工程科技论文

2021-04-01 论文

　　PLC在南水北调尾水导流工程水质在线监测系统中的应用析为主的传统水质监测系统，存在可监测区域有限、监测工作量大、监测人员消耗高、监测数据连续性差、监测频率低、监测结果实时性差等理由，这些理由的存在使传统水质监测技术远远不能满足人们对水环境监测工作的要求。水质在线自动监测系统就是在此前提下应运而生的，它是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术

　　南水北调丰沛县尾水资源化利用及导流工程沿线共设置6座水质在线自动监测站，分别对两个县区边界水质及四个县区污水处理厂水质进行监测，确保江苏省调水出省的水质稳定达标。该水质在线自动监测站具有自动运转、连续监测、停电自恢复、读取并上传监测参数等功能，这些功能的实现主要是依靠水质自动监测系统的制约单元，而PLC（可编程制约器）又是整个自动制约技术的关键。这6座水质在线自动监测站分别由取水系统、配水管路、水样预处理装置、辅助系统组成，其流程制约和通讯均由M340系列PLC完成。本文主要介绍了该项目基于PLC的自动制约流程的设计，包括水处理自动制约系统制约要求、系统制约流程及PLC编程等。

　　以人工现场采样、实验室仪器分析为主的传统水质监测系统，存在可监测区域有限、监测工作量大、监测人员消耗高、监测数据连续性差、监测频率低、监测结果实时性差等理由，这些理由的.存在使传统水质监测技术远远不能满足人们对水环境监测工作的要求。

　　水质在线自动监测系统就是在此前提下应运而生的，它是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动制约技术、计算机应用技术以及相关专业分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系。水质在线自动监测系统极大地降低了实验室分析所带来的劳动强度，解决了偏远地区无法高频率监测的理由，同时还能够及时反馈监测信息，为管理层提供决策服务[3]。

　　一、水质在线自动监测站系统

　　1.1系统总体情况

　　南水北调丰沛县水质在线自动监测系统是一个多参数监测系统，监测参数包括：常规五参数（pH、温度、溶解氧、浊度、电导率）、氨氮、COD、全盐量等。系统结构如图1所示，采用双泵结构，两泵互为备用，整个系统可依据需要按设定的周期连续采样。采集上来的水样经五参数及全盐量测定仪测定后，将数据传送到PLC中，其余水样经一段时间的预处理后，流向氨氮分析仪、COD分析仪，测量完毕后与水质五参数、全盐量值一样通过基于Modbus通讯协议的RS485总线技术传送到PLC中。取水测量完毕后进入清洗阶段，清洗共分为清水清洗、热水清洗、空气反吹三个流程。清水清洗主要清洗管路中的泥沙并冲走残留水样；热水清洗则是为了防止管路中滋生藻类及微生物等；空气反吹用于吹干取水管路，以备下次采样使用。另外，考虑到五参数测定仪的传感器不宜长时间暴露在干燥环境下，因此在系统运转间隙通过图1中的冲洗管路定时对传感器进行清水喷淋。

　　1.2系统功能设计

　　水质自动在线监测系统可按照监测周期定时进行采样监测、管路清洗、喷淋传感器探头等，以上不同的运转过程包括了泵的开启、管路阀门的闭合、采样仪器的触发启动、测量参数的读取、系统故障的判断等，工艺流程较为复杂，逻辑性强。对以上较为复杂的流程制约，需要采用一种制约性能强、可靠性高、编程简单、易于调试、维护方便的制约单元用以制约阀门、仪表的开启，数据、工况信息的采集和上传。

　　此外，考虑到水质在线自动监测系统的灵活性和可靠性，在机柜上设置现地手动启动按钮、紧急停止按钮、检修按钮等，方便运转维护人员在应急状态下制约系统的运转状态。

　　1.3 PLC自控系统特点

　　技术先进：自动化制约系统无论是从使用的现场总线、通信网络、PLC、组态软件，还是从自动化制约技术来讲，都具有先进水平。

　　稳定可靠：PLC主控单元选用知名品牌，监理的自动化制约平台，经过严格的测试，可保证系统稳定可靠地运转；对于PLC作为主要的制约器，采用中文设计界面，自动化程度高，使用简单。

　　安全性：自动化制约采用全面的设备保护体系，包括制约平台信号及电源防雷保护、各种水质异常保护、各类报警等，以防止因为意外或操作失误而发生事故。

　　扩展性和兼容性：本系统具有很强的兼容性，为了保证在今后的扩建和改造时满足制约要求，在设计时充分考虑系统的扩展能力，在满足现有功能要求的基础上，为今后系统的扩展和互连提供充足的接口。

　　二、水质在线自动监测系统PLC选型及应用

　　2.1 系统PLC选型

　　PLC（可编程制约器）实质上就是一台计算机，其硬件结构与我们常用的微机相似，即由电源、CPU、通讯模块、输入输出（I/O）模块、外设I/O接口等组成[4]，各部分通过总线（电源总线、制约总线、地址总线、数据总线）连接而成[5]。它是一款综合了计算机技术、自动制约技术和通信技术的自动制约装置[6]。

　　在南水北调丰沛县水质在线自动监测系统中，选用M340系列PLC。这款PLC适用于中小型项目，可以为工程提供最佳的自动化技术和高效、灵活、经济的解决方案。水质自动监测系统虽然结构、工艺流程较为复杂，但较之大型自动化工程而言，尚属中小型项目，因此，M340系列PLC完全可以满足系统的需求。

　　南水北调丰沛县水质在线自动监测系统输入端设有手动选择开关、浮子开关、泵脱扣信号及泵运转信号等；输出端需要制约12个阀门、2台水泵、9个状态灯、1个增压泵。考虑到系统的可扩展性，选用了32点DI和DO模块。同时，加入一个通讯模块，用于发送COD、氨氮采样仪启动命令，接收五参数采样仪、全盐量测定仪、氨氮及COD采样仪的测定数据。

　　2.2 系统PLC程序设计

　　在此工程中，PLC制约程序使用Unity_Pro_XL_V5.0软件编写，主要制约采样、监测、清洗、喷淋、数据读取等。

　　系统自动运转开始，首先判断是否到达监测周期所要求的监测时间，若时间已到，则立即进入监测流程，并将测量到的水质参数发送到数据采集器中；待监测流程结束后，开启清洗流程，经过清水清洗、热水清洗、空气反吹后，系统停止，等待下一个监测周期到来。喷淋流程是在监测流程和清洗流程均未开启的状态下，每隔一小时运转一次，即在监测周期时间间隔内循环运转。

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