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★ 李繼松（科德寶寶翎襯布（南通）有限公司，江蘇南通226000）

★ 袁霏（南通職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，江蘇南通226000）

摘要：針對紡織印染污水系統(tǒng)龐大、布線復(fù)雜且各單元散度大的問題，我們建立了基于三菱CC-Link以及三菱CC-LinkIE通信控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了印染污水系統(tǒng)精確高效控制所有水泵、攪拌機(jī)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等，同時CC-Link通信方便了污水后續(xù)的單元控制擴(kuò)展，如RO再生回用系統(tǒng)。將CC-Link通信技術(shù)運(yùn)用到污水系統(tǒng)中，不僅簡化了電氣設(shè)計復(fù)雜度和布線成本，而且提高了污水系統(tǒng)的閉環(huán)控制能力，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：CC-Link；污水處理

1 引言

傳統(tǒng)的印染污水處理控制系統(tǒng)，大多使用PLC為主控制，簡易增加控制按鈕及觸摸屏，輸出控制變頻器固定頻率或者模擬量控制變頻器。這種架構(gòu)設(shè)備單元分散多，布線繁雜且調(diào)試過程較長。隨著三菱CC-Link通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將污水現(xiàn)場散布的各單元設(shè)備通過CC-Link連接，只需要一根通信線即可連接各分散單元，并結(jié)合三菱協(xié)議對三菱變頻器實(shí)現(xiàn)通信控制，在簡化污水硬件基礎(chǔ)上，還可以實(shí)現(xiàn)完整地閉環(huán)監(jiān)控污水控制設(shè)備。通過層級式通信架構(gòu)控制污水的水泵變頻器、羅茨風(fēng)機(jī)以及RO再生單元系統(tǒng)，保證了污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

2 印染污水工藝流程

科德寶寶翎襯布（南通）有限公司的污水處理系統(tǒng)采用MBR生物膜處理系統(tǒng)，污水站匯總車間來水。通過提升泵將污水投入到二級調(diào)節(jié)池中，再溢流至厭氧池進(jìn)行水解酸化，停滯時間可達(dá)到一周左右，再流入SBR/好氧池反應(yīng)，最后轉(zhuǎn)入MRB膜處理池中。羅茨風(fēng)機(jī)曝氣進(jìn)行污水處理，同時抽濾泵進(jìn)行MBR模組抽吸，進(jìn)而從系統(tǒng)中排出MBR中水，再經(jīng)過處理或中水回用后，達(dá)標(biāo)排放。整體過程中運(yùn)用到各種電機(jī)的控制，需要變頻器根據(jù)液位狀態(tài)啟停和頻率調(diào)節(jié)。污水處理工藝如圖1所示。

圖1 污水處理工藝

3 控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

污水系統(tǒng)控制包括多個水泵變頻的控制、閥門、液位模擬量輸入和羅茨風(fēng)機(jī)的控制等，且每個元件都比較分散。系統(tǒng)選擇L02型PLC作為主站控制器，可擴(kuò)展輸入輸出模塊、模擬量模塊以及通信模塊。污水處理系統(tǒng)的硬件布局如圖2所示，將分散在整個污水區(qū)域內(nèi)的各單元連接起來。主控系統(tǒng)中的主要布置污水提升泵、MBR抽濾泵、攪拌器至主體電氣柜內(nèi)。這些電機(jī)多采用FR-E840或FR-E740系列的變頻器，總體電氣分散個數(shù)達(dá)到25個左右，針對這些變頻器設(shè)計為FX3U的從站2進(jìn)行通信控制。螺桿風(fēng)機(jī)及羅茨風(fēng)機(jī)等大功率的變頻控制系統(tǒng)作為從站3布置在一個單獨(dú)的電柜內(nèi)，變頻器個數(shù)達(dá)到5個左右。RO水處理系統(tǒng)作為從站4進(jìn)行水處理再生控制。

圖2 污水硬件框架結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主站擴(kuò)展了LJ61BT11通信模塊，主站向下層擴(kuò)展各個從站進(jìn)行集散單元控制，由CC-Link通信至每個FX3U從站的擴(kuò)展模塊FX3U-64CCL，只需要使用三菱特有的CC-Link通信線，設(shè)定相同的通信波特率和正確的站地址即可。

3.2 軟件設(shè)計分析

建立好硬件連接后，主站系統(tǒng)可以根據(jù)三菱L系列PLC選型軟件進(jìn)行模塊擺放及地址配置，如確認(rèn)基本的輸入輸出開關(guān)量節(jié)點(diǎn)信號，污水系統(tǒng)還主要擴(kuò)展了模擬量模塊L60ADI8模塊，主要用于接收模擬量液位信號4~20mA。為連接從站FX3U搭載的通信CC-Link模塊FX3U-64CCL，通信采用Ver.2版本模式，這樣可以實(shí)現(xiàn)最大容量的數(shù)據(jù)通信字節(jié)數(shù)，L系列主站和每個FX3U從站的交互數(shù)據(jù)可達(dá)到32個寄存器，能夠滿足污水處理系統(tǒng)的25個變頻器的讀寫頻率要求。

圖3 污水系統(tǒng)的CC-Link通信架構(gòu)

CC-Link通信架構(gòu)如圖3所示。主站L系列通過LJ61BT11N模塊作為主站，采用T型架構(gòu)連接到三個FX3U從站，分別是污水主系統(tǒng)柜的變頻器組，羅茨風(fēng)機(jī)組和RO回用系統(tǒng)。每個從站的PLC再單獨(dú)控制各自相應(yīng)數(shù)量的三菱變頻器。

圖4 FX3U-64CCL模塊開關(guān)設(shè)置

FX3U-64CCL模塊開關(guān)設(shè)置如圖4所示。FX3U作為從站時，通過FX3U-64CCL模塊上的撥碼開關(guān)。選擇設(shè)置地址可以通過調(diào)節(jié)“×10”和“×1”獲得站號1~63值，然后設(shè)置波特率“BRATE”撥碼，其中調(diào)節(jié)0~4分別代表波特率156kps，625kps，2.5Mbps，5Mbps和10Mps。最后調(diào)節(jié)站號撥碼開關(guān)至5，代表版本為Ver.2模式且占用2站，為該模塊最大用量。

圖5 L02系統(tǒng)CC-Link的設(shè)置

對應(yīng)的LJ61BT11N的軟件程序設(shè)置如圖5所示。基于通信模塊的起始I/O位置，設(shè)定為“主站”，選擇模式為“遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)Ver.2模式”，傳輸速度為156kbps值。還需設(shè)定四個關(guān)鍵的參數(shù)，遠(yuǎn)程輸入RX/輸出RY和遠(yuǎn)程寄存器。總鏈接臺數(shù)為3個從站，同時在“站信號”中打開并設(shè)置為“Ver.2智能設(shè)備站”、“2倍設(shè)置”和“占用4站”。這樣設(shè)置也是FX3U-64CCL的上限數(shù)據(jù)傳輸量。總體上可以為每個從站點(diǎn)提供輸入輸出點(diǎn)位224個，接收和發(fā)送各32個16位寄存器值，主要用于變頻器的頻率值數(shù)據(jù)收發(fā)。

4 變頻器通信控制

關(guān)于精準(zhǔn)控制變頻器，通過FX3U-485BD模塊，使用三菱特有的通信協(xié)議和指令可以實(shí)現(xiàn)變頻器的設(shè)定和監(jiān)控需要。對于三菱E系列變頻器只需要將網(wǎng)口接入4芯線至通信的RDA，RDB以及SDA，SDB即可。相比于傳統(tǒng)的I/O方法控制變頻器，精準(zhǔn)控制變頻器可以顯著地節(jié)約布線成本和電柜空間，簡化調(diào)試的復(fù)雜度，并且PLC可以實(shí)時準(zhǔn)確獲取變頻器的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

對于E系列/F系列變頻器通信參數(shù)設(shè)置如下：

PR117=1（站號設(shè)置根據(jù)變頻器增加1~27）

PR118=192（變頻器通信波特率為19200）

PR119=10（停1位7）

PR120=2（執(zhí)行偶校驗(yàn)）

PR121=PR122=PR123=9999

PR338=1（變頻器啟停信號使用外部端子命令）

PR339=0（采用通信方式設(shè)定變頻器頻率）

PR340=1（通信模式）

PR549=0（采用三菱通信協(xié)議）

通過以上設(shè)置，主站L02可以實(shí)現(xiàn)變頻器的頻率精確控制。FX3U控制器編寫的三菱PLC指令程序如圖6所示，用于控制每個從站變頻器的設(shè)定頻率和監(jiān)控變頻器的實(shí)際輸出頻率值。

圖6 三菱變頻器的通信編寫FX3U程序段

因此，整體上污水的控制結(jié)構(gòu)采用CC-Link和三菱485協(xié)議相結(jié)合的模式，這樣可以極大節(jié)約布線成本，減少電氣空間，使布局簡單。在調(diào)試的過程中，只需要編寫3個從站的FX3U的通信指令程序如上IVDR四段指令，簡單方便即可完整地控制三菱變頻器。而主站只需要設(shè)定好通信模塊的參數(shù)設(shè)置即可，無需編寫相應(yīng)的CC-Link通信程序。

值得注意的是，由于污水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了CC-Link的T型通信結(jié)構(gòu)，所以在調(diào)試過程中我們發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)架構(gòu)的通信波特率只能選擇156kbps或625kbps兩個低速率檔，且要安裝好對應(yīng)的終端電阻才能保證通信暢通。但是污水本身的控制對于延遲要求不高，且變頻器控制對于這樣的通信速率已經(jīng)足夠滿足實(shí)際使用要求。在調(diào)試過程中，F(xiàn)X3U-64CCL和LJ61BT11N模塊的通信指示燈RD/SD燈將亮起，以及run燈常亮，沒有錯誤ERR燈的提示，說明通信正常。

為了實(shí)現(xiàn)污水的整體可操作性和對上的數(shù)據(jù)通信，主站L02CPU也同時對網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行了設(shè)置，如圖7所示，設(shè)L02本身的網(wǎng)絡(luò)地址以及其它通信參數(shù)。

圖7 控制器L02的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)置

三菱L02型PLC自帶1個網(wǎng)絡(luò)接口，在觸摸屏中設(shè)置設(shè)備類型為“Mitsubishi MELSEC-Q/L-Binary Mode”，接口類型選擇“以太網(wǎng)”，同時選擇UDP協(xié)議。可實(shí)現(xiàn)觸摸屏上的參數(shù)操作，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面優(yōu)化。從總體上操作人員通過先打開觸摸屏界面，觀察主站L02監(jiān)控的污水?dāng)?shù)據(jù)；在界面中設(shè)定好水泵、羅茨風(fēng)機(jī)或RO系統(tǒng)的參數(shù)，L02再通過擴(kuò)展的LJ611BT11N模塊以CC-Link通信方式將頻率設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)矫總€從站FX3U控制器；每個FX3U控制器再經(jīng)過FX3U-64CCL模塊將頻率數(shù)據(jù)最終發(fā)送給相應(yīng)地址的變頻器。變頻器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也會將自身的實(shí)時輸出頻率值經(jīng)過相同的路徑逆向傳輸回到主站L02控制器，再由觸摸屏顯示出來，讓操作員識別。

5 結(jié)語

通過以上的CC-Link基礎(chǔ)架構(gòu)，我們實(shí)現(xiàn)了污水系統(tǒng)精確控制三菱變頻器，節(jié)約了布線的復(fù)雜度，只需要讓每個變頻器插入通信網(wǎng)線即可。相比于以往的模擬量控制變頻器，精準(zhǔn)控制變頻器不僅可將控制頻率的精度提高至0.01Hz，而且還增加了輸出頻率反饋監(jiān)控，這樣更能掌控污水的控制穩(wěn)定性，通信延遲也較小，足夠滿足要求。這種基于FX3U-64CCL和主站LJ61BT11N的通信模式，不僅有利于當(dāng)前的控制模式，還可以快速實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的后期單元增加，滿足污水系統(tǒng)的擴(kuò)展，不增加設(shè)計復(fù)雜度。

★基金項(xiàng)目：南通市基礎(chǔ)科學(xué)研究和社會民生科技計劃項(xiàng)目（JCZ2022128）。

作者簡介：

李繼松（1989-），男，江蘇宿遷人，中級工程師，碩士，現(xiàn)就職于科德寶寶翎襯布（南通）有限公司，主要從事集成電路方面的研究。

袁  霏（1989-），女，江蘇如皋人，講師，碩士，現(xiàn)就職于南通職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，主要從事電氣自動化方面的研究。

摘自《自動化博覽》2022年12月刊