態(tài)，子站狀態(tài)．以及數(shù)據(jù)鏈接的啟動(dòng)／停止等。并且由于子站的脫離與上線都不會(huì)影響其他站的工作，這使得系統(tǒng)的維護(hù)變得簡(jiǎn)單快捷。

（二）系統(tǒng)的硬件連接圖

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接圖如下：

圖2 系統(tǒng)硬件連接圖

如圖2所示，采用QJ61BT11N作為CC－Link主站的通信模塊，從站分別包括變頻器，遠(yuǎn)程I／O，遠(yuǎn)程A／D、D／A等。其中變頻器可分別選用FR－E520－0．4KW用于控制加藥泵1，選用FR－F540－15KW用于控制風(fēng)機(jī)2［4］，遠(yuǎn)程的I／O及遠(yuǎn)程模擬量模塊都選用AJ65SBT系列模塊。兩個(gè)終端電阻的作用是消除信號(hào)反射。根據(jù)硬件連接在PC機(jī)中進(jìn)行CC－Link網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配置及編程，所有程序由PC機(jī)編寫好之后通過RS－232線寫入到PLC的CPU中。

四、結(jié)論

通過采用CC－Link現(xiàn)0場(chǎng)總線來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，可以使污水處理池里面的各種信號(hào)及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸?shù)絇LC控制器，有利于控制器做出迅速的反應(yīng)在將處理信號(hào)及時(shí)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備?？梢哉f(shuō)，CC－Link總線技術(shù)在整個(gè)污水處理當(dāng)中的應(yīng)用不僅使得整個(gè)系統(tǒng)高效、可靠，還節(jié)約了配線成本以及維護(hù)費(fèi)用，從而大大提高了整個(gè)污水處理廠的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］黎一強(qiáng)．PLC技術(shù)在生活污水處理及回用系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2008，（08）．

［2］郭正陽(yáng)．過程控制工程及仿真——基于matlab／simulink［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2008．

［3］陳啟軍．CC－LINK控制與通信總線原理及應(yīng)用［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2006．

［4］吳忠智．變頻器應(yīng)用手冊(cè)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007．

Introduction of the Sewage System Control Based on Bus CC－Link

FAN Qi－ming，SUN Yan
（Tianjin Sino－German Vocational Technical College，Tianjin，China 300350）

This paper briefly describes the system process of a sewage plant in Shenyang，and then introduces the hardware design of the control system with fieldbus CC－Link made in Mitsubishi Electric Automation，Inc．a(chǎn)s a communication connecting to PLC and IO．This paper gives a detailed presentation on the superiority of the sewage system with CC－Link fieldbus communication and the stability，reliability and economic benefit of the whole system．

CC－Link；sewage treatment；process；PLC of Q Series

TP23

A

1673－582X（2012）08－0048－03

2012－02－20

范其明（1985－），男，河南新鄉(xiāng)人，天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系教師，助教；孫艷（1982－），女，河北秦皇島人，三星高新電機(jī)（天津）有限公司設(shè)備改造主管。