基于plc控制的污水處理系統畢業設計-資料下載頁

【導讀】普遍低于世界標準。污水處理系統中的曝氣過程控制、數據通訊和監控管理是急需解決。中國污水處理自控系統相對落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的。費用，具有重要意義。文章首先介紹PLC在污水處理控制系統的工藝及相關流程，控制系統硬。處理過程中的應用。先根據污水處理要求設計了設備的電器控制與自動控制線路，主要。制系統，其中包括PLC的選型、系統資源配置以及按照污水處理工藝編制PLC程序。

　　

【正文】 務。可以說 ， S7200 的通訊功能已經遠遠超出了小型 PLC 的整體通訊水平。 （ 3） 編程軟件的易用性 Step 7 – Micro/WIN 編程軟件為用戶提供了開發、編輯和監控的良好編程環境。全中文的界面、中文的在線幫助信息、 Windows 的界面風格以及豐富的編程向導 功 能 使 用戶快速進入狀態，得心應手。 （ 4） 不斷地創 新 創新是西門子公司的一貫風格， 在 S7200 上更是體現得淋漓盡致。永不停歇地推出新 產 品，使更多的需求夢想成為現實，這正是 S7200 成為市場佼佼者的原動力。 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 18 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，具體分配如下表 ： 數字量輸入部分 表 35 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 急停 手動刮泥機啟動 手動方式 手動污泥回流泵啟動 自動方式 手動分離式脫水機啟 動 自動啟動確認 手動污泥泵啟動 手動粗格柵機啟動 手動轉碟曝氣機加速 手動清污機啟動 手動轉碟曝氣機減少 手動潛水泵啟動 粗格柵液位差計 手動細格柵機啟動 細格柵液位差計 手動分離機啟動 進水泵房液面高位傳感器 手動轉碟曝氣機工頻啟動 進水泵房液面低位傳感器 手動轉碟曝氣機變頻啟動 污泥回流泵液面高位傳感器 手動潛水攪拌 機啟動 污泥回流泵液面低位傳感器 數字量輸出部分 表 36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 粗格柵機接觸器 潛水攪拌機接觸器 清污機接觸器 刮泥機接觸器 潛水泵接觸器 污泥回流泵接觸器 細格柵機接觸器 離心式脫水機接觸器 分離機接觸器 潛水泵報警 轉碟曝氣機工頻接觸器 污泥回流泵報警 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 19 轉碟曝氣機變頻接觸器 潛水泵報警 模擬量輸入部分 由于需要采集一個溶氧儀所反饋的數據，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體 I/O 分配，如下表 37所示 ： 表 37 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設備 AIW0 溶解氧儀 模擬量輸出部分 在此控制系統中需要將采集回來的模擬量進行數據處理，然后，通過模擬輸出口對變頻器進行控制，進行控制其他設備的運行，如下表 38所示 ： 表 38模擬量輸出地址分配 輸出地址 輸出設備 AQW0 經 PID 運算輸出 根據控制系統的功能要求，設計出工業污水處理控制系 統的硬件連線圖如圖39所示，此控制面板上的手動控制部分主要在調試系統時使用，調試完成后基本處于閑置狀態。 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 20 39 硬件連線圖 其他資源配置 要完成系統的控制功能除了需要 PLC 主機及擴展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設備 。 接觸器選型 在控制系統中，所有設備是根據控制面板上的按鈕情況或者根據傳感器的反饋值進行動作的，因此需要 PLC 根據當前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、轉碟曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、刮泥機接觸器等。為此該系統選用施耐德 LC1D0901M5C 交流接觸 器 ，其額定電壓 為 220V,額定電流 為 9A。其特點有： 高標準：符合 IEC6094741 和 標準。長壽命：河南理工大學畢業設計（論文）說明書 21 機械壽命高達 2020 萬次；電 壽命高達 200 萬次 ； 強適應性： “ TH” 防護處理，可以在濕熱的環境中使用 ； 寬電壓：線圈控制電壓在 70%～ 120%Uc 之間波動，不影響產品正常工作 ； 強通用性：具有 50Hz～ 60Hz 通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產品本體上可以附加輔助觸頭，通電 /斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 三角起動器 。 變頻器簡介 變頻器的功能是將頻率固定的 (通常為 50Hz)交流電 轉 換成頻率連續可調的三相交流電源。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內連續可調的三 相交流電。 變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據中間直流環節的主要儲能元件的不同可分為電壓型和電流型。電壓型變頻器主回路由相控整流器 、 中間直流環節和逆變器三個部分組成。 相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經濾波電容 Cd輸出直流電壓Vd，逆變器將直流 Ud變換成頻率可調的交流電源供給電 動 機進行變頻調速。由于中間直流環節是 Cd低阻抗輸出相當于是恒壓源，故稱 為 電壓型。 電流型交 直 交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環節中的儲能元件用的是電感而不是電容 ， 由于中間直流環節是高阻抗輸 出相當于電流源，故稱 為 電流型。 變頻與變壓 (VVVF)原理 當在實際利用變頻器調節電機轉速的過程中，當頻率 f下降時，定子繞組的反電動勢 E 有所下降，定子電流增大，但是轉子側的負載并未增加，故轉子段電流不變，根據電流平衡方程可知，勵磁電流比增大，因而磁通φ m增大。φ m增加將導致鐵芯的飽和，進而引起勵磁電流波形的畸變，這是不希望的結果，因此希望φ m保持基本不變。要實現這個目標，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓Ul/f=const 不變 ，則磁通 φ m可保持基本不變。因此變頻的同時也要變壓，常用VVVF 表示。 VVVF 實施的基本方法包括：脈幅調制 (PAM)和脈寬調制 (PWM)。 （ 1） 脈幅調制 (PAM) 實現方法就是調節頻率的同時，也改變直流電壓的振幅值 。 PAM 需要同時調節兩個部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關系，故控制電路比較復雜，因此比較少 使 用。 （ 2） 脈寬調制 (PWM) 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 22 實現方法就是在每半個周期內，把輸出電壓的波形分割成若干個脈沖波，每個脈沖的寬度為 t1， 每個脈沖間的間隔寬度為 t2，則脈沖的占空比 Υ=tl/(t2+tl )。這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調節頻率時，不改變直流電壓的幅 值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實現變頻變壓的效果。 PWM 只需控制逆變電路 即 可實現，與 PAM 相比電路簡化了許多，因此在變頻調速中較常用。 變頻調速的基本原理 （ 1） 異步電動機的等效變換 X 1 R 2R 1 X 2R mI OX mR 1U 1R LU 2 圖 310 異步電動機的等效變換 異步電動機的電磁轉矩公式： 2212 2 21 1 2 1 232 [ ( ) ( ) ]m p s r UT f s r r s x x?? ? ? ? 其中： P為旋轉磁場的磁極對數， S 為轉差率 （ 2） 變頻調速的原理 異步電動機的電磁轉矩是由定子主磁通和轉子電流相互作用 而 產生。 異步電動機的定子主磁通是以一定的轉速旋轉，旋轉磁場實際是 由 三個交變磁場合成的結果。旋轉磁場的轉速 n0=60f/p， 其中 f是電流頻率 ， P是旋轉磁場的磁極對數。產生轉子電流的必要條件是轉子繞組切割定子磁場的磁力線。因此轉子的轉速 n1必須低于定子磁場的轉速 n0 (即所謂的“異步” )。兩者之間的差異可由轉差率表示，轉差率 s=( n0 n1)/n0根據 n0=60f/p 可知，當頻率 f連續可調時，電動機的同步轉速 n0也連續可調，而異步電機的轉子轉速 n1， 總是比同步轉速略低一點，所以當 n1連續可調時 ， n1也是連續可調。 設變頻后的頻率為 fx，電壓為 Ux， 電動機的額定相電壓和頻率為 UN和 fN，則有： xf ＝ fk Nf （ ） xU ＝ uk NU （ ） （ ） 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 23 其中 kf為頻率可調比， ku為電壓可調比。將上述兩個公式代入異步電動機的電磁轉矩公式可得變頻后的轉矩公式： 22212 2 21 2 1 232 [ ( ) ( ) ]um f N x x fp s r k UT k f s r r s k x x?? ? ? ? 其中： sx為頻率為 fx時的轉差率。 在變頻器正常工作情況下，即 kf＝ km1 時的機械特性如圖 311 所示。 nn 1n 2n 3n 4f 3f 4f 2f 1of 1 f 2 f 3 f 4T k 4 T k 3 T k 2 T k 1 T M 圖 311 kf＝ km1 時的機械特性 由圖 311可知隨著 f 的下降，臨界轉矩 Tkx逐漸減少，電動機的帶負載能力也隨之下降。這無疑給 變頻調速帶來了 困難 。而針對這種想象一般要采取電壓補償法。新系列的變頻器一般都提供了設置自動轉矩補償功能。變頻器可以根據電流的大小自動地決定補償的程度。 變頻器選型 該系統選用的變頻器是西門子 MM430 變頻器， 具有多個繼電器輸出 ， 具有多個模擬量輸出（ 0～ 20 mA） ， 2 個模擬輸入： AIN1： 0～ 10 V， 0～ 20 mA 和 – 10 ～+10 V； AIN2： 0～ 10 V， 0～ 20 mA， 6 個帶隔離的數字輸入，并可切換為 NPN/PNP 接線 。它是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅動系 統，尤其是適用于工業部門的水泵和風機。該 類 型 的 變頻器，具有能源利用率高的特點，優化了部分結構與功能，便于工作人員進行操作，實現功能強。 它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護 功能 。 變頻器參數設置 該工業污水處理系統中的 MM430 變頻器是一種風機水泵負載專用變頻器，能（ ）） ] 河南理工大學畢業設計（論文）說明書 24 適用于各種變速驅動系統，尤其適合用于工業部門的水泵和風機。該變頻器，具有能源利用率高的特點，優化了部分結構與功能，便于工 作人員進行操作，實現其控制功能。在此控制系統中，需要對變頻器進行通信控制，因此需 要 先對變頻器的參數進行設置，主要對 以 下幾個參數進行調整，如表 312 所示 ： 表 312 變頻器參數設置表 參數號 參數值 說明 P0005 21 顯示實際頻率 P0700 2 由端子排輸入 P1000 2 模擬輸入 P1300 2 可用于可變轉矩負載 P2020 6 9600baud P2020 1 USS 地址 P0300 根據具體電動機設置 電動機類型 P0304 根據具體電動機設置 電動機額定電壓 P0305 P0310 P0311 根據具體電動機設置 根據具體電動機設置 根據具體電動機設置 電動機額定電流 電動機額定頻率 電動機額定轉速 電動機的選型 在該工業污水處理系統中需要用到許多電機， Y2 系列三相異步電機 是專為歐洲市場設計的三相異步電動機 。 電機出線盒置于電機機殼頂部 ， 整機結構緊湊、外形美觀大方，安裝尺寸符合 IEC 標準，具有高效、節能、起動轉矩大，使用維護方便等特點。 主要性能有： 絕緣等級： F；防護等級： IP54 或 IP55； 電壓： 380V或 415V；頻率： 50Hz 或 60Hz；冷卻方式： IC411。 Y2 系列電動機有兩種設計，一種適用于一般機械配套和出口需要，在輕載時有較高效率，在實際運行中有較 好 節能效果，且具有較高堵轉轉矩，此設計稱為Y2Y系列。中 心高 63～ 355mm，功 率從 ～ 315kW。電動機符合 JB/ Y2 系列 (1P54)三相異步電動機（機座號 63～ 355）技術條件。 型號含義：如Y2200L12Y： “Y2” 表示異步電動機第二次改型設計，“ 200”表示中心高， “L”表示機座長短號，“ 1”表示鐵心長度序號，“ 2”表示極數， “Y” 表示第一種設計（可省略）。 第 2種設計是滿載時有較高效率，更適用于長期運行和負載率較高河南理工大學畢業設計（論文）說明書 25 的使用場合，如水泵、風機配套，此設計稱為 Y2E系列，中心高 80～ 280mm，功率從 ～ 90kW。 電動機符合 JB/ Y2 系 列 (1P54)三相異步電動機（機座號 80～ 280）技術條件。 型號含義：如 Y2200L26E： “Y2” 表示異步電動機第二次改型設計，“ 200”表示中心高， “L” 表示機座長短號，“ 2”表示鐵心長度序號，“ 6”表示極數， “E” 表示第二種設計。 根據上述分析，選擇 Y2200L26E 即可滿足要求。 液位差計 對格柵機的清污機進行控制，需要監測格柵機兩側的液 位 差，在該系