和利時(shí)小型一體化PLC用于污水處理監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)線通訊的解決方案
摘要：本文針對(duì)污水處理系統(tǒng)，采用利時(shí)公司新一代小型一體化PLC，提出了一種新的中央監(jiān)控室與污水池現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通訊解決方案，即污水池與中央監(jiān)控室之間的無(wú)線通訊解決方案。目前該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于污水處理現(xiàn)場(chǎng)，具有較好的性價(jià)比。
關(guān)鍵詞：無(wú)線通訊、污水處理、DP網(wǎng)絡(luò)
Abstract: Aimed at sewage dispose system, a new bbbbbb 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 bbbbbb 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 perbbbbance of the system is satisfied.
Keyword: Wireless communication、Sewage disposal、Profibus-DP network
1前言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化程度的不斷提高，工業(yè)污水和生活污水日益增多。為維持經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康增長(zhǎng)和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，必須對(duì)工業(yè)及生活污水加以處理。目前，在我國(guó)主要城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的城鎮(zhèn)均已建成了各種規(guī)模的污水處理廠，但大部分經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的縣市和小城鎮(zhèn)沒有對(duì)各類污水采取處理措施，而是直接排入附近河流。隨著環(huán)保要求的不斷提高，未采取污水處理措施的小城鎮(zhèn)在未來(lái)若干年內(nèi)必然會(huì)建立污水處理廠。小城鎮(zhèn)量大面廣，對(duì)污水處理設(shè)施的需求量很大。同時(shí)，受投資額的限制，這些污水處理廠更愿意采用經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的產(chǎn)品。本文介紹的監(jiān)控系統(tǒng)在滿足污水處理設(shè)備安全、高效運(yùn)行的同時(shí)具有很好的性價(jià)比，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和推廣前景。
2 原方案分析
在污水處理廠內(nèi)，各種污水處理設(shè)備分布較分散。為監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，需要建立一套中央監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)通訊和中央監(jiān)控等部分組成，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表檢測(cè)到的設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上傳至中央控制室，中央控制室內(nèi)的運(yùn)行人員通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)視全廠設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)出各種控制指令，控制指令通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳到現(xiàn)場(chǎng)，控制設(shè)備的相應(yīng)動(dòng)作。
現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)模擬量和開關(guān)量進(jìn)行監(jiān)控，主要模擬量有流量信號(hào)、液位信號(hào)、壓力信號(hào)、閥門開度信號(hào)等，主要開關(guān)量信號(hào)有刮泥車和吸泥車的啟動(dòng)、停止、運(yùn)行、到位、故障及真空泵的工作狀態(tài)等等。這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中央控制室距離較遠(yuǎn)，目前大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)由分布式I/O完成檢測(cè)與控制，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中央控制室之間的數(shù)據(jù)交換大都采用DP網(wǎng)絡(luò)連接方式，在中央控制室設(shè)置DP主站，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為DP從站掛在DP網(wǎng)上。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。一個(gè)污水處理廠包括多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為1個(gè)DP從站連接到DP總線上。采用這樣連結(jié)方式，現(xiàn)場(chǎng)施工工程量很大，需要架設(shè)電纜和橋架，費(fèi)用較高，并且每個(gè)DP從站與DP主站之間采用有線連接，電纜容易損壞，維護(hù)起來(lái)比較麻煩。
圖1 傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
針對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，我們提出了基于和利時(shí)公司小型一體化PLC HOLLiAS-LEC G3的無(wú)線解決方案。該方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。與傳統(tǒng)通訊方案相比，該方案在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和中央監(jiān)控室間采用了無(wú)線通訊方式，具有傳輸距離長(zhǎng)、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)省電纜、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
3 方案設(shè)計(jì)
如圖2所示，該方案采用和利時(shí)公司的小型一體化PLC的CPU模塊LM3107進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。LM3107本身自帶 RS232通訊接口，通過(guò)RS232連接到天線上，天線之間采用Modbus協(xié)議，具備CRC校驗(yàn)，協(xié)議簡(jiǎn)單、可靠性高。通過(guò)天線，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離Modbus無(wú)線通信，從而實(shí)現(xiàn)了每個(gè)污水池（Modbus從站）的數(shù)據(jù)與上位（Modbus主站）之間的數(shù)據(jù)交換。然后，Modbus主站再通過(guò)DP通訊模塊接入DP總線，這樣就可以實(shí)現(xiàn)所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（Modbus從站）與中央監(jiān)控室（DP主站）之間的數(shù)據(jù)交換，完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。
圖2 基于和利時(shí)PLC的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)
圖3 數(shù)據(jù)流程示意圖
圖3為數(shù)據(jù)流程示意圖，每個(gè)模塊之間的通訊都是雙向的。對(duì)于污水池采集上來(lái)的數(shù)據(jù)，模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊LM3310輸入到下位LM3107模塊（Modbus從站），開關(guān)量直接輸入下位LM3107模塊（Modbus從站），上位采用1個(gè)LM3107CPU模塊與1個(gè)LM3401DP從站模塊連接到DP網(wǎng)絡(luò)中。
下位的LM3107通過(guò)RS232與無(wú)線通訊模塊連接作為Modbus從站，上位的LM3107通過(guò)RS232與無(wú)線通訊模塊連接作為Modbus主站。LM3107模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的Modbus RTU協(xié)議，所以上位與下位LM3107之間采用Modbus通訊。上位的LM3107再通過(guò)LM3401DP從站模塊與中央監(jiān)控室進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
無(wú)線通訊可以根據(jù)實(shí)際情況選擇如下Modbus通訊參數(shù)：
校驗(yàn)：奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、無(wú)校驗(yàn)
位數(shù)：7位、8位
波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps
4 方案優(yōu)勢(shì)
本文提出的解決方案具有如下優(yōu)勢(shì)：
1. 只需要1條DP線就可以把所有污水池采集的數(shù)據(jù)傳送到中心監(jiān)控室DP主站，與傳統(tǒng)通信方案相比節(jié)省了大量通訊線纜，同時(shí)也減小了線纜施工工作量，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。
2. 采用無(wú)線通訊方式，數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)，數(shù)據(jù)利用天線透?jìng)鳎瑐鬏數(shù)木嚯x與天線有關(guān)，最多5000米。
3. 采用LM3107可以實(shí)現(xiàn)最多247個(gè)Modbus從站互聯(lián)，節(jié)省了每個(gè)污水池的DP從站模塊費(fèi)用，取而代之的是每個(gè)污水池做為Modbus從站存在，只需要1個(gè)DP從站即可實(shí)現(xiàn)所有的污水池?cái)?shù)據(jù)與中心監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)的交換。
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