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)技術學院，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)技術學院，天津 300350）

文章首先簡要介紹了沈陽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)的硬件設計，采用三菱電機自動化公司的CC－Link現(xiàn)場總線作為通訊連接PLC與現(xiàn)場的IO設備。本文詳細介紹了采用CC－Link現(xiàn)場總線通訊的方式所設計污水處理系統(tǒng)的優(yōu)越性，整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、經濟效益高。

CC－Link；污水處理；工藝流程；Q系列PLC

一、引言

隨著社會經濟的發(fā)展，我國的城市污水排放量逐年增加，據估計，到2010年城市污水排放總量［1］為1050億m3。而我國是一個淡水資源極度貧乏的國家，我國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個人均水資源最貧乏的國家之一。在這樣的背景下，污水處理就成了水資源保護工作成敗的關鍵。對于污水處理廠而言，由于水池體積都較為龐大，導致數據采集點相對分散，距離遠。因此，該系統(tǒng)采用CC－Link總線對數據進行遠程采集，對系統(tǒng)進行遠程控制，從而將現(xiàn)場分散的模塊網絡化，使得現(xiàn)場應用經濟方便。

二、系統(tǒng)工藝流程簡介

首先我們來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，污水首先進入集水井，當集水井中的PH值在一定范圍內時，開啟提升泵1，將污水提升至調節(jié)池；當集水井中污水的PH值超出了這一范圍時，開啟提升泵2，將污水提升至事故池，污水在事故池內經過酸化處理之后再經過電動閥門1流回到集水池；進入調節(jié)池的污水經過加藥泵1加藥處理之后由提升泵3進入管道反應器，根據從調節(jié)池內出來的污水的PH值的大小控制加藥泵2、3，在管道反應器內對污水進行進一步的加藥處理；經過管道反應器的污水直接進入到沉淀池1；沉淀池1的上層少量達到排放標準的污水將會直接被排出，中層大部分污水將進入生化池進行生化氧化處理；風機2主要是給生化池內提供理想的溶解氧濃度，溶解氧濃度的大小直接關系著整個污水處理的效果，在生化池內經過生化處理的污水即可以達到中水的排放標準，處理后的水將被排放到沉淀池2；沉淀池1、2的下層污泥分別經由污泥泵1、2進入到污泥池；污泥池上層的中水還可以通過電動閥3排出，下層的污泥再經過一系列的濾干處理，做成泥餅外運。

三、控制系統(tǒng)硬件設計

在過程控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線技術的應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，整個系統(tǒng)采用CC－Link總線控制技術，將就地采集到的各個液位、流量、PH值、電導率等各種運行狀態(tài)通過CC－Link總線傳給主站CPU，再將CPU的輸出量通過CC－Link總線傳給各個泵、風機、電磁閥等。這樣就實現(xiàn)了分布采集、集中控制。下面對CC－Link現(xiàn)場總線技術的優(yōu)越性進行一下介紹。

（一）CC－Link現(xiàn)場總線

CC－Link是Control＆Communication Link（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的簡稱，是三菱電機于1996年推出的開放式現(xiàn)場總線，已于2001年5月3日被正式批準為SEMI標準 －SEMI E54．12［3］。CC－Link是一種可以同時高速處理控制和信息數據的現(xiàn)場網絡系統(tǒng)，可以提供高效、一體化的工廠和過程自動化控制。其數據容量大，通信速度可多級選擇，最大可達10Mbp。而且它是一個復合的、開放的、適應性強的網絡系統(tǒng)，能夠適應于較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍。CC－Link主要采用廣播——輪詢的方式進行通信，CC－Link也支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬間通信，具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節(jié)省成本等突出優(yōu)點。具體說來，CC－Link總線具有如下優(yōu)勢：

1．高速度大容量的數據傳送可設定介于156Kbps到10Mbps間可選擇的5種通信速度之一。當使用10Mbps的通信速度時，最大通信距離是100米；當通信速度為156Kbps時，最大通信距離為1200米。

2．拓撲結構靈活，有多點接入、T型分支、星型結構等。

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

4．具有自動刷新功能和預約站功能，這是CC－Link所獨有。自動刷新功能可以簡化編程指令，減少程序運行步驟，縮短掃描周期，保證系統(tǒng)運行實時性。預約站功能在系統(tǒng)可擴展性上顯出極大優(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．瞬時傳送功能。

另外，在本系統(tǒng)的具體應用當中，CC－Link還體現(xiàn)出以下幾個優(yōu)勢：

接線簡單。方便可靠的三芯屏蔽雙絞線，經過嚴格的可靠性測試。

組態(tài)簡單。直接通過GX Developer開發(fā)軟件中的網絡參數設置就可以完成數據刷新映射關系的配置，節(jié)省了許多復雜的編程。

設置簡單。直接通過每個站上相應的撥碼開關就可以對每個站的站號和通訊速率進行設置。

維護簡單。CC－Link的每個模塊都具有豐富的監(jiān)視和自檢測功能，在在線狀態(tài)下，可在外圍設備上監(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)．以及數據鏈接的啟動／停止等。并且由于子站的脫離與上線都不會影響其他站的工作，這使得系統(tǒng)的維護變得簡單快捷。

（二）系統(tǒng)的硬件連接圖

根據系統(tǒng)的控制要求，設計系統(tǒng)的網絡連接圖如下：

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，遠程I／O，遠程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用于控制風機2［4］，遠程的I／O及遠程模擬量模塊都選用AJ65SBT系列模塊。兩個終端電阻的作用是消除信號反射。根據硬件連接在PC機中進行CC－Link網絡參數的配置及編程，所有程序由PC機編寫好之后通過RS－232線寫入到PLC的CPU中。

四、結論

通過采用CC－Link現(xiàn)0場總線來設計整個污水處理系統(tǒng)的數據通訊網絡，可以使污水處理池里面的各種信號及時準確地傳輸到PLC控制器，有利于控制器做出迅速的反應在將處理信號及時傳輸到現(xiàn)場的設備?？梢哉f，CC－Link總線技術在整個污水處理當中的應用不僅使得整個系統(tǒng)高效、可靠，還節(jié)約了配線成本以及維護費用，從而大大提高了整個污水處理廠的經濟效益。

［1］黎一強．PLC技術在生活污水處理及回用系統(tǒng)中的應用［J］．自動化技術與應用，2008，（08）．

［2］郭正陽．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用［M］．北京：清華大學出版社，2006．

［4］吳忠智．變頻器應用手冊［M］．北京：機械工業(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．as 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)技術學院電氣工程系教師，助教；孫艷（1982－），女，河北秦皇島人，三星高新電機（天津）有限公司設備改造主管。