1 前言隨著(zhù)我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和城鎮化程度的不斷提高，工業(yè)污水和生活污水日益增多。為維持經(jīng)濟的持續、健康增長(cháng)和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，必須對工業(yè)及生活污水加以處理。目前，在我國主要城市和經(jīng)濟發(fā)達地區的城鎮均已建成了各種規模的污水處理廠(chǎng)，但大部分經(jīng)濟欠發(fā)達地區的縣市和小城鎮沒(méi)有對各類(lèi)污水采取處理措施，而是直接排入附近河流。隨著(zhù)環(huán)保要求的不斷提高，未采取污水處理措施的小城鎮在未來(lái)若干年內必然會(huì )建立污水處理廠(chǎng)。小城鎮量大面廣，對污水處理設施的需求量很大。同時(shí)，受投資額的限制，這些污水處理廠(chǎng)更愿意采用經(jīng)濟、實(shí)用的產(chǎn)品。本文介紹的監控系統在滿(mǎn)足污水處理設備安全、高效運行的同時(shí)具有很好的性?xún)r(jià)比，具有良好的經(jīng)濟、社會(huì )效益和推廣前景。
2 原方案分析在污水處理廠(chǎng)內，各種污水處理設備分布較分散。為監視現場(chǎng)設備的運行參數和運行狀態(tài)，需要建立一套中央監控系統。該監控系統由現場(chǎng)檢測、數據采集和處理、數據通訊和中央監控等部分組成，現場(chǎng)檢測儀表檢測到的設備參數和運行狀態(tài)經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )上傳至中央控制室，中央控制室內的運行人員通過(guò)監控計算機監視全廠(chǎng)設備的運行狀態(tài)。運行人員根據運行參數和設備運行狀態(tài)發(fā)出各種控制指令，控制指令通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )傳到現場(chǎng)，控制設備的相應動(dòng)作。
現場(chǎng)需要對模擬量和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監控，主要模擬量有流量信號、液位信號、壓力信號、閥門(mén)開(kāi)度信號等，主要開(kāi)關(guān)量信號有刮泥車(chē)和吸泥車(chē)的啟動(dòng)、停止、運行、到位、故障及真空泵的工作狀態(tài)等等。這些現場(chǎng)設備與中央控制室距離較遠，目前大多數監控系統由分布式I/O完成檢測與控制，現場(chǎng)設備與中央控制室之間的數據交換大都采用DP網(wǎng)絡(luò )連接方式，在中央控制室設置DP主站，現場(chǎng)設備作為DP從站掛在DP網(wǎng)上。系統結構簡(jiǎn)圖如圖1所示。一個(gè)污水處理廠(chǎng)包括多個(gè)現場(chǎng)設備，每個(gè)現場(chǎng)設備作為1個(gè)DP從站連接到DP總線(xiàn)上。采用這樣連結方式，現場(chǎng)施工工程量很大，需要架設電纜和橋架，費用較高，并且每個(gè)DP從站與DP主站之間采用有線(xiàn)連接，電纜容易損壞，維護起來(lái)比較麻煩。
針對傳統控制系統存在的缺點(diǎn)，我們提出了基于和利時(shí)公司小型一體化PLC HOLLiAS-LEC G3的無(wú)線(xiàn)解決方案。該方案的系統結構如圖2所示。與傳統通訊方案相比，該方案在現場(chǎng)設備和中央監控室間采用了無(wú)線(xiàn)通訊方式，具有傳輸距離長(cháng)、可靠性好、抗干擾能力強、節省電纜、維護成本低等優(yōu)點(diǎn)。
3 方案設計如圖2所示，該方案采用和利時(shí)公司的小型一體化PLC的CPU模塊LM3107進(jìn)行數據采集和傳輸。LM3107本身自帶 RS232通訊接口，通過(guò)RS232連接到天線(xiàn)上，天線(xiàn)之間采用Modbus協(xié)議，具備CRC校驗，協(xié)議簡(jiǎn)單、可靠性高。通過(guò)天線(xiàn)，可以實(shí)現遠距離Modbus無(wú)線(xiàn)通信，從而實(shí)現了每個(gè)污水池（Modbus從站）的數據與上位（Modbus主站）之間的數據交換。然后，Modbus主站再通過(guò)DP通訊模塊接入DP總線(xiàn)，這樣就可以實(shí)現所有現場(chǎng)設備（Modbus從站）與中央監控室（DP主站）之間的數據交換，完成數據采集與控制功能。
圖3為數據流程示意圖，每個(gè)模塊之間的通訊都是雙向的。對于污水池采集上來(lái)的數據，模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊LM3310輸入到下位LM3107模塊（Modbus從站），開(kāi)關(guān)量直接輸入下位LM3107模塊（Modbus從站），上位采用1個(gè)LM3107CPU模塊與1個(gè)LM3401DP從站模塊連接到DP網(wǎng)絡(luò )中。
下位的LM3107通過(guò)RS232與無(wú)線(xiàn)通訊模塊連接作為Modbus從站，上位的LM3107通過(guò)RS232與無(wú)線(xiàn)通訊模塊連接作為Modbus主站。LM3107模塊支持標準的Modbus RTU協(xié)議，所以上位與下位LM3107之間采用Modbus通訊。上位的LM3107再通過(guò)LM3401DP從站模塊與中央監控室進(jìn)行數據交換。
無(wú)線(xiàn)通訊可以根據實(shí)際情況選擇如下Modbus通訊參數：
校驗：奇校驗、偶校驗、無(wú)校驗位數：7位、8位波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps
4 方案優(yōu)勢本文提出的解決方案具有如下優(yōu)勢：
1. 只需要1條DP線(xiàn)就可以把所有污水池采集的數據傳送到中心監控室DP主站，與傳統通信方案相比節省了大量通訊線(xiàn)纜，同時(shí)也減小了線(xiàn)纜施工工作量，提高了系統的可靠性和可維護性。
2. 采用無(wú)線(xiàn)通訊方式，數據傳輸距離長(cháng)，數據利用天線(xiàn)透傳，傳輸的距離與天線(xiàn)有關(guān)，最多5K米。
3. 采用LM3107可以實(shí)現最多247個(gè)Modbus從站互聯(lián)，節省了每個(gè)污水池的DP從站模塊費用，取而代之的是每個(gè)污水池做為Modbus從站存在，只需要1個(gè)DP從站即可實(shí)現所有的污水池數據與中心監測站數據的交換。
5 結束語(yǔ)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調試和試運行，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一體化PLC作為控制系統的無(wú)線(xiàn)監控方案已成功應用于污水處理現場(chǎng)。實(shí)踐證明，該設計方案整體成本較低、數據傳輸距離長(cháng)、可靠性好、抗干擾能力強、維護成本低、可操作性高，在市場(chǎng)中具備強有力的競爭能力，為污水處理行業(yè)增添了一套完善的解決方案。
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