發布日期：2022-05-20 點擊率：60
1 前言
隨著我國經濟的高速發展和城鎮化程度的不斷提高，工業污水和生活污水日益增多。為維持經濟的持續、健康增長和生態環境的良性循環，必須對工業及生活污水加以處理。目前，在我國主要城市和經濟發達地區的城鎮均已建成了各種規模的污水處理廠，但大部分經濟欠發達地區的縣市和小城鎮沒有對各類污水采取處理措施，而是直接排入附近河流。隨著環保要求的不斷提高，未采取污水處理措施的小城鎮在未來若干年內必然會建立污水處理廠。小城鎮量大面廣，對污水處理設施的需求量很大。同時，受投資額的限制，這些污水處理廠更愿意采用經濟、實用的產品。本文介紹的監控系統在滿足污水處理設備安全、高效運行的同時具有很好的性價比，具有良好的經濟、社會效益和推廣前景。
2 原方案分析
在污水處理廠內，各種污水處理設備分布較分散。為監視現場設備的運行參數和運行狀態，需要建立一套中央監控系統。該監控系統由現場檢測、數據采集和處理、數據通訊和中央監控等部分組成，現場檢測儀表檢測到的設備參數和運行狀態經過處理后通過計算機網絡上傳至中央控制室，中央控制室內的運行人員通過監控計算機監視全廠設備的運行狀態。運行人員根據運行參數和設備運行狀態發出各種控制指令，控制指令通過計算機網絡傳到現場，控制設備的相應動作。
現場需要對模擬量和開關量進行監控，主要模擬量有流量信號、液位信號、壓力信號、閥門開度信號等，主要開關量信號有刮泥車和吸泥車的啟動、停止、運行、到位、故障及真空泵的工作狀態等等。這些現場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，現場設備與中央控制室之間的數據交換大都采用DP網絡連接方式，在中央控制室設置DP主站，現場設備作為DP從站掛在DP網上。系統結構簡圖如圖1所示。一個污水處理廠包括多個現場設備，每個現場設備作為1個DP從站連接到DP總線上。采用這樣連結方式，現場施工工程量很大，需要架設電纜和橋架，費用較高，并且每個DP從站與DP主站之間采用有線連接，電纜容易損壞，維護起來比較麻煩。
針對傳統控制系統存在的缺點，我們提出了基于和利時公司小型一體化PLC HOLLiAS-LEC G3的無線解決方案。該方案的系統結構如圖2所示。與傳統通訊方案相比，該方案在現場設備和中央監控室間采用了無線通訊方式，具有傳輸距離長、可靠性好、抗干擾能力強、節省電纜、維護成本低等優點。
3 方案設計
如圖2所示，該方案采用和利時公司的小型一體化PLC的CPU模塊LM3107進行數據采集和傳輸。LM3107本身自帶 RS232通訊接口，通過RS232連接到天線上，天線之間采用Modbus協議，具備CRC校驗，協議簡單、可靠性高。通過天線，可以實現遠距離Modbus無線通信，從而實現了每個污水池（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DP通訊模塊接入DP總線，這樣就可以實現所有現場設備（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，每個模塊之間的通訊都是雙向的。對于污水池采集上來的數據，模擬量通過模擬量輸入模塊LM3310輸入到下位LM3107模塊（Modbus從站），開關量直接輸入下位LM3107模塊（Modbus從站），上位采用1個LM3107CPU模塊與1個LM3401DP從站模塊連接到DP網絡中。
下位的LM3107通過RS232與無線通訊模塊連接作為Modbus從站，上位的LM3107通過RS232與無線通訊模塊連接作為Modbus主站。LM3107模塊支持標準的Modbus RTU協議，所以上位與下位LM3107之間采用Modbus通訊。上位的LM3107再通過LM3401DP從站模塊與中央監控室進行數據交換。
無線通訊可以根據實際情況選擇如下Modbus通訊參數：
校驗：奇校驗、偶校驗、無校驗
位數：7位、8位
波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps
4 方案優勢
本文提出的解決方案具有如下優勢：
1. 只需要1條DP線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纜，同時也減小了線纜施工工作量，提高了系統的可靠性和可維護性。
2. 采用無線通訊方式，數據傳輸距離長，數據利用天線透傳，傳輸的距離與天線有關，最多5K米。
3. 采用LM3107可以實現最多247個Modbus從站互聯，節省了每個污水池的DP從站模塊費用，取而代之的是每個污水池做為Modbus從站存在，只需要1個DP從站即可實現所有的污水池數據與中心監測站數據的交換。
5 結束語
經過一段時間的調試和試運行，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一體化PLC作為控制系統的無線監控方案已成功應用于污水處理現場。實踐證明，該設計方案整體成本較低、數據傳輸距離長、可靠性好、抗干擾能力強、維護成本低、可操作性高，在市場中具備強有力的競爭能力，為污水處理行業增添了一套完善的解決方案。
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