(杭州開源環(huán)保工程有限公司，浙江 杭州 311200)

1 概 述

隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，用水量和排污量的急劇增加，膜回用系統(tǒng)將工業(yè)污水處理后作為再生資源進行循環(huán)再利用，達到了節(jié)約水資源、減少污染的目的。膜回用水工藝運行過程較為復雜，既有現(xiàn)場設備的運行協(xié)調，又有大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和處理。但是，目前膜回用系統(tǒng)的模式還是人工半自動化模式，這不僅造成了人員浪費，而且對于分散的系統(tǒng)管理效率也比較低下。 為了提高膜回用系統(tǒng)的管理效率，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程運行和維護，本文設計了一種基于PLC的膜回用遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，能對分散于各地的膜回用系統(tǒng)進行整體控制與管理。

2 膜回用遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體結構設計

膜分離(Membrane Separating)是利用天然或人工制備的具有選擇透過性的膜，以外界能量或化學位差為推動力對雙組分或多組分的溶質和溶劑進行分離、分級、提純和濃縮的方法。浸沒式超濾是將簾式膜片直接浸沒在膜池中，直接與原水混合接觸，通過產(chǎn)水泵的負壓抽吸使中水通過中空纖維膜達到固液分離的目的。反滲透是在足夠的壓力下，進水通過滲透膜而變成純凈的水，通不過膜的水溶液含雜質的濃度逐漸增大，以濃水形式排放。膜分離裝置的膜元件經(jīng)過長期使用會引起膜污染，需要設置化學清洗系統(tǒng)，配置特定清洗液，清除膜中污染物質，盡可能恢復膜的性能。

膜回用系統(tǒng)的總體結構設施設備有原水池、超濾設備、氣洗系統(tǒng)、超濾產(chǎn)水池、反滲透設備、清洗裝置、純水池、加藥設備等，其中主體結構為原水池、超濾設備、超濾產(chǎn)水池、反滲透設備和純水池。實現(xiàn)膜系統(tǒng)處理和中水回用的具體工藝流程見圖1，原水池的水經(jīng)過浸沒式超濾系統(tǒng)后，由超濾產(chǎn)水池暫存，再進反滲透系統(tǒng)處理，產(chǎn)出清水輸至純水池。

圖1 工藝流程

遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架(見圖2)控制系統(tǒng)由本地上位機PC客戶端、本地控制PLC系統(tǒng)、遠程模塊、遠程監(jiān)控中心PC客戶端和手機遠程監(jiān)控APP共5個部分通過不同通信協(xié)議集成。下位機為PLC控制器，主要完成對各類傳感器、泵、閥門等其他可執(zhí)行裝置的控制及反饋；上位機為PC客戶端，主要負責接收PLC采集的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場實時顯示、存儲及歷史信息統(tǒng)計。操作人員可以通過本地、遠程PC客戶端或手機APP客戶端實時監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀況，并對現(xiàn)場的運行系統(tǒng)進行控制。

圖2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體框架

3 控制系統(tǒng)軟硬件部分

3.1 硬件部分

根據(jù)現(xiàn)場需求和實際裝置(超濾裝置和反滲透裝置)數(shù)量確定硬件設備，本文以兩套超濾和兩套反滲透裝置為例加以介紹。因反滲透與超濾裝置有一定距離，在此設計的網(wǎng)絡平臺中，現(xiàn)場通信部分選取S7-300為主站，選IM153-4為接口，連接ET200M并使其作為從站通過PROFIBUS-DP與PLC控制器連接，因此控制系統(tǒng)包括一臺S7-300 PLC CPU315-2PN/DP主機，兩個子站ET200M通信接口模塊(分布式I/O可節(jié)省大量的信號電纜，實現(xiàn)遠距離通信，且結構清晰，便于維護)，外加數(shù)字量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，本地上位機PC和GRM530遠程無線通信模塊。其中數(shù)字量模塊主要的控制對象是電機泵和閥門，模擬量模塊采集液位、流量、壓力、pH值、ORP、電導率等在線儀表數(shù)據(jù)。

選用?？低暰W(wǎng)絡硬盤錄像機NVR(network video recorder)、智能球型攝像機、紅外夜視槍型攝像機和交換機完成視頻監(jiān)控的硬件設計。利用組態(tài)軟件中的視頻控件，實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控環(huán)節(jié)的嵌入。

工業(yè)以太網(wǎng)建立第一層網(wǎng)絡構架，PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線構建第二層網(wǎng)絡構架，ASI總線為第三層網(wǎng)絡構架。GRM530遠程模塊支持S7-300以太網(wǎng)協(xié)議，通過wifi、4G和有線網(wǎng)，實現(xiàn)異地遠程客戶端或手機APP對本地PLC的控制。

3.2 軟件部分

3.2.1 PLC程序控制流程

S7-300 PLC使用STEP7軟件進行編程，程序編輯完成后下載至PLC內。程序邏輯控制功能根據(jù)超濾和反滲透的工藝控制流程編寫。自動控制流程見圖3。

名 稱超濾步序 反洗泵反洗加藥曝氣風機產(chǎn)水泵進水閥產(chǎn)水閥反洗進閥排污閥時間設置運行運行10000?min反洗2000000?s排污300000?s停機停機4

名 稱反滲透步序 增壓泵高壓泵段間泵清洗泵進水閥清洗回流閥清洗進水閥濃水閥沖洗電動閥產(chǎn)水回流閥時間設置運行沖洗10000?min運行200000?h反沖30000?min停機停機4

圖3 自動控制流程

系統(tǒng)可以手自動控制切換，手動模式下在操作柜上可單獨開閥門與泵。自動模式下正常運行時，超濾程序按照1-2-1-2-1循環(huán)進行，反滲透程序按照1-2-3-2-3循環(huán)進行，系統(tǒng)運行時需先開閥門再開泵，停機時需先關泵再關閥門，系統(tǒng)啟停主要根據(jù)水池液位的高低來控制。

3.2.2 本地控制上位機PC界面

本地上位機一般安裝在現(xiàn)場辦公室內，能夠讓現(xiàn)場操作人員實時監(jiān)控膜回用控制系統(tǒng)。界面使用WINCC組態(tài)軟件進行開發(fā)，其開發(fā)環(huán)境方便、靈活，功能強大，極大地提高了組態(tài)的效率。該組態(tài)系統(tǒng)主要由窗口和數(shù)據(jù)庫組成，具有類似瀏覽器的窗口結構，能處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警、生成各類報表和打印輸出、使用腳本語言進線二次開發(fā)、存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢等。上位機操作界面見圖4、圖5。

按照膜回用系統(tǒng)的要求，界面包括超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、趨勢圖、報表、報警和視頻監(jiān)控等，界面間的切換通過鼠標左鍵單擊實現(xiàn)。不同的功能賦予相應的操作權限，權限不夠則無法執(zhí)行相應的操作或參數(shù)修改。界面上能顯示設備的實時狀態(tài)和運行狀態(tài)，在超濾和反滲透界面內有小窗口可設置系統(tǒng)運行參數(shù)(時間和液位)。

視頻監(jiān)視窗口用于查看現(xiàn)場超濾設備、反滲透設備、原水池、超濾產(chǎn)水池和純水池的情況，若要調整監(jiān)視位置或者進行視頻錄像，需進入視頻監(jiān)控界面進行操作。

3.2.3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)

巨控采用Internet云監(jiān)控服務，消除了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)要求一個專用的監(jiān)控服務器和固定IP地址的限制，用戶無論何時何地，只要能連接Internet，都可以監(jiān)控自己的設備，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

圖4 超濾系統(tǒng)界面

圖5 反滲透系統(tǒng)界面

系統(tǒng)在實現(xiàn)遠程控制的過程中OPC技術是支撐技術，遠程監(jiān)控中心的組態(tài)軟件WINCC與OPC服務器連接必須通過OPC接口。GRM530遠程通信模塊把PLC數(shù)據(jù)打包為數(shù)據(jù)包格式，通過有線網(wǎng)絡或4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)包發(fā)送到云平臺，云平臺將數(shù)據(jù)通過Internet方式轉發(fā)到OPC服務器，OPC服務器通過GRMOPCSERVER將傳送上來的數(shù)據(jù)作為一個個變量提供給組態(tài)軟件WINCC進行組態(tài)(遠程畫面可以與現(xiàn)場畫面相同)。從而遠程監(jiān)控中心客戶端能夠監(jiān)視和控制多個現(xiàn)場PLC的運行，并記錄歷史報警和歷史數(shù)據(jù)等關鍵信息。

除了PC客戶端，還可以通過手機APP和網(wǎng)頁隨時隨地遠程監(jiān)控現(xiàn)場膜回用系統(tǒng)運行狀況，手機短信報警和撥號提醒能確?，F(xiàn)場發(fā)生故障時及時通知到人，最終實現(xiàn)無人值守的目標。

4 結 語

膜回用遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過GEM530模塊利用先進的移動網(wǎng)絡技術和成熟的PLC控制技術與遠程PC主機和手機建立了穩(wěn)定的通信，將膜回用系統(tǒng)實時狀態(tài)展現(xiàn)在用戶面前，為控制膜回用系統(tǒng)提供了重要保證，在滿足設備安全有效運行的前提下降低了人工成本，提高了管理效率，實現(xiàn)了無人值守。該系統(tǒng)具有很強的復制性，可應用于類似膜回用系統(tǒng)。