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圜 经验交流 P L C变频器及上位机的通信在污泥泵控制的应用 许乃炎 湖南邵阳联泰水质净化有限公司 摘要本文通过论述采用变频器控制污水厂泵房回流污泥泵，阐述P L C与变频器及上位机的通信在控制系 统所起到的作用 ，根据科学性、实用性、合 理性 ，最大 限度地减少回流泵 的故障率 ，满足污泥 处理 的工艺要求 ， 降低了操作人员及维修人员的劳动强度，提高了自动化水平，节能效果显著，取得了良好的经济和社会效益。 关键词回流污泥泵；P L C ；变频器；上位机；2 2 ． C O MM． E以太网模板 1概述 转速大大降低轴功率可达到节能降耗的目的。 水是人类生活和国民经济发展不可或缺的重要 部分，随着社会科技水平的飞速发展和城市生活水平 的巨大提高，污水排放量 日益增多。污水的处理能力 大小及排放质量好坏已影响到一个城市的发展， 所以 对建设于 1 9 9 8年的龙珠水质净化厂来说，污水设备 更新换代和扩大规模已是刻不容缓。 汕头联泰水质净 化有限公司于2 0 0 5 年 1 0 月对龙珠水质净化厂实施一 期技改二期扩建工程。 工程于 2 0 0 8年 l 0月完工并投 入运行，污水处理能力已达到预期 目标，排放质量也 达到国家标准。在这个过程中，二期综合泵房回流污 泥泵我们采用 P L C 与变频器及上位机的通信，实现 中控室控制，效果明显。 2变频器节能原理 由水泵的工作原理可知，水泵的流量与电机的转 速成正比，水泵的扬程与电机的转速的平方成正比， 水泵的轴功率等于流量与扬程的乘积 ， 故水泵的轴功 率与水泵的三次方成正比。根据上述原理可知改变水 泵的转速就可改变水泵的功率。 流量基本公式 Q1 ／ Q 2 -- n l ／ n 2 ， H1 ／ t - i 2 n l ／ r l 2 z ， P 1 ／ 】 】 2 n l M2 其中，Ql 、H1 、P l 一水泵在 n 1 转速时的流量、扬 程、功率。 Q 2 、 H2 、 P 2 水泵在 n 2 转速时相似的工况条件下 的流量 、扬程 、功率 。 例如，n 2 比n 1 降低 1 ／ 2 ，则 P 2 ／ P l 1 ／ 8 ， 可见，降低 3设备应用的可行性分析 该系统采用罗克韦尔 P o w e r F l e x 4 0 0交流变频器 对 回 流 污 泥 泵 流 量 大 小 进 行 控 制 ， 并 配 合 2 2 一 C O MM E以太网模板导入工业以太网控制系统与 P L C通信就能实现上位机远程控制。这样，控制系统 是运用可编程序控制器、计算机网络、光纤通信、上 位机等先进技术对回流污泥泵进行 自动控制。 该系统 具备实时信息 自动采集、传输、处理入库、动态监测 监控、 远程数据传输等功能， 实现污泥泵控制 自动化， 从而提高污水厂设备的运行管理水平。 3 ． 1通信网络 通信网络采用光纤连接工业以太网，如图 1 二娜工程耳霸光纤播教圈 ■量健 堆 鬟蚺 图 1二期工程环 网光纤接线 图 在图 1 中，变频器 2 0 、变频器 2 1 是我所 要表述的设备，2 2 - C O MM． E以太网模板排线与变频 器 C P U 控制板通信插口连接，再通过网络线与工业 以太网交换机通信接口进行连接， 交换机通信接口通 过网络线与再与 P L C以太网通讯模板进行连接通信。 3 ． 2上位 机 上位机主要由硬件和软件构成， 硬件为2台工业 控制计算机及 1台打印机组成。软件包括操作系统 Wi n d o ws X P和 R s v i e w3 2软件开发的监控系统。监控 画面如图 2 所示。 图 2 上位机 监控系统图 4设备控制工作原理 以四台回流污泥泵组构成二期综合泵房回流污 泥循环控制系统 ， 管网来 自两个二沉池虹吸起来的污 泥流入的综合泵房泵坑， 少部分污泥通过剩余污泥泵 泵入浓缩池由脱水离心机处理， 大部分通过回流污泥 泵泵入生化池重新处理， 处理完后变成清水流入二沉 池， 清水中爽杂着污泥， 污泥再次在二沉池池底沉积， 再通过虹吸管道系统吸起来后进入集泥井流入管网 来到泵房泵坑。这样，就可以根据污泥浓度在中控室 上位机对四台回流污泥泵流量进行控制，从而满足污 水处理工艺要求。 4 ． 1接线图 接线图如图 3 所示。 4 ． 2变频器内部参数设置 1 、基本编程参数如表 1所示 未描述的参 数采用缺省值。 2 、高级编程参数如表 2所示。 3 、端子组参数如表 3所示。 4 、变频器 I ／ 0控制电路图，如图4所示。 5变频器 I ／ O分配控制分析及其控制模式 5 ． 1就地／ 远程启停 当 S H位于就地位置时， 通过端子 0 2 ，1 1 实现现 场手动启停。当 S H位于远程位置时，通过端子 O 8 ， 1 1 实现远程通讯启停。 一J 。 稽‰ s Ij； ‰ 一0 E n i 田 r l R P 一 一 f - 一 ～ ／7 s N ． 一 s R c D C ～ ／一 、 _ 7 D ia l I忡 1 一 ．． ，S } 0 IW 2 ， 、 ＼ ／ } { ／ l 3 一一 ～ ＼S R C l D I r W 4 一一 0 oC n咖 掌 1 R e Nn R ． MC 卦} 阳 L 哥 Chch ,qe l D d * 1 0 V D C S ” 一 An o 9I r o o t f I 1 I 兀．。‘抽 ndbac 1 ． ／ 靶} nabq ou 1 Ol r I 早 n O u t er 2 0 2 I ” 三 一 nn ln 2 0 u 2 1 T №oc T 帅 2 l 升 0 十0 r 2 4 v 一⋯ 图 3变频器 I ／ O模板连接 图 表 l基本编程参 数 编号 参数名称 设定值 技术描述 P 0 3 1 电动机铭牌 电压 3 8 0 设置 电动机铭牌额定 电压 P 0 3 2 电动机铭牌频率 5 0 设置电动机铭牌额定频率 P 0 3 3 电动机过载电流 4 5 该参数值超过 1 5 0 ％达 6 0 s ， 则过 载故障 F 7 P 0 3 4 最小频率 2 5 设置变频器允许输 出的最小 频率 P 0 3 5 最大频率 5 0 设置变频器允许输 出的最大 频率 P 0 3 6 起动命令源 2 2线制 ，设置就地 启动 的命 令源端子 P 0 3 7 停车模式 1 惯性停止，停止命令清除激 活的故障 P 0 3 8 速度基准值 2 就地速度源 ， 来 自AI 1 ， T 0 6 9 指定输入模式 P 0 4 2 自动模 式 1 手动一 零位一 自动 缺省 表 2 高级编程参数 编号 参数名称 设 定 技术描述 值 A1 7 4 最大 电压 4 0 0 设置变频器输 出的最 高电压 A1 7 9 电流限幅 1 5 0 允许的最大输 出电流值 A1 8 l 电动机 过载 O 无降额 选择 A1 8 6 堵转故 障时 5 故障禁止 间 A1 9 9 电动机 铭牌 6 选择 电动机极数 极数 2 0 1 0年第4 期自动化与信息工程 4 5 表 3端子组参数 编号 参数名称 设定值 技术描述 T O 5 l 数字量输入 1 选择 l 2 惯性停止，清除故障 T 0 5 3 数字量输入 3选择 一 0 清除故障 T 0 5 4 数字量输 入 4选择 4 激活时，设置通讯设备为 起动／ 速度命令源 T 0 5 5 继电器输 出 1 选择 l 4 不可恢 复故障 T 0 6 0 继电器输 出 2选择 2 电机运行状态 T 0 6 9 模拟量输入 l 选择 2 电 压 模 式 ， 单 极 性 。 0 V - I O V，DI P设置 1 0 V T 0 7 0 模拟量输入 1 下限 5 O ％ 与 P 0 3 4 最 小频率 对应 的输 入幅值 。 T 0 7 2 模拟量输入 1 丢失 3 当输 入信 号丢 失，则运行 在零速度基准值 T 0 8 2 模拟量输出 1 选择 D 输出频率，0 V～1 0 V ⋯靠 一箭 戢／ 摹 ， 2 4 V 2 2 0 一 D 0 2 A l 0 3 [ 2 2 ． - C O M M - E ] 图 4变频器 I ／ O接线图 5 ． 2故障保护和复位 当潜水泵内部进水或定子线圈温度高无法启动 时，通过端子 0 5 ，1 1断开实现故障保护。当变频器 发生故障时，可以通过端子 0 7 ，1 1 实现故障复位。 5 ． 3频率输出 通过端子 1 5 ，l 8 输出频率，0 V MO V，转换成转 速显示 。 5 ． 4现场手动调速 通过端子 l 2 ，l 3 ，l 4连接旋转电位器，实现手 动调速。 5 ． 5状态输出 端子 R1 ，R 2输出故障状态；端子 R 4 ，R 5输出 运行状态。 5 ． 6就地状态监视 通过端子 1 5 ，1 8输出到转速表可以监视电动机 转速； 通过端子 R 1 ，R 2输出故障状态到指示灯显示； 通过端子 R 4 ，R 5输出运行状态到指示灯显示。 5 ． 7就地控制输入 通过转换开关 S H置于就地模式实现就地控制； 当置于就地模式时，通过 KA1闭合输入到端子 0 2 ，1 1 实现就地起动； 通过旋转电位器输入到端子 l 2 ，1 3 ，1 4给定频 率；通过潜水泵故障继电器 K 4常闭触点输入到端子 0 5 ，1 1实现故障保护；通过 S A 输入到端子 0 7 ，1 1 实现故障复位。 5 ． 8 P L C实现控制 当转换开关 S H置于远程模式时，由远程上位机 通过 。 6 A B P L C添加变频器硬件配置与标签说明 6 ． 1 P L C硬件配置 在 R S L o g i x 5 0 0 0 的硬件配置中，添加变频器 P o we r F l e x 4 0 0 一 E ，如图 5 所示。 醪 囱 T ／ O C o i g u r a t i O l t 啻 -1 7 5 6 B a c l a r L e 1 7 5 6 - A 7 曲 [ 0 鼻[ 1 l l _ [ 2 目[ 3 百 [ 4 1 7 55- L 6l ST 5 PI ￡ 1 7 5 5 一 I B 3 2 ／ B D I O l 1 7 5 5 0 B 3 2 B O O 1 1 7 56一 I F8 101 1 7 5 6 一 E 如j T ／ A E N T 国矗 E t h e r n e t 嚣P o w e r Y l e x 4 0 0 - E P F 1 矗P o w e r F l e x 4 0 0 一 E P F 2 百1 7 5 5 一 E N B T ／ A E N T 图 5添加变频器硬件配置图 在 P o r t C o n fi g u r a t i o n选项卡中进行设置，此时， 硬件设置完成。 6 ． 2输入标签说明 硬件配置完成后，点击 C o n t r o l l e r T a g s ，在标签 列表中，出现变频器标签，因为我们在硬件配置中给 变频器取名为 P F 1 ，所以下列用于监视变频器状态的 输入标签如表 4所示。 这里详细说明一下以上输入标签的含义 P F I I ． X XX X 说明P F 1 变频器名；I 输 入；XX X X 标签名 P F 1 I ． R e a d y 就绪状态 P F I I ． A c t i v e 运行状态 P F I I ． C o m ma n d D i r命令方向 0为反转 1 为正转 P F 1 I ． A c t u a l Di r实际方向 0为反转 1为正转 许乃炎P L C变频器及上位机 的通 信在污泥泵控 制的应用 P F 1 I ． A c c e l e r a t i n g加速状态 P F I I ． De c e l e r a t i n g减速状态 P F I I ． Al a r m 报警，变频器次要故障 P F 1 I ． F a u l t e d故障，变频器主要故障 P F 1 I ． O u t p u t F mq反馈频率 0 H z 5 0 Hz 表 4输 入标 签 在 P L C 控制的变频器编程过程中，我们对上位 机界面增加回流污泥泵控制窗口的设计和编程工作。 主要使用组态软件完成 。美国罗克韦尔 A B 公司为 L o g i x 5 0 0 0系列 P L C定制 了自己的上位机组态软件 RS V I E W3 2 。 利用 R S VI E W3 2可 以很方便的完成监控 画面的绘制、上位机组态等工作，通过对参数修改的 权限设定，对污泥处理工艺的安全性得到有效的保 证 。这里对使用 R S V 1 E W3 2组态软件的组态方法不 作详细的阐述，图 6为回流污泥泵监控画面。 6 ． 3输 出标签说 明 图6回流污泥泵上位机监控界面 表 5是变频器输出标签 ，用于控制变频器运行。8 P L C 、变频器、上位机三者通信 表 5输 出标签 这里详细说明一下以上输出标签的含义 P F 1 I ． X X XX 说明P F 1 变频器名O 输 出；X X X X 标签名 P F 1 O． S t o p 停止命令 P F 1 0． S t a r t 启动命令 P F 1 O． J o g 点动命令 P F 1 O． C l e a r F a u l t s清除故障 P F 1 O． L o c a l C o n t r o l就地控制 P F 1 O． F r e q C o mma n d频率对应 0 H z ～ 5 0 H z 7上位机软件编程设计 P C配置 I P地址。用网络线将 P C通信接 口与任 意一台工业交换机通信接口接上，在 P C桌面上打开 本地连接 ，选择本地连接属性的 T C P ／ I P ，进行 P C的 I P地址配置，输入各站 I P地址。打开罗克韦尔通信 软件 R S L i n g ，选择 以太网控制器，输入各 P L C、变 频器、上位机的 I P地址，出现 I P地址与各站相对应 通信模块型号通信已连接，如图 7所示。 图 7 各站 点与 P L C通信 图 打开 R S L o g i x 5 0 0 0软件，确认 P L C路径正确， 进行联机。联机后就可以对 P L C 程序进行写出、读 入、修改及监控。上位机通信也是建立在 R S L i n g平 台上，根据 自控工程师权限解除密码后，进入图面对 应设置软元件标签，确认标签与图面形状内容是否正 2 0 1 0 年第4 期自动化与信息工程 4 7 确，并进行测试，确定正常无误后，用键盘输入各种 控制参数，用 鼠标作为设备各种控制模式操作软按 钮，进一步确认与现场设备控制是否正确，发现问题 及时修正。在 P L C、变频器、上位机三者完美结合的 通信中，P L C起到了承上启下、左右贯通的作用。 9结束语 二期综合泵房回流污泥泵的 P L C与变频器及上 位机的通信在污泥泵远程控制系统的成功应用， 改善 了工艺；维护量减少；工作强度降低 ；减少了对电网 的冲击；节能与自控效果良好。大大改善了污水处理 生产条件、净水排放及现场环境，完全达到了生产工 艺要求，这对于提高污水厂技术经济指标、提高自动 化、提高效益、节约电能、技术创新，都具有较高的 经济价值，值得其它污水厂借鉴推广。 参考文献 [ 1 】粱耀光， 余文杰． 现代 电工新技术教程[ M】 ． 广东 2 0 0 8 年． [ 2 ]浙江大学罗克韦尔自动化技术中心． 可编程控制系统[ j ． 杭州 2 0 0 5 ． [ 3 ]马小亮． 大功率风机， 泵节能调速发展方 向探讨【 J ] ． 电气传动， 1 9 9 9 [ 1 ] ． [ 4 ]陈国呈．P WM 变频调速及软开关电力变换技术p 棚． 北京 2 00 3 ． [ 5 [邓李主． C o n t r o i l o g i x系统实用手册[ M】北京 2 0 0 8 ． [ 6 ]罗克韦尔 P o we r F l e x 4 0 0变频器用户手册． [ 7 】罗克韦尔2 2 - C O MM- E以太网模板用户手册． PLC I n v e r t e r a n d PC Co mm u ni c a t i o n s i n Sl ud g e Pump Co n t r o l Appl i c a t i o ns XU Na i ya n H u n a n S h a o y a n g L i a n t a i Wa t e r P u r i f i c a t i o n C O． ， L T D． Ab s t r a c t I n t h i s a r t i c l e ， t h r o u g h d i s c u s s i n g t h e c o n t r o l o f t h e b a c k fl o w s l u d g e p u mp o f wa s t e wa t e r t r e a t me n t p l a n t b y t h e i n v e ge r ，e x p o u n d s i t p l a y s t h e r o l e t h a t P LC a n d i n v e rte r a n d PC c o mmu n i c a t i o n s i n t h e c o n tro l s y s t e m ．Ac c o r d i n g t o t h e s c i e n t i fic i t y ， p r a c t i c a b i l i t y a n d r a t i o n a l i t y ， mi n i mi z e t h e f a i l u r e r a t e s o f b a c k ／ l o w p u mp a n d me e t t h e t e c h n o l o g i c a l r e q u i r e me n t s o f s l u d g e t r e a tm e n t ， r e d u c e d t h e o p e r a t o r and ma i n t e n a n c e p e r s o n n e l ’ S l a b o r i n t e n s i ty， i n c r e a s e d a u t o ma t i o n l e v e l ， g o t t h e r e ma r k a b l e e n e r g y s a v i n g e f f e c t ， a n d h a v e a c h i e v e d g o o d e c o n o mi c a n d s o c i a l b e n e fi t s ． Ke y W o r ds Ba c k f l o w S l u d g e P um p ； P LC； I n v e rte r ； P C； 2 2 ．． COMM ． ．E E t h e r n e t Mo d u l e 作者简介 许乃炎，男，1 9 6 9年生，维修电工高级技师，研究方向污水处理厂电气 自动化。 上接第 3 5页 An a l y s i s a nd De s i g n o f Lua Co r o u t i ne Ba s e d o n t he Embe dde d S ys t e m Du a n Xi n Ch e n Yu S u n W e i l i A u t o ma t i o n E n g i n e e r i n g C e n t e r ， G u a n g d o n g A c a d e my o f S c i e n c e s Abs t r a c t I n o r d e r t o me e t r e q u i r e me n t s f o r e x t e n s i o n s o f e mb e d d e d d e v i c e ， t h e f u n c t i o n s t h a t e x e c u t e mu l t i p l e c o r o u t i n e i n s a me t a s k wa s d e v e l o p e d u s i n g e x t e n s i b l e s c r i p t i n g l a n g u a g e o f Lu a ． T h e i mp l e me n t a t i o n d e t a i l s o f c o r o u t i n e wa s p r o c e s s e d b y h o s t p r o g r a m， the r e b y r e d u c i n g t h e d i f fic u l ty o f a p p l i c a t i o n p r o g r a mmi n g ． T h e p a p e r d e s c r i b e t h e me c h a n i s m o f c o r o u t i n e ， a n a l y z e d an d d e s i g n o f c o r o u t i n e o p e r a t i o n i n h o s t p r o g r a m a n d c o mp l e t e t h e s p e c i fi c i mp l e m e n t a t i o n u s i n g ARM 7 p l a t f o r m ． K e y W or ds Co r o u t i n e ； S c ri p t La n g u a g e ； E mb e d d e d S y s t e m； Lu a ； Ho s t P r o g r a m 作 者简介 段鑫，男，1 9 7 3 年 7月生，本科，研究方向工业通信技术，嵌入式编译、解释技术 。 48