基于plc的污水處理控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 現方面相對較為復雜，因此采用了CPU226的PLC機作為該控制系統涉及開發技術的主機。CPU226在污水處理系統使用到的數字量的輸入點和輸出點都比較多，因此除了主機自帶的那些一定量的I/O口的數量外，還需要更多些能夠擴展的的I/O模塊。其中的輸入點和輸出點正好能夠充分滿足本設計的系統在控制這一方面對I/O口的需求量。在本系統中，由于使用到了對模擬量方面的采集和控制這兩個功能的需求，因此還需要一個能夠再次擴展的模擬量的輸入和輸出模塊。西門子的S7—200系列配置了專門能后適應系統中模擬量的輸入和輸出模塊即為EM235，該模塊在分辨率方面較高和在輸出方面有較強的驅動能力，可滿足控制系統的功能要求。 污水處理系統電氣控制系統總體設計 控制系統方案設計操作面板PLC液位高度傳感器顯示面板各類泵運行格柵機定時運行圖31 電氣控制系統框圖工作過程：在手動狀態下，各類設備的控制根據對操作面板上的按鈕操作來控制，無邏輯控制，不根據液位高度傳感器的狀態和設定的時間進行控制。在自動方式下進行閉環控制，系統根據檢測的液位高度狀態和設定的時間來對設備進行啟停控制，其工作過程如下。系統上電電源接通后，按下自動控制按鈕，自動控制方式被啟動，系統中的攪拌機和曝氣風機隨即也被啟動。運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環進行。進水泵根據進水池中反饋得到的實際液位與系統控制要求的液位進行比較后再決定其運行或停止。 污泥回流泵根據沉淀池中反饋得到的實際液位與系統控制要求的液位進行比較后再決定其運行或停止。電氣控制主電路圖[8]本設計的污水處理系統的主電路如圖32所示。圖32 污水處理系統主電路圖主回路中交流接觸器KMKMKMKMKMKM6分別控制進水泵、粗格柵機、細格柵機、曝氣風機、攪拌機、污泥回流泵這六個電機的啟動與停止。這六個電機分別由六個相對應的熱繼電器FRFRFRFRFRFR6分別實現對各自所在的電路中確保其安全的過載保護功能。QF0為整個電路中的電源總開關，其功能是既可實現對主電路的短路保護作用，又起到了對三相交流電源進行電源分流的作用，在使用和維修方面也很方便。電路中安裝的斷路器QFQFQFQFQFQF6分別能夠實現各自所在的與之相對應的分電路中所連接設備的安全方面的過載和短路保護作用的功能。控制電源路上的熔斷器FU在電流過大時熔斷自身切斷電路起到保護作用。其中主電路中的控制電源部分的電路圖如圖33所示。圖33 污水處理電源控制電路圖電路圖的上方部分連接的器件是中間繼電器KA，此繼電器在電路中是具有一定的帶負荷能力，上圖中所示的電路中的中間繼電器KA主要是為了替代小型接觸器來實現其后者的功能。當接觸器KM的線圈在不通電的情況下，與之相對應的KM接觸點也一直保持著電路斷開不導通的狀態；KM線圈在通電的情況下，相對應的KM觸點也就被接通，從而實現了由控制電路中的送電和斷電來控制主電路中的各個電動機的啟動與停止。電路中的熱繼電器FR在此電路中依舊是保護電路安全起到過載保護的功能。PLC電路控制設計根據上文中對整個工藝流程的介紹，對PLC的型號的選擇，繪制的系統原理主電路圖和控制電路中的電路連接圖[9]，來繪制本系統的PLC控制連接電路的原理圖，同時完成系統控制中的I/O口的分配工作，將其對應的功能用表格的方式繪制下來。圖34為污水處理系統PLC控制電路原理圖。圖中的PE為接地，輸入端連接的接觸器起到電路的送電和斷電的作用，接觸器下方接入的熱繼電器FR則起到保護電路的作用，輸出端串聯的中間繼電器KA在電路中起到了消除干擾，保證了輸出信號的穩定性。圖34 污水處理系統PLC控制電路原理圖 PLC的I/O資源配置根據系統的功能要求，對PLC的I/O進行配置[10]，具體分配見表3表32。數字量輸入部分：表31 數字輸入量地址分配輸入地址輸入設備輸入地址輸入設備進水泵接觸器曝氣風機接觸器粗格柵機接觸器攪拌機接觸器細格柵機接觸器污泥回流泵接觸器數字量輸出部分：表32 數字輸出量地址分配輸出地址輸出設備輸出地址輸出設備進水泵啟動曝氣機啟動粗格柵機啟動攪拌機啟動細格柵機啟動污泥回流泵啟動軟元件設置在設計程序過程中，會用到許多中間繼電器、寄存器、定時器等軟元件，為了便于編程及修改，將用到的軟元件列出，如表33所示。表33 軟元件設置元件意義內容備注自動啟動標志On有效進水泵手動啟動標志On有效粗格柵機手動啟動標志On有效細格柵機手動啟動標志On有效曝氣風機手動啟動標志On有效攪拌機手動啟動標志On有效污泥回流泵手動啟動標志On有效進水泵自動啟動標志On有效污泥回流泵自動啟動標志On有效T37粗格柵機停止時間6001minT38粗格柵機運行時間6001minT39細格柵機停止時間6001minT40細格柵機運行時間6001minC0粗格柵機停止中間計數器VW100C1粗格柵機運行中間計數器VW102C2細格柵機停止中間計數器VW104C3細格柵機運行中間計數器VW106VD208進水實際液位寄存器 續表33VD212進水要求最高液位寄存器VD216進水要求最低液位寄存器VD228回流實際液位寄存器VD232回流要求最高液位寄存器VD236回流要求最低液位寄存器 本章小結本章在系統總設計要求基礎上，完成了系統電氣控制的設計，包含了系統硬件主電路圖、電源控制電路圖和PLC控制電路圖的繪制，PLC的I/O資源配置。4 污水處理系統軟件設計在本設計中主要用到的是S7200系列的CPU226來完成系統軟件方面的設計，上面主要介紹了污水處理控制系統的結構、工作原理和電氣控制部分的結構，硬件結構的總體設計基本完成后，下面就要介紹的是系統的軟件設計部分，根據系統設計中對整個流程中每個部分控制要求和已完成的全流程的控制電路上的設計，來進行系統的軟件編程設計。在軟件的設計中，所有部分的軟件設計過程均是先按照系統實現的功能要求畫出相對應的流程框圖，再根據每個不同的部分所要實現的不同的功能要求來對其進行軟件編程方面的設計，這樣就提高了程序編寫工作的效率[11]。 污水處理系統軟件設計總體概述根據上文中所設計系統的控制要求，整個系統的控制方式主要可以分為兩種控制模式：手動控制方式下的控制模式、自動控制方式下的控制模式。在手動控制方式的控制模式下，整個系統所涉及到的每個部分的電機都可以獨立被操作，單獨實現其運行和停止；在自動控制方式的控制模式下，系統中所涉及到的每個部分的電機均按照系統中所要求的一定的順序來實現其運行和停止。如圖41所示。手動和自動控制轉換的對應梯形圖如圖42所示。開始手動？手動控制自動控制是否圖41 控制模式選擇圖，系統有手動切換到自動，（~）均復位，即系統中的電機都恢復到程序的默認操作設置狀態。圖42 手動自控轉換梯形圖 手動控制模式在手動控制模式的操作狀態下，每個電機的工作狀態是獨立完成的，即操作人員可根據系統的實際需要隨機控制電機的啟動和停止，沒有一定的規律和模式所言，操作過程如圖43所示。在此手動控制的模式下，操作人員可以通過每個電機對應的操作按鈕來對格柵機、曝氣風機、攪拌機、各類泵的啟停進行控制。進水泵啟停污泥回流泵啟停手動控制粗格柵機啟停細格柵機啟停曝氣風機啟停攪拌機啟停圖43 手動控制模式流程圖 自動控制模式當整個系統接通電源上電后，系統默認的是手動控制方式的控制模式，只要操作人員按下手動和自動控制