摘要：本文針對污水處理系統(tǒng)，采用利時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，具有較好的性價比。
關(guān)鍵詞：無線通訊、污水處理、DP網(wǎng)絡(luò)
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
隨著我國經(jīng)濟的高速發(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)濟的持續(xù)、健康增長和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，必須對工業(yè)及生活污水加以處理。目前，在我國主要城市和經(jīng)濟發(fā)達地區(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)濟欠發(fā)達地區(qū)的縣市和小城鎮(zhèn)沒有對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)在未來若干年內(nèi)必然會建立污水處理廠。小城鎮(zhèn)量大面廣，對污水處理設(shè)施的需求量很大。同時，受投資額的限制，這些污水處理廠更愿意采用經(jīng)濟、實用的產(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、高效運行的同時具有很好的性價比，具有良好的經(jīng)濟、社會效益和推廣前景。
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)場設(shè)備的運行參數(shù)和運行狀態(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)場檢測、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)場檢測儀表檢測到的設(shè)備參數(shù)和運行狀態(tài)經(jīng)過處理后通過計算機網(wǎng)絡(luò)上傳至中央控制室，中央控制室內(nèi)的運行人員通過監(jiān)控計算機監(jiān)視全廠設(shè)備的運行狀態(tài)。運行人員根據(jù)運行參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)發(fā)出各種控制指令，控制指令通過計算機網(wǎng)絡(luò)傳到現(xiàn)場，控制設(shè)備的相應(yīng)動作。
現(xiàn)場需要對模擬量和開關(guān)量進行監(jiān)控，主要模擬量有流量信號、液位信號、壓力信號、閥門開度信號等，主要開關(guān)量信號有刮泥車和吸泥車的啟動、停止、運行、到位、故障及真空泵的工作狀態(tài)等等。這些現(xiàn)場設(shè)備與中央控制室距離較遠，目前大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)由分布式I/O完成檢測與控制，現(xiàn)場設(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)場設(shè)備作為DP從站掛在DP網(wǎng)上。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。一個污水處理廠包括多個現(xiàn)場設(shè)備，每個現(xiàn)場設(shè)備作為1個DP從站連接到DP總線上。采用這樣連結(jié)方式，現(xiàn)場施工工程量很大，需要架設(shè)電纜和橋架，費用較高，并且每個DP從站與DP主站之間采用有線連接，電纜容易損壞，維護起來比較麻煩。

針對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的缺點，我們提出了基于和利時公司小型一體化PLC HOLLiAS-LEC G3的無線解決方案。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)場設(shè)備和中央監(jiān)控室間采用了無線通訊方式，具有傳輸距離長、可靠性好、抗干擾能力強、節(jié)省電纜、維護成本低等優(yōu)點。
3 方案設(shè)計
如圖2所示，該方案采用和利時公司的小型一體化PLC的CPU模塊LM3107進行數(shù)據(jù)采集和傳輸。LM3107本身自帶 RS232通訊接口，通過RS232連接到天線上，天線之間采用Modbus協(xié)議，具備CRC校驗，協(xié)議簡單、可靠性高。通過天線，可以實現(xiàn)遠距離Modbus無線通信，從而實現(xiàn)了每個污水池（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DP通訊模塊接入DP總線，這樣就可以實現(xiàn)所有現(xiàn)場設(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3為數(shù)據(jù)流程示意圖，每個模塊之間的通訊都是雙向的。對于污水池采集上來的數(shù)據(jù)，模擬量通過模擬量輸入模塊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LM3107CPU模塊與1個LM3401DP從站模塊連接到DP網(wǎng)絡(luò)中。
下位的LM3107通過RS232與無線通訊模塊連接作為Modbus從站，上位的LM3107通過RS232與無線通訊模塊連接作為Modbus主站。LM3107模塊支持標準的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LM3401DP從站模塊與中央監(jiān)控室進行數(shù)據(jù)交換。
無線通訊可以根據(jù)實際情況選擇如下Modbus通訊參數(shù)：
校驗：奇校驗、偶校驗、無校驗
位數(shù)：7位、8位
波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps

4 方案優(yōu)勢
本文提出的解決方案具有如下優(yōu)勢：
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)的可靠性和可維護性。
2. 采用無線通訊方式，數(shù)據(jù)傳輸距離長，數(shù)據(jù)利用天線透傳，傳輸?shù)木嚯x與天線有關(guān)，最多5K米。
3. 采用LM3107可以實現(xiàn)最多247個Modbus從站互聯(lián)，節(jié)省了每個污水池的DP從站模塊費用，取而代之的是每個污水池做為Modbus從站存在，只需要1個DP從站即可實現(xiàn)所有的污水池數(shù)據(jù)與中心監(jiān)測站數(shù)據(jù)的交換。
5 結(jié)束語
經(jīng)過一段時間的調(diào)試和試運行，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一體化PLC作為控制系統(tǒng)的無線監(jiān)控方案已成功應(yīng)用于污水處理現(xiàn)場。實踐證明，該設(shè)計方案整體成本較低、數(shù)據(jù)傳輸距離長、可靠性好、抗干擾能力強、維護成本低、可操作性高，在市場中具備強有力的競爭能力，為污水處理行業(yè)增添了一套完善的解決方案。

參考文獻
[1] HOLLiAS-LEC G3小型一體化PLC硬件手冊. 杭州和利時自動化有限公司
[2] HOLLiAS-LEC G3小型一體化PLC軟件手冊. 杭州和利時自動化有限公司