★ 李继松（科德宝宝翎衬布（南通）有限公司，江苏南通226000）

★ 袁霏（南通职业大学电子信息工程学院，江苏南通226000）

摘要：针对纺织印染污水系统庞大、布线复杂且各单元散度大的问题，我们建立了基于三菱CC-Link以及三菱CC-LinkIE通信控制系统，实现了印染污水系统精确高效控制所有水泵、搅拌机和风机系统等，同时CC-Link通信方便了污水后续的单元控制扩展，如RO再生回用系统。将CC-Link通信技术运用到污水系统中，不仅简化了电气设计复杂度和布线成本，而且提高了污水系统的闭环控制能力，使系统运行更加稳定。

关键词：CC-Link；污水处理

1 引言

传统的印染污水处理控制系统，大多使用PLC为主控制，简易增加控制按钮及触摸屏，输出控制变频器固定频率或者模拟量控制变频器。这种架构设备单元分散多，布线繁杂且调试过程较长。随着三菱CC-Link通信技术的发展和应用，将污水现场散布的各单元设备通过CC-Link连接，只需要一根通信线即可连接各分散单元，并结合三菱协议对三菱变频器实现通信控制，在简化污水硬件基础上，还可以实现完整地闭环监控污水控制设备。通过层级式通信架构控制污水的水泵变频器、罗茨风机以及RO再生单元系统，保证了污水处理系统的稳定性和可扩展性。

2 印染污水工艺流程

科德宝宝翎衬布（南通）有限公司的污水处理系统采用MBR生物膜处理系统，污水站汇总车间来水。通过提升泵将污水投入到二级调节池中，再溢流至厌氧池进行水解酸化，停滞时间可达到一周左右，再流入SBR/好氧池反应，最后转入MRB膜处理池中。罗茨风机曝气进行污水处理，同时抽滤泵进行MBR模组抽吸，进而从系统中排出MBR中水，再经过处理或中水回用后，达标排放。整体过程中运用到各种电机的控制，需要变频器根据液位状态启停和频率调节。污水处理工艺如图1所示。

图1 污水处理工艺

3 控制系统

3.1 系统硬件结构

污水系统控制包括多个水泵变频的控制、阀门、液位模拟量输入和罗茨风机的控制等，且每个元件都比较分散。系统选择L02型PLC作为主站控制器，可扩展输入输出模块、模拟量模块以及通信模块。污水处理系统的硬件布局如图2所示，将分散在整个污水区域内的各单元连接起来。主控系统中的主要布置污水提升泵、MBR抽滤泵、搅拌器至主体电气柜内。这些电机多采用FR-E840或FR-E740系列的变频器，总体电气分散个数达到25个左右，针对这些变频器设计为FX3U的从站2进行通信控制。螺杆风机及罗茨风机等大功率的变频控制系统作为从站3布置在一个单独的电柜内，变频器个数达到5个左右。RO水处理系统作为从站4进行水处理再生控制。

图2 污水硬件框架结构

系统主站扩展了LJ61BT11通信模块，主站向下层扩展各个从站进行集散单元控制，由CC-Link通信至每个FX3U从站的扩展模块FX3U-64CCL，只需要使用三菱特有的CC-Link通信线，设定相同的通信波特率和正确的站地址即可。

3.2 软件设计分析

建立好硬件连接后，主站系统可以根据三菱L系列PLC选型软件进行模块摆放及地址配置，如确认基本的输入输出开关量节点信号，污水系统还主要扩展了模拟量模块L60ADI8模块，主要用于接收模拟量液位信号4~20mA。为连接从站FX3U搭载的通信CC-Link模块FX3U-64CCL，通信采用Ver.2版本模式，这样可以实现最大容量的数据通信字节数，L系列主站和每个FX3U从站的交互数据可达到32个寄存器，能够满足污水处理系统的25个变频器的读写频率要求。

图3 污水系统的CC-Link通信架构

CC-Link通信架构如图3所示。主站L系列通过LJ61BT11N模块作为主站，采用T型架构连接到三个FX3U从站，分别是污水主系统柜的变频器组，罗茨风机组和RO回用系统。每个从站的PLC再单独控制各自相应数量的三菱变频器。

图4 FX3U-64CCL模块开关设置

FX3U-64CCL模块开关设置如图4所示。FX3U作为从站时，通过FX3U-64CCL模块上的拨码开关。选择设置地址可以通过调节“×10”和“×1”获得站号1~63值，然后设置波特率“BRATE”拨码，其中调节0~4分别代表波特率156kps，625kps，2.5Mbps，5Mbps和10Mps。最后调节站号拨码开关至5，代表版本为Ver.2模式且占用2站，为该模块最大用量。

图5 L02系统CC-Link的设置

对应的LJ61BT11N的软件程序设置如图5所示。基于通信模块的起始I/O位置，设定为“主站”，选择模式为“远程网络Ver.2模式”，传输速度为156kbps值。还需设定四个关键的参数，远程输入RX/输出RY和远程寄存器。总链接台数为3个从站，同时在“站信号”中打开并设置为“Ver.2智能设备站”、“2倍设置”和“占用4站”。这样设置也是FX3U-64CCL的上限数据传输量。总体上可以为每个从站点提供输入输出点位224个，接收和发送各32个16位寄存器值，主要用于变频器的频率值数据收发。

4 变频器通信控制

关于精准控制变频器，通过FX3U-485BD模块，使用三菱特有的通信协议和指令可以实现变频器的设定和监控需要。对于三菱E系列变频器只需要将网口接入4芯线至通信的RDA，RDB以及SDA，SDB即可。相比于传统的I/O方法控制变频器，精准控制变频器可以显著地节约布线成本和电柜空间，简化调试的复杂度，并且PLC可以实时准确获取变频器的运行状态数据。

对于E系列/F系列变频器通信参数设置如下：

PR117=1（站号设置根据变频器增加1~27）

PR118=192（变频器通信波特率为19200）

PR119=10（停1位7）

PR120=2（执行偶校验）

PR121=PR122=PR123=9999

PR338=1（变频器启停信号使用外部端子命令）

PR339=0（采用通信方式设定变频器频率）

PR340=1（通信模式）

PR549=0（采用三菱通信协议）

通过以上设置，主站L02可以实现变频器的频率精确控制。FX3U控制器编写的三菱PLC指令程序如图6所示，用于控制每个从站变频器的设定频率和监控变频器的实际输出频率值。

图6 三菱变频器的通信编写FX3U程序段

因此，整体上污水的控制结构采用CC-Link和三菱485协议相结合的模式，这样可以极大节约布线成本，减少电气空间，使布局简单。在调试的过程中，只需要编写3个从站的FX3U的通信指令程序如上IVDR四段指令，简单方便即可完整地控制三菱变频器。而主站只需要设定好通信模块的参数设置即可，无需编写相应的CC-Link通信程序。

值得注意的是，由于污水系统结构采用了CC-Link的T型通信结构，所以在调试过程中我们发现，系统架构的通信波特率只能选择156kbps或625kbps两个低速率档，且要安装好对应的终端电阻才能保证通信畅通。但是污水本身的控制对于延迟要求不高，且变频器控制对于这样的通信速率已经足够满足实际使用要求。在调试过程中，FX3U-64CCL和LJ61BT11N模块的通信指示灯RD/SD灯将亮起，以及run灯常亮，没有错误ERR灯的提示，说明通信正常。

为了实现污水的整体可操作性和对上的数据通信，主站L02CPU也同时对网络接口进行了设置，如图7所示，设L02本身的网络地址以及其它通信参数。

图7 控制器L02的网络接口设置

三菱L02型PLC自带1个网络接口，在触摸屏中设置设备类型为“Mitsubishi MELSEC-Q/L-Binary Mode”，接口类型选择“以太网”，同时选择UDP协议。可实现触摸屏上的参数操作，实现人机界面优化。从总体上操作人员通过先打开触摸屏界面，观察主站L02监控的污水数据；在界面中设定好水泵、罗茨风机或RO系统的参数，L02再通过扩展的LJ611BT11N模块以CC-Link通信方式将频率设定数据传输到每个从站FX3U控制器；每个FX3U控制器再经过FX3U-64CCL模块将频率数据最终发送给相应地址的变频器。变频器正常运转，也会将自身的实时输出频率值经过相同的路径逆向传输回到主站L02控制器，再由触摸屏显示出来，让操作员识别。

5 结语

通过以上的CC-Link基础架构，我们实现了污水系统精确控制三菱变频器，节约了布线的复杂度，只需要让每个变频器插入通信网线即可。相比于以往的模拟量控制变频器，精准控制变频器不仅可将控制频率的精度提高至0.01Hz，而且还增加了输出频率反馈监控，这样更能掌控污水的控制稳定性，通信延迟也较小，足够满足要求。这种基于FX3U-64CCL和主站LJ61BT11N的通信模式，不仅有利于当前的控制模式，还可以快速实现污水处理系统的后期单元增加，满足污水系统的扩展，不增加设计复杂度。

★基金项目：南通市基础科学研究和社会民生科技计划项目（JCZ2022128）。

作者简介：

李继松（1989-），男，江苏宿迁人，中级工程师，硕士，现就职于科德宝宝翎衬布（南通）有限公司，主要从事集成电路方面的研究。

袁  霏（1989-），女，江苏如皋人，讲师，硕士，现就职于南通职业大学电子信息工程学院，主要从事电气自动化方面的研究。

摘自《自动化博览》2022年12月刊