基于CC－Link总线的污水处理控制系统介绍

范其明，孙 艳

（天津中德职业技术学院，天津 300350）

基于CC－Link总线的污水处理控制系统介绍

范其明，孙 艳

（天津中德职业技术学院，天津 300350）

文章首先简要介绍了沈阳某污水处理厂的系统工艺流程，然后介绍了该污水处理厂控制系统的硬件设计，采用三菱电机自动化公司的CC－Link现场总线作为通讯连接PLC与现场的IO设备。本文详细介绍了采用CC－Link现场总线通讯的方式所设计污水处理系统的优越性，整个系统稳定、可靠、经济效益高。

CC－Link；污水处理；工艺流程；Q系列PLC

一、引言

随着社会经济的发展，我国的城市污水排放量逐年增加，据估计，到2010年城市污水排放总量［1］为1050亿m3。而我国是一个淡水资源极度贫乏的国家，我国淡水资源人均占有量只有2300m3，仅为世界平均水平的1／4，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。在这样的背景下，污水处理就成了水资源保护工作成败的关键。对于污水处理厂而言，由于水池体积都较为庞大，导致数据采集点相对分散，距离远。因此，该系统采用CC－Link总线对数据进行远程采集，对系统进行远程控制，从而将现场分散的模块网络化，使得现场应用经济方便。

二、系统工艺流程简介

首先我们来了解一下该污水处理厂的系统工艺流程，系统工艺流程图如下：

图1 系统工艺流程图

由工艺流图可知，污水首先进入集水井，当集水井中的PH值在一定范围内时，开启提升泵1，将污水提升至调节池；当集水井中污水的PH值超出了这一范围时，开启提升泵2，将污水提升至事故池，污水在事故池内经过酸化处理之后再经过电动阀门1流回到集水池；进入调节池的污水经过加药泵1加药处理之后由提升泵3进入管道反应器，根据从调节池内出来的污水的PH值的大小控制加药泵2、3，在管道反应器内对污水进行进一步的加药处理；经过管道反应器的污水直接进入到沉淀池1；沉淀池1的上层少量达到排放标准的污水将会直接被排出，中层大部分污水将进入生化池进行生化氧化处理；风机2主要是给生化池内提供理想的溶解氧浓度，溶解氧浓度的大小直接关系着整个污水处理的效果，在生化池内经过生化处理的污水即可以达到中水的排放标准，处理后的水将被排放到沉淀池2；沉淀池1、2的下层污泥分别经由污泥泵1、2进入到污泥池；污泥池上层的中水还可以通过电动阀3排出，下层的污泥再经过一系列的滤干处理，做成泥饼外运。

三、控制系统硬件设计

在过程控制系统中，现场总线技术的应用十分广泛而且必要［2］。本污水处理系统选用Q02H型PLC作为中央处理单元，采用QJ61BT11N作为CC－Link通信模块，整个系统采用CC－Link总线控制技术，将就地采集到的各个液位、流量、PH值、电导率等各种运行状态通过CC－Link总线传给主站CPU，再将CPU的输出量通过CC－Link总线传给各个泵、风机、电磁阀等。这样就实现了分布采集、集中控制。下面对CC－Link现场总线技术的优越性进行一下介绍。

（一）CC－Link现场总线

CC－Link是Control＆Communication Link（控制与通信链路系统）的简称，是三菱电机于1996年推出的开放式现场总线，已于2001年5月3日被正式批准为SEMI标准 －SEMI E54．12［3］。CC－Link是一种可以同时高速处理控制和信息数据的现场网络系统，可以提供高效、一体化的工厂和过程自动化控制。其数据容量大，通信速度可多级选择，最大可达10Mbp。而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC－Link主要采用广播——轮询的方式进行通信，CC－Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信，具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出优点。具体说来，CC－Link总线具有如下优势：

1．高速度大容量的数据传送可设定介于156Kbps到10Mbps间可选择的5种通信速度之一。当使用10Mbps的通信速度时，最大通信距离是100米；当通信速度为156Kbps时，最大通信距离为1200米。

2．拓扑结构灵活，有多点接入、T型分支、星型结构等。

3．由于CC－Link可用于低价的中间控制层网络，才使得分布控制成为现实。

4．具有自动刷新功能和预约站功能，这是CC－Link所独有。自动刷新功能可以简化编程指令，减少程序运行步骤，缩短扫描周期，保证系统运行实时性。预约站功能在系统可扩展性上显出极大优越性。

5．完善的RAS功能。RAS是Reliability（可靠性）、Availability（有效性）和Serviceability（可维护性）的缩写。

6．优异抗噪性能和兼容性。

7．互操作性和即插即用性。

8．瞬时传送功能。

另外，在本系统的具体应用当中，CC－Link还体现出以下几个优势：

接线简单。方便可靠的三芯屏蔽双绞线，经过严格的可靠性测试。

组态简单。直接通过GX Developer开发软件中的网络参数设置就可以完成数据刷新映射关系的配置，节省了许多复杂的编程。

设置简单。直接通过每个站上相应的拨码开关就可以对每个站的站号和通讯速率进行设置。

维护简单。CC－Link的每个模块都具有丰富的监视和自检测功能，在在线状态下，可在外围设备上监控CC－Link的链接状态，如硬件连线，主站状态，子站状态．以及数据链接的启动／停止等。并且由于子站的脱离与上线都不会影响其他站的工作，这使得系统的维护变得简单快捷。

（二）系统的硬件连接图

根据系统的控制要求，设计系统的网络连接图如下：

图2 系统硬件连接图

如图2所示，采用QJ61BT11N作为CC－Link主站的通信模块，从站分别包括变频器，远程I／O，远程A／D、D／A等。其中变频器可分别选用FR－E520－0．4KW用于控制加药泵1，选用FR－F540－15KW用于控制风机2［4］，远程的I／O及远程模拟量模块都选用AJ65SBT系列模块。两个终端电阻的作用是消除信号反射。根据硬件连接在PC机中进行CC－Link网络参数的配置及编程，所有程序由PC机编写好之后通过RS－232线写入到PLC的CPU中。

四、结论

通过采用CC－Link现0场总线来设计整个污水处理系统的数据通讯网络，可以使污水处理池里面的各种信号及时准确地传输到PLC控制器，有利于控制器做出迅速的反应在将处理信号及时传输到现场的设备。可以说，CC－Link总线技术在整个污水处理当中的应用不仅使得整个系统高效、可靠，还节约了配线成本以及维护费用，从而大大提高了整个污水处理厂的经济效益。

［1］黎一强．PLC技术在生活污水处理及回用系统中的应用［J］．自动化技术与应用，2008，（08）．

［2］郭正阳．过程控制工程及仿真——基于matlab／simulink［M］．北京：电子工业出版社，2008．

［3］陈启军．CC－LINK控制与通信总线原理及应用［M］．北京：清华大学出版社，2006．

［4］吴忠智．变频器应用手册［M］．北京：机械工业出版社，2007．

Introduction of the Sewage System Control Based on Bus CC－Link

FAN Qi－ming，SUN Yan
（Tianjin Sino－German Vocational Technical College，Tianjin，China 300350）

This paper briefly describes the system process of a sewage plant in Shenyang，and then introduces the hardware design of the control system with fieldbus CC－Link made in Mitsubishi Electric Automation，Inc．as a communication connecting to PLC and IO．This paper gives a detailed presentation on the superiority of the sewage system with CC－Link fieldbus communication and the stability，reliability and economic benefit of the whole system．

CC－Link；sewage treatment；process；PLC of Q Series

TP23

A

1673－582X（2012）08－0048－03

2012－02－20

范其明（1985－），男，河南新乡人，天津中德职业技术学院电气工程系教师，助教；孙艳（1982－），女，河北秦皇岛人，三星高新电机（天津）有限公司设备改造主管。