工程科技論文

時間：2021-04-01 14:41:37 論文我要投稿

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　　PLC在南水北調尾水導流工程水質在線監測系統中的應用析為主的傳統水質監測系統，存在可監測區域有限、監測工作量大、監測人員消耗高、監測數據連續性差、監測頻率低、監測結果實時性差等理由，這些理由的存在使傳統水質監測技術遠遠不能滿足人們對水環境監測工作的要求。水質在線自動監測系統就是在此前提下應運而生的，它是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現代傳感器技術

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　　南水北調豐沛縣尾水資源化利用及導流工程沿線共設置6座水質在線自動監測站，分別對兩個縣區邊界水質及四個縣區污水處理廠水質進行監測，確保江蘇省調水出省的水質穩定達標。該水質在線自動監測站具有自動運轉、連續監測、停電自恢復、讀取并上傳監測參數等功能，這些功能的實現主要是依靠水質自動監測系統的制約單元，而PLC（可編程制約器）又是整個自動制約技術的關鍵。這6座水質在線自動監測站分別由取水系統、配水管路、水樣預處理裝置、輔助系統組成，其流程制約和通訊均由M340系列PLC完成。本文主要介紹了該項目基于PLC的自動制約流程的設計，包括水處理自動制約系統制約要求、系統制約流程及PLC編程等。

　　以人工現場采樣、實驗室儀器分析為主的傳統水質監測系統，存在可監測區域有限、監測工作量大、監測人員消耗高、監測數據連續性差、監測頻率低、監測結果實時性差等理由，這些理由的存在使傳統水質監測技術遠遠不能滿足人們對水環境監測工作的要求。

　　水質在線自動監測系統就是在此前提下應運而生的，它是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現代傳感器技術、自動制約技術、計算機應用技術以及相關專業分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性的`在線自動監測體系。水質在線自動監測系統極大地降低了實驗室分析所帶來的勞動強度，解決了偏遠地區無法高頻率監測的理由，同時還能夠及時反饋監測信息，為管理層提供決策服務[3]。

　　一、水質在線自動監測站系統

　　1.1系統總體情況

　　南水北調豐沛縣水質在線自動監測系統是一個多參數監測系統，監測參數包括：常規五參數（pH、溫度、溶解氧、濁度、電導率）、氨氮、COD、全鹽量等。系統結構如圖1所示，采用雙泵結構，兩泵互為備用，整個系統可依據需要按設定的周期連續采樣。采集上來的水樣經五參數及全鹽量測定儀測定后，將數據傳送到PLC中，其余水樣經一段時間的預處理后，流向氨氮分析儀、COD分析儀，測量完畢后與水質五參數、全鹽量值一樣通過基于Modbus通訊協議的RS485總線技術傳送到PLC中。取水測量完畢后進入清洗階段，清洗共分為清水清洗、熱水清洗、空氣反吹三個流程。清水清洗主要清洗管路中的泥沙并沖走殘留水樣；熱水清洗則是為了防止管路中滋生藻類及微生物等；空氣反吹用于吹干取水管路，以備下次采樣使用。另外，考慮到五參數測定儀的傳感器不宜長時間暴露在干燥環境下，因此在系統運轉間隙通過圖1中的沖洗管路定時對傳感器進行清水噴淋。

　　1.2系統功能設計

　　水質自動在線監測系統可按照監測周期定時進行采樣監測、管路清洗、噴淋傳感器探頭等，以上不同的運轉過程包括了泵的開啟、管路閥門的閉合、采樣儀器的觸發啟動、測量參數的讀取、系統故障的判斷等，工藝流程較為復雜，邏輯性強。對以上較為復雜的流程制約，需要采用一種制約性能強、可靠性高、編程簡單、易于調試、維護方便的制約單元用以制約閥門、儀表的開啟，數據、工況信息的采集和上傳。

　　此外，考慮到水質在線自動監測系統的靈活性和可靠性，在機柜上設置現地手動啟動按鈕、緊急停止按鈕、檢修按鈕等，方便運轉維護人員在應急狀態下制約系統的運轉狀態。

　　1.3 PLC自控系統特點

　　技術先進：自動化制約系統無論是從使用的現場總線、通信網絡、PLC、組態軟件，還是從自動化制約技術來講，都具有先進水平。

　　穩定可靠：PLC主控單元選用知名品牌，監理的自動化制約平臺，經過嚴格的測試，可保證系統穩定可靠地運轉；對于PLC作為主要的制約器，采用中文設計界面，自動化程度高，使用簡單。

　　安全性：自動化制約采用全面的設備保護體系，包括制約平臺信號及電源防雷保護、各種水質異常保護、各類報警等，以防止因為意外或操作失誤而發生事故。

　　擴展性和兼容性：本系統具有很強的兼容性，為了保證在今后的擴建和改造時滿足制約要求，在設計時充分考慮系統的擴展能力，在滿足現有功能要求的基礎上，為今后系統的擴展和互連提供充足的接口。

　　二、水質在線自動監測系統PLC選型及應用

　　2.1 系統PLC選型

　　PLC（可編程制約器）實質上就是一臺計算機，其硬件結構與我們常用的微機相似，即由電源、CPU、通訊模塊、輸入輸出（I/O）模塊、外設I/O接口等組成[4]，各部分通過總線（電源總線、制約總線、地址總線、數據總線）連接而成[5]。它是一款綜合了計算機技術、自動制約技術和通信技術的自動制約裝置[6]。

　　在南水北調豐沛縣水質在線自動監測系統中，選用M340系列PLC。這款PLC適用于中小型項目，可以為工程提供最佳的自動化技術和高效、靈活、經濟的解決方案。水質自動監測系統雖然結構、工藝流程較為復雜，但較之大型自動化工程而言，尚屬中小型項目，因此，M340系列PLC完全可以滿足系統的需求。

　　南水北調豐沛縣水質在線自動監測系統輸入端設有手動選擇開關、浮子開關、泵脫扣信號及泵運轉信號等；輸出端需要制約12個閥門、2臺水泵、9個狀態燈、1個增壓泵。考慮到系統的可擴展性，選用了32點DI和DO模塊。同時，加入一個通訊模塊，用于發送COD、氨氮采樣儀啟動命令，接收五參數采樣儀、全鹽量測定儀、氨氮及COD采樣儀的測定數據。

　　2.2 系統PLC程序設計

　　在此工程中，PLC制約程序使用Unity_Pro_XL_V5.0軟件編寫，主要制約采樣、監測、清洗、噴淋、數據讀取等。

　　系統自動運轉開始，首先判斷是否到達監測周期所要求的監測時間，若時間已到，則立即進入監測流程，并將測量到的水質參數發送到數據采集器中；待監測流程結束后，開啟清洗流程，經過清水清洗、熱水清洗、空氣反吹后，系統停止，等待下一個監測周期到來。噴淋流程是在監測流程和清洗流程均未開啟的狀態下，每隔一小時運轉一次，即在監測周期時間間隔內循環運轉。

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