污水處理加藥機(jī)改造探析

劉 建

（廣東省技師學(xué)院，廣東 惠州516100）

1 項(xiàng)目的提出

污水處理廠加藥設(shè)備加藥流量顯示與實(shí)際不符，不便于設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，設(shè)備不能滿足企業(yè)的要求，為此企業(yè)提出改造意愿。實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，原控制方案通過流量計(jì)輸出4～20 m A的模擬電流（圖1），再用西門子最常用的模擬量擴(kuò)展模塊EM235對(duì)模擬電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換。EM235有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出（圖2）。

圖1 轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)

圖2 EM235接線圖

從原理上分析，原方案沒有問題，應(yīng)該可以滿足企業(yè)對(duì)流量的監(jiān)控。但實(shí)際上相差很大，根本達(dá)不到要求。通過分析原方案與各個(gè)元件的參數(shù)，流量計(jì)量程為1 L／s，但實(shí)際上管道的最大流量為0.1 L／s。流量計(jì)輸出模擬信號(hào)為4～20 m A，也就是說當(dāng)管道實(shí)際流量達(dá)到1 L／s時(shí)，流量計(jì)才輸出20 m A的電流，現(xiàn)在實(shí)際流量只有不到0.1 L／s，流量計(jì)輸出的電流會(huì)很小，通過用儀表測(cè)量，輸出的電流不到6 m A。實(shí)際流量過小，量程過大，因此難以分辨出實(shí)際流量。另外，從流量計(jì)到EM235模塊有將近10 m的距離，加之電氣柜內(nèi)有3臺(tái)變頻器，這樣就造成了顯示流量與實(shí)際流量的誤差很大。

2 改造方案

通過實(shí)地考察與分析，基本找到了流量顯示誤差大的原因，初步設(shè)想3種方案進(jìn)行改造：

2.1 延用原設(shè)計(jì)思路

原設(shè)計(jì)思路通過流量計(jì)發(fā)出模擬信號(hào)4～20 m A，再用模擬量擴(kuò)展模塊處理，最后在PLC程序里面運(yùn)算得出流量。前面已經(jīng)分析出顯示誤差大的原因主要是流量計(jì)選擇不合理，量程太大，那么只能更換流量計(jì)，選擇量程比管道實(shí)際流量稍大的流量計(jì)，另外選擇帶屏蔽功能并且稍粗的導(dǎo)線作為信號(hào)線。如果延用原設(shè)計(jì)思路，缺點(diǎn)是需要更改流量計(jì)，這樣成本相當(dāng)高，且需改動(dòng)原管道，改造時(shí)間也比較長。另外，由于控制距離比較遠(yuǎn)，精度也較難保證。

2.2 通過通訊實(shí)現(xiàn)

流量計(jì)具有 Modbus接口，支持標(biāo)準(zhǔn) HART協(xié)議，配置HART手持器可在線顯示測(cè)量值，并可修改儀表參數(shù)。所以放棄原設(shè)計(jì)思路，PLC與流量計(jì)之間用通訊建立聯(lián)系，PLC直接讀取流量計(jì)流量。S7－200 PLC本身就具備通訊功能，流量計(jì)也具備通訊功能，因此該方案不需要增加任何硬件就可實(shí)現(xiàn)。但是手頭沒有流量計(jì)通訊協(xié)議，廠家也不肯提供詳細(xì)的參考資料。根據(jù)以往通訊的經(jīng)驗(yàn)，沒有通訊協(xié)議，很難實(shí)現(xiàn)通訊。

2.3 高速計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖方式

通過查看流量計(jì)說明書，并結(jié)合圖1所示轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)，得知流量計(jì)具有脈沖輸出功能。流量計(jì)每流過一定體積的液體（脈沖當(dāng)量）便輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，而且脈沖當(dāng)量可以設(shè)定。用PLC高速計(jì)數(shù)器對(duì)一定時(shí)間內(nèi)流量計(jì)的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后在PLC內(nèi)部對(duì)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得出相應(yīng)時(shí)間里的平均流量。利用該方法所有硬件都不用更換，也無需增加任何硬件設(shè)備，只要確保PLC有2個(gè)以上輸入點(diǎn)的備用。通過現(xiàn)場(chǎng)查看，PLC還有6個(gè)輸入點(diǎn)的盈余。另外該方法利用的是開關(guān)信號(hào)，10 m的距離和變頻器都不會(huì)影響對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，這就確保了計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，從而保證了流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

通過分析現(xiàn)場(chǎng)硬件、環(huán)境、資料等客觀條件，對(duì)比3種方案，用高速計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖的方法最好，不用增加硬件，成本最小，且其使用的是開關(guān)信號(hào)，抗干擾能力最強(qiáng)，流量精度最能保證，最具可行性。

3 改造過程

3.1 硬件處理

PLC高速計(jì)數(shù)器都是通過固定的輸入點(diǎn)輸入信號(hào)，通過查找西門子S7－200編程手冊(cè)，得到高速計(jì)數(shù)器輸入點(diǎn)，如表1所示。對(duì)流量計(jì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，不需要內(nèi)、外部復(fù)位和方向信號(hào)，所以選用高速計(jì)數(shù)器HSC3或者HSC5都可以。HSC3和HSC5脈沖信號(hào)分別通過I0.1和I0.4輸入，通過查看控制柜原接線，I0.1和I0.4已經(jīng)被分配使用。但是I2.2和I2.7共6個(gè)輸入點(diǎn)沒有接線，未使用。將原來接在I0.1上的導(dǎo)線接到I2.2，然后下載控制柜內(nèi)PLC程序，通過PLC程序查找替換功能，將程序里面所有的I0.1更換為I2.2。這樣以前I0.1上的輸入信號(hào)就更換到I2.2上了，I0.1被空下來，可用于HSC3高速計(jì)數(shù)器輸入信號(hào)。I0.1上接流量計(jì)信號(hào)，如此就完成了硬件接線的工作。

表1 高速計(jì)數(shù)器的輸入點(diǎn)

3.2 流量計(jì)參數(shù)設(shè)定

將輸出功能由頻率輸出改為脈沖輸出，脈沖當(dāng)量改為0.001 L／cp，即每流過0.001 L流量計(jì)輸出1個(gè)脈沖。這樣可以較好地保證精度，又不會(huì)違背流量計(jì)每秒最多輸出100個(gè)脈沖的原則。

3.3 PLC程序編寫

先將原設(shè)備程序保存1份，在另外保存的程序后面增加3個(gè)網(wǎng)絡(luò)，分別編寫PLC程序。運(yùn)行調(diào)試，監(jiān)控PLC數(shù)據(jù)寄存里面的數(shù)據(jù)，與流量計(jì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，只有最低位數(shù)據(jù)有一定的誤差及小數(shù)點(diǎn)位置不對(duì)。通過人機(jī)界面調(diào)整小數(shù)點(diǎn)位置，然后對(duì)比流量計(jì)與人機(jī)界面數(shù)據(jù)，在允許的誤差范圍內(nèi)很好地滿足了顧客的要求。

4 結(jié)語

經(jīng)過3天時(shí)間試用，高速計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖的方法解決了原流量顯示與實(shí)際流量不相符的問題。本次改造提高了PLC的綜合應(yīng)用能力，并使有關(guān)人員認(rèn)識(shí)到，解決問題的方法多種多樣，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況具體分析，本著成本最低、改動(dòng)最小、耗時(shí)最短的原則解決實(shí)際問題。

［1］西門子S7－200編程手冊(cè)