PLC电气控制设计污水处理系统

1、电气控制设计某污水处理控制系统设计专 业：电气工程及其自动化班 级：学 号：姓 名：指导教师：完成日期：目录1.1研究目的和意义31.2课题主要设计的容42. 1信号输入42. 2控制输出信号53.1主要组成局部63.2电气控制系统63.3工业污水处理系统的工作原理6控制系统总体框图 6工作过程7工业污水处理系统主电路设计83.4 PLC 选型 103.5 PLC的I/O资源配置103.5.1数字量输入局部103.5.2数字量输出局部113.5.3模拟量输入局部123.5.4模拟量输出局部124.1总体流程设计13手动模式14自动模式14参考文献20附录I控制程序21附录U局部主电路图23附录

2、川硬件接线图24绪论1.1研究目的和意义8 / 19污水净此示意图尉动广机俎工作由滤水耒1二P毎逋at搏器电擁很|權通年梅碑' TI；_i；I接幷丽1J_I接連响松|慕通雷永Ii-jnVrzT1Y（眾 40min 利？Ifr亨压鶴i -.JY 断进水阀 C断推污澗I断出朮阀|斷响佛*i挂逮;水lip I叱反梳拦丫i号磁滤器的滤水工艺流程见图。i号磁滤.*. Y1!y 1断磁滤器电源-<进入滤永工艺r _ r"5到? > ；也5到？ _、一 11乂二I器的I / 0分配表见图（以三菱系列PLC为例）。2号和3号磁滤器的I / （）分配表与1号一样，只是将13到 F进

3、入反洗T.艺滤水匸艺流理图输入地址编号 X0X5改为 X400X405和X500X505,将输出地址编号 Y30Y35改为Y430Y435和 Y530Y535。按下启动按钮 AN1,使X0接通。“电源信号是输出端“电源通断Y30的反应信号当PLC的Y30正常接通，那么接入电源通路中的 控制接点导通，使XI接通，滤水工艺顺利运行下 去。同理，“进水阀信号'是输出端“进水阀通断 接通时的反应信号。这种控制方式提高系统的可 靠性，假设有某个输出信号不正常，就会立刻停 顿滤水工序。本系统要求：三台或二台滤水器应能各自按输入（SAN1rois动 U电源苛号一r 严进人阀信号一1 岀水糾信号一I

4、广空1E阀信号- 号一- 骨圧差高悟号3Q3132阳的37 Y V Y Y Y Y 可编程序控齣器10n 2 3 4 513X X X X X XXII电猱通斷广岀忒阀通断一一 r空圧阀咆斷】排污阀通断滤水工艺流程并行工作； 反洗时，只能单台工作，其他需反洗者必须等待； 在滤水时，只要出现“管压差高的信号，那么立即停顿滤水工序，自动进入反洗工序。皿滤器的】/（）分配衣1.2课题主要设计的容本课题主要设计的容是工业污水处理工艺及工业污水处理系统的组成和PLC控制系统设计主要由以下容组成：1介绍了工业污水处理的根本容，包括工业污水处理的开展现状以及工业污水处理的工艺流程；2介绍了 PLC的根本构造

5、和工作原理，并对工业污水处理控制系统进展设计分析；3具体分析设计工业污水处理的硬件系统；4具体分析设计工业污水处理的软件系2. 1信号输入工业污水处理系统信号输入检测方面主要涉及四类信号的监测，主要包括：按钮的输入检测、液位差的输入检测、液位上下的输入检测，以及曝气池中含氧量的输入检测。1按钮输入检测。大多数为人工方式控制的输入检测，主要有自动按钮、手动按钮、格栅机启动按钮、清污机启动按钮、潜水泵启动按钮、潜水搅拌机启动按钮、污泥回流泵按钮、曝气机工频、变频按钮，以及变频加速减速按钮等。2液位差输入检测。检测粗细格栅两侧液位差，用来控制清污机的启动与停顿。3液位上下输入检测。检测进水泵房和污泥

6、回流泵房中液位的上下，用来控制潜水泵或污泥回流泵的启动和停顿，以及投入运行的潜水泵的数量。4含氧量输入检测。以上三种都为数字量输入，该输入为模拟量输入。曝气过程是工业污水处理系统中最重要的环节，为了保证微生物所需要的氧气，必须检测污水中的含氧量，并通过曝气机增加或减少其含氧量。通过将溶解氧仪设置在适当位置上，将检测值反应到PLC中，通过运算输出控制曝气机的转速信号。当溶解氧值偏低时， 降低了微生物分解的效果，延长了处理时间，严重时甚至导致处理失效，因此需要增加曝气机转速以增加供氧量； 当溶解氧值偏高时，导致微生物过氧化，降低了其活性，也不利于处理，因此减小曝气机转 速以减少供氧量，最终使污水中

7、的溶解氧保持在一定的围。2. 2控制输出信号信号输出局部主要包括两个方面：一个是数字量输出，即各类设备的接触器；另外一个是模拟量输出，用来控制曝气机变频器。1数字量输出。控制各类设备的启动和停顿，包括：格栅机启停、清污机启停、潜水泵启停、潜水搅拌器启停、污泥回流泵等设备。2模拟量输出通过 PLC中PID运算后的数据，通过其功能模块输出控制信号，该控制信号输入到变频器的控制端子上，改变变频器的输出频率， 从而控制曝气机的转速，最后到达控制污水中含氧量的要求。3硬件系统配置3.1主要组成局部工业污水处理系统的构造比拟复杂，设备较多，在氧化沟中其控制过程及原理大致一样,都是通过控制曝气机的转速来调节

8、污水中的含氧量，其根本组成如图3-1所示。图3-1工业污水处理系统根本组成示意图3.2电气控制系统电气控制系统主要包括操作面板、显示面板、电气控制柜等单元。由于在该系统中需要 检测较多的数字输入量，并且还要检测模拟量的输入，根据设定的程序进展数据处理后，输出控制信号，因此系统的控制逻辑与时序就需要严格照检测信号的输入进展控制。(1丨操作面板。操作面板主要包括手动、自动、各类设备的启动按钮等。(2丨显示面板。显示面板由于要显示较多的数据，因此一般采用触摸屏或者人机界面。(3丨电气控制柜。电气控制柜是电气控制的核心设备，主要包括变频器、各类传感器的 输入信号、PLC及其扩展模块等。3.3工业污水处

9、理系统的工作原理控制系统总体框图工业污水处理系统的电气控制系统总框图如图4-2所示，PLC为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停顿和调速控制。3-2电气控制系统总框图工作过程在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不根据传感器的状态进展控制。在自动方式下进展闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进展启停控制，其工作过程如下。1接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。2运行粗、细格栅机，进展间歇运行，即运行一段时间然后停顿一段时间，循环进 展。3根据反应回来的液位差状态控制

10、清污机的运行与停顿。4进水泵房中的潜水泵根据液面上下进展运行、停顿及运行数量的控制。5转碟曝气机根据溶解氧仪反应的模拟量经PLC运算后进展控制，同时控制别离机的运行与停顿。6污泥回流泵的运行与停顿根据液面的上下进展控制。7在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。工业污水处理系统主电路设计图3-3为工业污水处理系统的主电路图的局部图。三台电机分别为潜水泵电机M1、清污机电机M2、转碟曝气机电机M3。接触器 KM3 KM2 KM6分别控制M1、M2 M3 的工频运行；接触器 KM5 KM9分别控制M1、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台电 机过载保护用的

11、热继电器；QF1、主电路的空气开关；FU1为主电路的熔断器。选用的 MM430变频器是用来控制电机 M1、M3变频运行的。图3-3工业污水处理系统变频局部主电路图3.4 PLC选型根据工业污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7 200系列PLC作为工业污水处理系统的电气控制系统的 控制主机。由于工业污水处理电气控制系统涉及较多的输入输出端口，其控制过程相对复杂，因此采用CPU226作为该控制系统的主机。CPU226在工业污水处理系统中使用的数字量输入点和输出点都比拟多，因此除了PLC主机自带的I/O夕卜，还需要扩展一定数量的 I/O扩

12、展模块。在此采用 EM223输入/输出混合 扩展模块。8点DC输入8点输出型。正好可以满足控制系统的 I/O需求。在该系统中，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此需要在扩展一个模拟量输入输出扩展模块。西门子公司专门为 S7200系列PLC配置了模拟量输入输出模块 EM235该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力，可满足控制系统的功能要求。3.5 PLC的I/O资源配置根据系统的功能要求，对 PLC的I/O进展估算配置，具体分配如下。数字量输入局部首先需要一个紧急制动按钮，运行方式有两种自动和手动，所以有自动运行方式，自动方式 启动确认，手动方式。手动方式针对各个部件，粗细格栅机

13、有手动粗格栅机启动，手动细格栅机启动。手动清污机、潜水泵、别离机、碟曝气机工频、转碟曝气机变频、潜水搅拌机、 刮泥机、污泥回流泵、别离式脱水机、污泥泵、转碟曝气机加速、转碟曝气机减少、粗格栅 液位差计、细格栅液位差计、进水泵房液面高位传感器、进水泵房液面低位传感器、污泥回 流泵液面高位传感器、污泥回流泵液面低位传感，总共24个数字输入量.表3-4数字输入量地址分配输入地址输入设备输入地址输入设备10.0急停I1.4手动刮泥机启动I0.1手动方式I1.5手动污泥回流泵启动I0.2自动方式I1.6手动别离式脱水机启动I0.3自动启动确认I1.7手动污泥泵启动I0.4手动粗格栅机启动I2.0手动转碟

14、曝气机加速I0.5手动清污机启动I2.1手动转碟曝气机减少I0.6手动潜水泵启动I2.2粗格栅液位差计I0.7手动细格栅机启动I2.3细格栅液位差计I1.0手动别离机启动I2.4进水泵房液面高位传感器I1.1手动转碟曝气机工频启动I2.5进水泵房液面低位传感器I1.2手动转碟曝气机变频启动I2.6污泥回流泵液面高位传感器I1.3手动潜水搅拌机启动I2.7污泥回流泵液面低位传感器数字量输出局部数字量输出主要是对接触器的启动提供信号，共13个表3-5数字输岀量地址分配输岀地址输出设备输岀地址输出设备Q0.0粗格栅机接触器Q0.7潜水搅拌机接触器Q0.1清污机接触器Q1.0刮泥机接触器Q0.2潜水泵

15、接触器Q1.1污泥回流泵接触器Q0.3细格栅机接触器Q1.2离心式脱水机接触器Q0.4别离机接触器Q1.3潜水泵报警Q0.5转碟曝气机工频接触器Q1.4污泥回流泵报警Q0.6转碟曝气机变频接触器模拟量输入局部由于需要采集一个溶氧仪所反应的数据，因此扩展了一个模拟量输入输出模块，具体I/O分配，如下表 3-6所示。表3-6模拟量输入地址分配输入地址输入设备AIW0溶解氧仪模拟量输出局部在此控制系统中需要将采集回来的模拟量进展数据处理，然后，通过模拟输出口对变频器进展控制，进展控制其他设备的运行，如下表3-7所示。表3-7模拟量输出地址分配输出地址输出设备AQWO经PID运算输出3-8所示,根据控

16、制系统的功能要求，设计出工业污水处理控制系统的硬件连线图如图此控制面板上的手动控制局部主要在调试系统时使用，调试完成后根本处于闲置状态。4软件系统设计采用西门子公司为 S7 200系列PLC开发的STEP Micro/WIN32作为编程软件，上面 介绍了工业污水处理控制系统的构造、工作原理和电气控制局部的构造，硬件构造的总体设计根本完成后，就要开场软件局部的设计，根据控制系统的控制要求和硬件局部的设计情况 及PLC控制系统I/O的分配情况，进展软件编程设计。在软件的设计中，首先按照需要实现 的功能要求做出流程框图，其次按照不同功能编写不同功能模块，这样写出的程序条例清晰，既方便编写，也便于调试

17、。4.1总体流程设计根据系统的控制要求，控制过程可以分为手动控制功能和自动运行功能。在手动控制模式下,每个设备可以单独运行，以测试设备的性能，如图4-1所示。手动模式在手动模式下，可单独调试每个设备的运行，如图5-2所示。在此模式下，可以通过按钮对13 / 19格栅机、清污机、转碟曝气机、刮泥机，以及各类泵进展控制，对于转碟曝气机的控制，可 以通过按钮增大或减小变频器的频率来改变其速度，以检测调试性能。16 / 19图4-2手动操作模式流程图自动模式处于自动方式时，系统上电后，按下自动启动确认后系统运行，系统开场工作，其工 作过程包括以下几个方面。1系统上电后，按下自动启动确认按钮，启动潜水搅

18、拌器和刮泥机。2启动粗格栅系统。3启动潜水泵。4启动细格栅系统。5启动曝气沉砂系统。6启动污泥回流系统。7启动污泥脱水系统。以上工作过程并不是顺序控制方式，而是按照PLC检测到传感器状态进展启动如图4-3所示。图4-3自动操作模式流程图在自动控制模式流程图中，调用了各个控制系统的程序，主要包括粗格栅系统程序、水泵程序、细格栅系统程序、曝气沉砂系统程序、污泥回流泵系统程序。以及污泥脱水系统 程序，以下将分别介绍各个子程序的工作过程。粗格栅系统程序主要控制粗格栅机和清污机的运行，其工作过程包括以下几个方面。1自动过程开场启动粗格栅机，定时20min。2定时到，停顿运行粗格栅机2h。32h定时到，运

19、行粗格栅机 20min，循环进展。4同时检查液面差，假设超过设定值那么启动清污机。5液面差值低于设定值，停顿清污机运行。潜水泵程序主要控制潜水泵的运行和停顿，其工作过程包括以下几个方面：1自动过程开场启动潜水泵。2检测液面高度，低于最低位传感器时，开场定时防止误判。3定时到后，假设仍低于最低位传感器，那么停顿潜水泵运行，否那么潜水泵继续 运行。4检测液面处于中位和高位传感器之间时，开场定时防止误判。5定时到后，假设液面仍持续处于高位传感器，那么输出报警信号。表4-10软元件设置元件意义容备注M0.0系统停顿标志On有效M0.1手动方式标志On有效M0.2自动方式标志On有效M0.3自动方式启动

20、标志On有效M1.1清污机运行标志On有效M2.3聚合物泵运行标志On有效M2.4污泥泵运行标志On有效M2.5切割机运行标志On有效M2.6粗格栅机停顿标志On有效M2.7粗格栅机定时脉冲计数On有效M3.0进水泵房液面低于最低位On有效M3.2细格栅机停顿标志On有效M3.3细格栅机定时脉冲计数On有效M3.4转碟曝气机变频转工频运行标志On有效M3.7转碟曝气机变频运行标志On有效M4.0回流泵房液面低于最低位标志On有效M4.1回流泵房液面高于最高位标志On有效C1粗格栅机2h定时中间计数器10C2细格栅机2h定时中间计数器10T33时钟脉冲550msT37粗格栅机运行时间120002

21、0minT38粗格栅机停顿时间定时720012minT39进水泵房液面低于最低位定时202sT40进水泵房液面高于最高位定时202sT41细格栅机运行时间1200020minT42细格栅机停顿时间定时720012minT43污泥回流泵房液面低于最低位定时202sT44污泥回流泵高于低位且低于高位定时202sT45污泥回流泵房液面高于最高位定时202sT46离心式脱水机与聚合物泵启动间隔505sT47聚合物泵与污泥泵和切割机启动间隔505sVD10变频器速度存放器VD20含氧量反应值存放器VD30变频器速度存放器VD100含氧量标准值存放器VD102变频器速度标准值存放器100.0VD104US

22、S-INIT指令执行结果VD106US S- RPM-错误状态字节实 训 小 结418 / 19I0.0I0.1I0.2I0.3确认I I0.4 匸II i操作面板I2.1AC220v手动操作面启反液L+2M1M1LS7-200CPU 226EM223Q1.4L+ EM235RA A+ A-Q0.0KM'Q0.1KM2：潜水泵启动Q0.2KM3,细格栅机启动Q0.3KM4Q0.4Q0.5曝气机变频启动厂Q0.6KM7Q0.7Q1.0KM9污泥回流泵启动Q1.10KM12LQ1.2KM1Q1.3I显示面板潜水搅拌机启动刮泥机启动粗格栅机启动清污机启动钟，别离机启动KM6 曝气机工频启动K

23、M81离心式脱水机启动1潜水泵报警I污泥回流泵报警IL变频器NRS485UWM1M3潜水泵电机3MM430参考文献1 常晓玲电气控制系统与可编程控制器M.:机械工业，2004. 1.2 振强，王晖，玉峰.可编程控制原理及应用教程M.:清华大学，2005.2.3 唐宇毅.电厂含油工业污水处理的 PLC控制系统设计D.:工业大学，2005.4 廖常初.PLC编程及应用M.:机械工业，2005.2. 培山，钟昆.基于PLC的工业污水处理厂自控系统的实现J.控制系统,2006,5 1： 82-83.6 英辉，豫龙，戴青云.基于PLC的中水处理系统J.职业技术学院报,2008,6476-78.7 何献忠

24、.工业工业污水处理的PLC控制应用J.冶金职业技术学院学报，2004，434: 86-87.8 燕宾.SPWM频调速应用技术第3版M.:机械工业，2006.153.9 程玉华.西门子S7-200工程应用实例分析M.:电子工业，2008.1.10 权，吴尚庆.变频器应用技术M.:华南理工大学.2009.1.附录I.控制程序采样子程序:L #DB_NoT LW 022 / 19OPN DB LW 0/翻开数据块L #PIW_AddrSLD 311T LD 4L #DBW_AddrSLD 311T LD 8L #CH_LEN11NEXT: T LW 0L LD 4LAR1L PIW AR1,P#0.011T LW 2L LD 8LAR1L LW 2T DBW AR1,P#0.011L LD