工程科技論文

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爲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爲核心，運用現代傳感器技術

南水北調豐沛縣尾水資源化利用及導流工程沿線共設定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、讀取並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於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。

以人工現場採樣、實驗室儀器分析爲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爲核心，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資訊，爲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，採用雙泵結構，兩泵互爲備用，整個系統可依據需要按設定的週期連續採樣。採集上來的水樣經五參數及全鹽量測定儀測定後，將數據傳送到PLC中，其餘水樣經一段時間的預處理後，流向氨氮分析儀、COD分析儀，測量完畢後與水質五參數、全鹽量值一樣透過基於Modbus通訊協議的RS485總線技術傳送到PLC中。取水測量完畢後進入清洗階段，清洗共分爲清水清洗、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並沖走殘留水樣；熱水清洗則是爲了防止管路中滋生藻類及微生物等；空氣反吹用於吹乾取水管路，以備下次採樣使用。另外，考慮到五參數測定儀的傳感器不宜長時間暴露在乾燥環境下，因此在系統運轉間隙透過圖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週期定時進行採樣監測、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啓、管路閥門的閉合、採樣儀器的觸發啓動、測量參數的讀取、系統故障的判斷等，工藝流程較爲複雜，邏輯性強。對以上較爲複雜的流程制約，需要採用一種制約性能強、可靠性高、編程簡單、易於調試、維護方便的制約單元用以制約閥門、儀表的開啓，數據、工況資訊的採集和上傳。

此外，考慮到水質在線自動監測系統的靈活性和可靠性，在機櫃上設定現地手動啓動按鈕、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；對於PLC作爲主要的制約器，採用中文設計介面，自動化程度高，使用簡單。

安全性：自動化制約採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，以防止因爲意外或操作失誤而發生事故。

擴展性和相容性：本系統具有很強的相容性，爲了保證在今後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，爲今後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、通訊模組、輸入輸出（I/O）模組、外設I/O接口等組成[4]，各部分透過總線（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適用於中小型項目，可以爲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、工藝流程較爲複雜，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模組。同時，加入一個通訊模組，用於發送COD、氨氮採樣儀啓動命令，接收五參數採樣儀、全鹽量測定儀、氨氮及COD採樣儀的測定數據。

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，主要制約採樣、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週期所要求的監測時間，若時間已到，則立即進入監測流程，並將測量到的水質參數發送到數據採集器中；待監測流程結束後，開啓清洗流程，經過清水清洗、熱水清洗、空氣反吹後，系統停止，等待下一個監測週期到來。噴淋流程是在監測流程和清洗流程均未開啓的狀態下，每隔一小時運轉一次，即在監測週期時間間隔內循環運轉。