孙永红，但唐军，徐  群

（国电南京自动化股份有限公司，江苏  南京，210003）

摘  要：水环境自动监测系统流程复杂，要求控制程序既具有处理复杂逻辑控制的能力，又具有方便地修改流程参数的能力。在分析具体监测系统控制流程的基础上，介绍了利用PLC的梯形图编程进行逻辑控制的方法，给出了接线原理图，详细讨论了浮子和时间双重保护、清水阀和空气阀的嵌套控制、分析仪表测值数据采集和处理，以及监测时间处理等几个主要问题的处理方法。具体应用说明，采用PLC通过编写梯形图进行水环境自动监测系统控制是值得考虑的方法。

关键词：PLC；梯型图；水环境；自动监测；嵌套控制

0 前言

    水质监测已经从传统的人工方法逐渐转变成自动监测方法。水质自动监测实验室也逐渐取代了传统的人工实验室，整个监测流程都自动完成，实现了“有人值班，无人值守”或者“无人值班”，管理员只要在控制中心就可以同时对多个自动实验室进行远程监控，大大提高了环保的信息化管理水平。

    水质自动监测系统的流程控制过程和通讯由PLC完成。PLC只负责泵阀的运行控制，采集分析仪表的读数工作则由工控机完成，由于分析仪表读数和系统测试流程关系密切，这样既不利于整个系统的同步性，也加重系统维护工作量，同时还造成了资源浪费。如果只用其中1个就可以完成对整个系统的控制，那么，是选PLC还是工控机呢？

    工控机相当于1台增强型计算机，对底层设备的控制需借助复杂的程序；传统的PLC适合进行以顺序控制为主的控制，现在其逻辑运算功能越来越强大^[1-2]，只要解决采集分析仪表的测值问题就可以了。相比较而言，选用PLC进行整个流程的控制更高效、快捷。

     例如澹台湖水文水质自动监测系统即采用FP-X C60PLC，通过编写梯形图语言进行逻辑控制，实现整个监测过程的自动化^[3]。在此系统中，从采水、预处理、分析，读取测值、数据上传、超标留样、清洗管路等一系列过程，都是在PLC控制下自动完成的。

1 系统控制流程

    在澹台湖水文水质自动监测系统中，监测参数包括：水温、pH、溶解氧、电导率、浊度、氨氮和总磷等参数。前5个参数用的是IQ2020分析仪器，氨氮、总磷用的是TresCon。

    系统通过管路将所有监测分析仪连接起来，并在管路上布置采样泵和电磁阀，通过对这些泵阀的控制实现对整个流程的控制，管路包括4部分：清水进水、空气、源水进水和排水等管路。系统的管线图如图1所示。

    管路中安装的泵阀包括：1号、2号采水泵，1号、2号采水阀；常五源水阀、常五清水阀、常五排水阀、常五进气阀；沉沙池源水阀、清水阀、排水阀、进气阀；TresCon源水泵、TresCon源水阀、TresCon排水阀、TresCon进气阀；热水阀；自动留样器阀。

系统控制流程图如图2所示。

    在此控制过程中，PLC起时间继电器的作用，也起通讯服务器的作用。PLC上每个输入输出点对应1个泵或阀。

2梯形图实现过程中几个关键的问题

2.1浮子和时间双重保护

    预处理过程中，为避免沉沙池进水过多，采用浮子控制，即水位达到浮子所在位置时，自动关闭进水阀。为了防止浮子失灵，系统中设置了浮子和时间双重保护，采用“逻辑与”的方法，这样经过一段时间，即使浮子未反应，也强行关闭源水泵和源水阀。对于因为时间到关闭源水泵阀的情况，将自动记录并上传，提醒检查或更换浮子。   

2.2清水阀和空气阀的嵌套控制

    为防止管道积藻或积沙，每次测试完后，需进行管道吹洗。管道吹洗时，在进清水的过程中，间断地鼓入空气，气流和水流混合形成环形水流击打，增强清洗能力。在此过程中，需进行清水阀和空气阀的嵌套控制，以达到最佳效果。此过程梯形图如图4所示。

2.3 分析仪表测值数据采集和处理

     常规五参数分析仪的测值读取采用应答式。

     PLC向分析仪发送报文：02 04 00 00 00 20 F1 E1，

     分析仪返回给PLC的报文：02 04 40 01 02 01 01 00 00 0011 40 E3 CE 70 41 DC 7D BF 02 02 03 01 00 00 00 11 40 8B 70 A4 41 DC 79 A7 03 02 02 01 00 00 00 11 3E B3 39 9F 41 DD 45 A2 04 02 04 01 00 00 01 14 3E A6 EE 52 00 00 00 00 31 6D

    此报文共69个字，前3个字的含义是仪器地址、功能码和字符长；后2个字是校验码，中间64个字分别是分析仪的4个电极(温度和pH共1个电极)信息，如表2所示。

    从表2可以看出，4～19字是第一电极信息，测值为12～15字，在这里是40 E3 CE70，其他几个测值分别取相应位置上的字节换算即可，如报文中黑体字部分。这些字节经过进制换算后，即可得到常规5参数的测值。此过程梯形图如图5所示。

     氨氮仪表数据采集和处理过程类似，也采用应答式。

2.4监测时间处理

    按照常规，每次上传分析测值时，都要将当时时间附在后面。

   PLC中，寄存器DT90054～DT90056中存放的是系统时间，将此数据块搬到DT14～DT16中，此时时间是逆序存放的，用F65WAN将DT14中的数据转成顺序后，存到DT5001中，用相同的方法处理DT15和DT15中的数据，最后得到1个完整的年月日时分秒数据，存放在DT5001～DT5006中，在将此数据附在测值数据后面发送出去。此过程梯形图如图7所示。

3 结语

    澹台湖水文水质自动监测系统的应用说明，只采用PLC对水质自动监测流程进行逻辑控制和通讯服务是可行的。与其他工业控制不同的是，本系统需要采集很多仪表的读数，而且此读数常常是一长串的，需要从中提取某一位或几位字节进行处理，另外，为了便于了解不同时间的水质测值，报文必须附上时标，因此时标处理显得很重要。由于PLC采用基于寄存器和中间继电器的工作方式，只需要编写梯形图，可以轻松完成这些工作，加上PLC技术成熟、体积小巧，性价比高^[5]，因此，采用PLC通过编写梯形图进行水环境自动监测系统控制是值得考虑的方法。

参考文献

[1] 李国厚. PLC原理与应用(松下FP0系列)[M]. 北京：清华大学出版社，2005，7.

[2] 于庆广. 可编程控制器原理及系统设计[M]. 北京：清华大学出版社，2004，1.

[3] 张万忠. 可编程控制器应用技术[M]. 北京：化学工业出版社，2005，6.
[4] 松下电工. FP系列PLC编程手册[G]. 松下电工株式会社 控制机器分社，2004，9.

[5] Hermarn K P.Neubert. Instrument Transducers-An introduction totheir Performance and Design.2nd Ed[M]. Oxford：ClarendonPress，1975.