和利时小型一体化PLC用于污水处理监控系统
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摘要：本文针对污水处理系统，采用利时公司新一代小型一体化PLC，提出了一种新的中央监控室与污水池现场设备之间的通讯解决方案，即污水池与中央监控室之间的无线通讯解决方案。目前该系统已成功应用于污水处理现场，具有较好的性价比。
关键词：无线通讯、污水处理、DP网络
Abstract: Aimed at sewage dispose system, a new method to solve the communication problem between central control office and locale equipment in sewage pool based on HOLLiAS-LEC G3 PLC, i.e, a wireless communication method between central control office and sewage pool is put forward in the thesis. The system was used successfully in locale sewage dispose system and the ratio of cost and performance of the system is satisfied.
Keyword: Wireless communication、Sewage disposal、Profibus-DP network
1前言
随着我国经济的高速发展和城镇化程度的不断提高，工业污水和生活污水日益增多。为维持经济的持续、健康增长和生态环境的良性循环，必须对工业及生活污水加以处理。目前，在我国主要城市和经济发达地区的城镇均已建成了各种规模的污水处理厂，但大部分经济欠发达地区的县市和小城镇没有对各类污水采取处理措施，而是直接排入附近河流。随着环保要求的不断提高，未采取污水处理措施的小城镇在未来若干年内必然会建立污水处理厂。小城镇量大面广，对污水处理设施的需求量很大。同时，受投资额的限制，这些污水处理厂更愿意采用经济、实用的产品。本文介绍的监控系统在满足污水处理设备安全、高效运行的同时具有很好的性价比，具有良好的经济、社会效益和推广前景。
2 原方案分析
在污水处理厂内，各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态，需要建立一套中央监控系统。该监控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和中央监控等部分组成，现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至中央控制室，中央控制室内的运行人员通过监控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种控制指令，控制指令通过计算机网络传到现场，控制设备的相应动作。
现场需要对模拟量和开关量进行监控，主要模拟量有流量信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等，主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与中央控制室距离较远，目前大多数监控系统由分布式I/O完成检测与控制，现场设备与中央控制室之间的数据交换大都采用DP网络连接方式，在中央控制室设置DP主站，现场设备作为DP从站挂在DP网上。系统结构简图如图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备，每个现场设备作为1个DP从站连接到DP总线上。采用这样连结方式，现场施工工程量很大，需要架设电缆和桥架，费用较高，并且每个DP从站与DP主站之间采用有线连接，电缆容易损坏，维护起来比较麻烦。
图1 传统监控系统结构图
针对传统控制系统存在的缺点，我们提出了基于和利时公司小型一体化PLC HOLLiAS-LEC G3的无线解决方案。该方案的系统结构如图2所示。与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、维护成本低等优点。
3 方案设计
如图2所示，该方案采用和利时公司的小型一体化PLC的CPU模块LM3107进行数据采集和传输。LM3107本身自带 RS232通讯接口，通过RS232连接到天线上，天线之间采用Modbus协议，具备CRC校验，协议简单、可靠性高。通过天线，可以实现远距离Modbus无线通信，从而实现了每个污水池（Modbus从站）的数据与上位（Modbus主站）之间的数据交换。然后，Modbus主站再通过DP通讯模块接入DP总线，这样就可以实现所有现场设备（Modbus从站）与中央监控室（DP主站）之间的数据交换，完成数据采集与控制功能。
图2 基于和利时PLC的无线监控系统
图3 数据流程示意图
图3为数据流程示意图，每个模块之间的通讯都是双向的。对于污水池采集上来的数据，模拟量通过模拟量输入模块LM3310输入到下位LM3107模块（Modbus从站），开关量直接输入下位LM3107模块（Modbus从站），上位采用1个LM3107CPU模块与1个LM3401DP从站模块连接到DP网络中。
下位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus从站，上位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus主站。LM3107模块支持标准的Modbus RTU协议，所以上位与下位LM3107之间采用Modbus通讯。上位的LM3107再通过LM3401DP从站模块与中央监控室进行数据交换。
无线通讯可以根据实际情况选择如下Modbus通讯参数：
校验：奇校验、偶校验、无校验
位数：7位、8位
波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps
4 方案优势
本文提出的解决方案具有如下优势：
1. 只需要1条DP线就可以把所有污水池采集的数据传送到中心监控室DP主站，与传统通信方案相比节省了大量通讯线缆，同时也减小了线缆施工工作量，提高了系统的可靠性和可维护性。
2. 采用无线通讯方式，数据传输距离长，数据利用天线透传，传输的距离与天线有关，最多5000米。
3. 采用LM3107可以实现最多247个Modbus从站互联，节省了每个污水池的DP从站模块费用，取而代之的是每个污水池做为Modbus从站存在，只需要1个DP从站即可实现所有的污水池数据与中心监测站数据的交换。
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