污水处理加药机改造探析

刘 建

（广东省技师学院，广东 惠州516100）

1 项目的提出

污水处理厂加药设备加药流量显示与实际不符，不便于设备的远程监控，设备不能满足企业的要求，为此企业提出改造意愿。实地考察发现，原控制方案通过流量计输出4～20 m A的模拟电流（图1），再用西门子最常用的模拟量扩展模块EM235对模拟电流进行转换。EM235有4路模拟量输入和1路模拟量输出（图2）。

图1 转换器电路结构

图2 EM235接线图

从原理上分析，原方案没有问题，应该可以满足企业对流量的监控。但实际上相差很大，根本达不到要求。通过分析原方案与各个元件的参数，流量计量程为1 L／s，但实际上管道的最大流量为0.1 L／s。流量计输出模拟信号为4～20 m A，也就是说当管道实际流量达到1 L／s时，流量计才输出20 m A的电流，现在实际流量只有不到0.1 L／s，流量计输出的电流会很小，通过用仪表测量，输出的电流不到6 m A。实际流量过小，量程过大，因此难以分辨出实际流量。另外，从流量计到EM235模块有将近10 m的距离，加之电气柜内有3台变频器，这样就造成了显示流量与实际流量的误差很大。

2 改造方案

通过实地考察与分析，基本找到了流量显示误差大的原因，初步设想3种方案进行改造：

2.1 延用原设计思路

原设计思路通过流量计发出模拟信号4～20 m A，再用模拟量扩展模块处理，最后在PLC程序里面运算得出流量。前面已经分析出显示误差大的原因主要是流量计选择不合理，量程太大，那么只能更换流量计，选择量程比管道实际流量稍大的流量计，另外选择带屏蔽功能并且稍粗的导线作为信号线。如果延用原设计思路，缺点是需要更改流量计，这样成本相当高，且需改动原管道，改造时间也比较长。另外，由于控制距离比较远，精度也较难保证。

2.2 通过通讯实现

流量计具有 Modbus接口，支持标准 HART协议，配置HART手持器可在线显示测量值，并可修改仪表参数。所以放弃原设计思路，PLC与流量计之间用通讯建立联系，PLC直接读取流量计流量。S7－200 PLC本身就具备通讯功能，流量计也具备通讯功能，因此该方案不需要增加任何硬件就可实现。但是手头没有流量计通讯协议，厂家也不肯提供详细的参考资料。根据以往通讯的经验，没有通讯协议，很难实现通讯。

2.3 高速计数器计脉冲方式

通过查看流量计说明书，并结合图1所示转换器电路结构，得知流量计具有脉冲输出功能。流量计每流过一定体积的液体（脉冲当量）便输出一个脉冲信号，而且脉冲当量可以设定。用PLC高速计数器对一定时间内流量计的脉冲信号进行计数，然后在PLC内部对计数器数据进行处理，即可得出相应时间里的平均流量。利用该方法所有硬件都不用更换，也无需增加任何硬件设备，只要确保PLC有2个以上输入点的备用。通过现场查看，PLC还有6个输入点的盈余。另外该方法利用的是开关信号，10 m的距离和变频器都不会影响对脉冲信号的计数，这就确保了计数的准确性，从而保证了流量数据的准确。

通过分析现场硬件、环境、资料等客观条件，对比3种方案，用高速计数器计脉冲的方法最好，不用增加硬件，成本最小，且其使用的是开关信号，抗干扰能力最强，流量精度最能保证，最具可行性。

3 改造过程

3.1 硬件处理

PLC高速计数器都是通过固定的输入点输入信号，通过查找西门子S7－200编程手册，得到高速计数器输入点，如表1所示。对流量计脉冲信号计数，不需要内、外部复位和方向信号，所以选用高速计数器HSC3或者HSC5都可以。HSC3和HSC5脉冲信号分别通过I0.1和I0.4输入，通过查看控制柜原接线，I0.1和I0.4已经被分配使用。但是I2.2和I2.7共6个输入点没有接线，未使用。将原来接在I0.1上的导线接到I2.2，然后下载控制柜内PLC程序，通过PLC程序查找替换功能，将程序里面所有的I0.1更换为I2.2。这样以前I0.1上的输入信号就更换到I2.2上了，I0.1被空下来，可用于HSC3高速计数器输入信号。I0.1上接流量计信号，如此就完成了硬件接线的工作。

表1 高速计数器的输入点

3.2 流量计参数设定

将输出功能由频率输出改为脉冲输出，脉冲当量改为0.001 L／cp，即每流过0.001 L流量计输出1个脉冲。这样可以较好地保证精度，又不会违背流量计每秒最多输出100个脉冲的原则。

3.3 PLC程序编写

先将原设备程序保存1份，在另外保存的程序后面增加3个网络，分别编写PLC程序。运行调试，监控PLC数据寄存里面的数据，与流量计实际数据进行对比，只有最低位数据有一定的误差及小数点位置不对。通过人机界面调整小数点位置，然后对比流量计与人机界面数据，在允许的误差范围内很好地满足了顾客的要求。

4 结语

经过3天时间试用，高速计数器计脉冲的方法解决了原流量显示与实际流量不相符的问题。本次改造提高了PLC的综合应用能力，并使有关人员认识到，解决问题的方法多种多样，要根据现场具体情况具体分析，本着成本最低、改动最小、耗时最短的原则解决实际问题。

［1］西门子S7－200编程手册