工程科技論文

　　PLC在南水北調尾水導流工程水質(zhì)在線(xiàn)監測系統中的應用析為主的傳統水質(zhì)監測系統，存在可監測區域有限、監測工作量大、監測人員消耗高、監測數據連續性差、監測頻率低、監測結果實(shí)時(shí)性差等理由，這些理由的存在使傳統水質(zhì)監測技術(shù)遠遠不能滿(mǎn)足人們對水環(huán)境監測工作的要求。水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測系統就是在此前提下應運而生的，它是一套以在線(xiàn)自動(dòng)分析儀器為核心，運用現代傳感器技術(shù)

　　南水北調豐沛縣尾水資源化利用及導流工程沿線(xiàn)共設置6座水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測站，分別對兩個(gè)縣區邊界水質(zhì)及四個(gè)縣區污水處理廠(chǎng)水質(zhì)進(jìn)行監測，確保江蘇省調水出省的水質(zhì)穩定達標。該水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測站具有自動(dòng)運轉、連續監測、停電自恢復、讀取并上傳監測參數等功能，這些功能的實(shí)現主要是依靠水質(zhì)自動(dòng)監測系統的制約單元，而PLC（可編程制約器）又是整個(gè)自動(dòng)制約技術(shù)的關(guān)鍵。這6座水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測站分別由取水系統、配水管路、水樣預處理裝置、輔助系統組成，其流程制約和通訊均由M340系列PLC完成。本文主要介紹了該項目基于PLC的自動(dòng)制約流程的設計，包括水處理自動(dòng)制約系統制約要求、系統制約流程及PLC編程等。

　　以人工現場(chǎng)采樣、實(shí)驗室儀器分析為主的傳統水質(zhì)監測系統，存在可監測區域有限、監測工作量大、監測人員消耗高、監測數據連續性差、監測頻率低、監測結果實(shí)時(shí)性差等理由，這些理由的存在使傳統水質(zhì)監測技術(shù)遠遠不能滿(mǎn)足人們對水環(huán)境監測工作的要求。

　　水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測系統就是在此前提下應運而生的，它是一套以在線(xiàn)自動(dòng)分析儀器為核心，運用現代傳感器技術(shù)、自動(dòng)制約技術(shù)、計算機應用技術(shù)以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò )所組成的一個(gè)綜合性的`在線(xiàn)自動(dòng)監測體系。水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測系統極大地降低了實(shí)驗室分析所帶來(lái)的勞動(dòng)強度，解決了偏遠地區無(wú)法高頻率監測的理由，同時(shí)還能夠及時(shí)反饋監測信息，為管理層提供決策服務(wù)[3]。

　　一、水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測站系統

　　1.1系統總體情況

　　南水北調豐沛縣水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測系統是一個(gè)多參數監測系統，監測參數包括：常規五參數（pH、溫度、溶解氧、濁度、電導率）、氨氮、COD、全鹽量等。系統結構如圖1所示，采用雙泵結構，兩泵互為備用，整個(gè)系統可依據需要按設定的周期連續采樣。采集上來(lái)的水樣經(jīng)五參數及全鹽量測定儀測定后，將數據傳送到PLC中，其余水樣經(jīng)一段時(shí)間的預處理后，流向氨氮分析儀、COD分析儀，測量完畢后與水質(zhì)五參數、全鹽量值一樣通過(guò)基于Modbus通訊協(xié)議的RS485總線(xiàn)技術(shù)傳送到PLC中。取水測量完畢后進(jìn)入清洗階段，清洗共分為清水清洗、熱水清洗、空氣反吹三個(gè)流程。清水清洗主要清洗管路中的泥沙并沖走殘留水樣；熱水清洗則是為了防止管路中滋生藻類(lèi)及微生物等；空氣反吹用于吹干取水管路，以備下次采樣使用。另外，考慮到五參數測定儀的傳感器不宜長(cháng)時(shí)間暴露在干燥環(huán)境下，因此在系統運轉間隙通過(guò)圖1中的沖洗管路定時(shí)對傳感器進(jìn)行清水噴淋。

　　1.2系統功能設計

　　水質(zhì)自動(dòng)在線(xiàn)監測系統可按照監測周期定時(shí)進(jìn)行采樣監測、管路清洗、噴淋傳感器探頭等，以上不同的運轉過(guò)程包括了泵的開(kāi)啟、管路閥門(mén)的閉合、采樣儀器的觸發(fā)啟動(dòng)、測量參數的讀取、系統故障的判斷等，工藝流程較為復雜，邏輯性強。對以上較為復雜的流程制約，需要采用一種制約性能強、可靠性高、編程簡(jiǎn)單、易于調試、維護方便的制約單元用以制約閥門(mén)、儀表的開(kāi)啟，數據、工況信息的采集和上傳。

　　此外，考慮到水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測系統的靈活性和可靠性，在機柜上設置現地手動(dòng)啟動(dòng)按鈕、緊急停止按鈕、檢修按鈕等，方便運轉維護人員在應急狀態(tài)下制約系統的運轉狀態(tài)。

　　1.3 PLC自控系統特點(diǎn)

　　技術(shù)先進(jìn)：自動(dòng)化制約系統無(wú)論是從使用的現場(chǎng)總線(xiàn)、通信網(wǎng)絡(luò )、PLC、組態(tài)軟件，還是從自動(dòng)化制約技術(shù)來(lái)講，都具有先進(jìn)水平。

　　穩定可靠：PLC主控單元選用知名品牌，監理的自動(dòng)化制約平臺，經(jīng)過(guò)嚴格的測試，可保證系統穩定可靠地運轉；對于PLC作為主要的制約器，采用中文設計界面，自動(dòng)化程度高，使用簡(jiǎn)單。

　　安全性：自動(dòng)化制約采用全面的設備保護體系，包括制約平臺信號及電源防雷保護、各種水質(zhì)異常保護、各類(lèi)報警等，以防止因為意外或操作失誤而發(fā)生事故。

　　擴展性和兼容性：本系統具有很強的兼容性，為了保證在今后的擴建和改造時(shí)滿(mǎn)足制約要求，在設計時(shí)充分考慮系統的擴展能力，在滿(mǎn)足現有功能要求的基礎上，為今后系統的擴展和互連提供充足的接口。

　　二、水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測系統PLC選型及應用

　　2.1 系統PLC選型

　　PLC（可編程制約器）實(shí)質(zhì)上就是一臺計算機，其硬件結構與我們常用的微機相似，即由電源、CPU、通訊模塊、輸入輸出（I/O）模塊、外設I/O接口等組成[4]，各部分通過(guò)總線(xiàn)（電源總線(xiàn)、制約總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)）連接而成[5]。它是一款綜合了計算機技術(shù)、自動(dòng)制約技術(shù)和通信技術(shù)的自動(dòng)制約裝置[6]。

　　在南水北調豐沛縣水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測系統中，選用M340系列PLC。這款PLC適用于中小型項目，可以為工程提供最佳的自動(dòng)化技術(shù)和高效、靈活、經(jīng)濟的解決方案。水質(zhì)自動(dòng)監測系統雖然結構、工藝流程較為復雜，但較之大型自動(dòng)化工程而言，尚屬中小型項目，因此，M340系列PLC完全可以滿(mǎn)足系統的需求。

　　南水北調豐沛縣水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監測系統輸入端設有手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)、浮子開(kāi)關(guān)、泵脫扣信號及泵運轉信號等；輸出端需要制約12個(gè)閥門(mén)、2臺水泵、9個(gè)狀態(tài)燈、1個(gè)增壓泵�？紤]到系統的可擴展性，選用了32點(diǎn)DI和DO模塊。同時(shí)，加入一個(gè)通訊模塊，用于發(fā)送COD、氨氮采樣儀啟動(dòng)命令，接收五參數采樣儀、全鹽量測定儀、氨氮及COD采樣儀的測定數據。

　　2.2 系統PLC程序設計

　　在此工程中，PLC制約程序使用Unity_Pro_XL_V5.0軟件編寫(xiě)，主要制約采樣、監測、清洗、噴淋、數據讀取等。

　　系統自動(dòng)運轉開(kāi)始，首先判斷是否到達監測周期所要求的監測時(shí)間，若時(shí)間已到，則立即進(jìn)入監測流程，并將測量到的水質(zhì)參數發(fā)送到數據采集器中；待監測流程結束后，開(kāi)啟清洗流程，經(jīng)過(guò)清水清洗、熱水清洗、空氣反吹后，系統停止，等待下一個(gè)監測周期到來(lái)。噴淋流程是在監測流程和清洗流程均未開(kāi)啟的狀態(tài)下，每隔一小時(shí)運轉一次，即在監測周期時(shí)間間隔內循環(huán)運轉。

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