基于PLC的污水净化处理控制系统的设计

1、基于PLC的污水净化处理控制系统的设计初摘 要：本文介绍了利用西门子公司的 S7-224型PLC,来实现含氧化 铁杂质的污水净化处理系统的自动控制，本文详细介绍了系统的硬件 配置以及软件设计流程图，并且介绍了编程中的关键问题。关键词：PLC污水净化处理系统 顺序功能图 故障诊断 硬件配置编程方法竞争调度算法Abstract: This paper in troduced a method of automatic con trol systemdesig n which dec on tam in ate sewage carried with Oxidized ironimpurity ,c

2、on trol system based on PLC type of S7-224 bel ong to Sieme ns compa ny. in this paper the system s hardware and software is alsoin troduced in detail.Keywords: PLC; sewage treatme nt system; seque ntial fun cti on chart;Break dow n diag no sis; hardware; program min g-skill; competiti onadjust ing

3、calculate way1前言:在冶金企业中，有大量的工业用水用于冷却，为此每天要消耗大 量的水资源，由于用过的冷却水中含有大量的氧化铁杂质，不宜多次 循环使用。为了保护环境、节约用水，需要对含有氧化铁杂质的污水 进行净化处理。2、系统介绍:污水净化处理系统组成示意图如下:尖冷却塔图1、污水净化处理系统组成示意图2.1工艺流程介绍：(1) 滤水工序：打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如 果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会吸附在磁滤器的 磁铁上，使水箱中流出的是净化水。(2) 反洗工序：滤水一段时间后，必须清洗附着在磁铁上的氧 化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀

4、和出水阀， 打开排污阀和压缩空气阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器 中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质，使冲洗后的污水流入污水池, 进行二次处理。2.2 控制任务和要求：（1）两台机组的滤水工序，可单独进行，也可同时进行。而反 洗工序只允许单台机组进行，一台机组反洗时，另一台必须等待。两 台机组同时要求反洗时， 1 号机组优先。（ 2） 为保证滤水工序的正常进行，在每台机组的管道上均安装 了压差检测仪表，只要出现了 “管压差高 ”信号，则应立即停止滤水工 序，自动进入反洗工序。（ 3） 为了增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁 阀线圈的接通信号反馈到 PLC 的输入端，一旦某一

5、输入信号不正常， 要立即停止系统工作，这样可避免发生故障。（4） 执行器输出故障检测及报警。3、控制系统设计：3.1 硬件设计：（ 1） 确定 PLC 的 CPU 型号和扩展模块型号：下表为净水器的 1 号机组的输入和输出地址分配表：1号机组的输入/输出地址分配表堀程元件10端孑磬元件作用锚旳QSBIl号淨水器启动按钮10.1SB21砰苟水器停止搜钮A10.2YJ11号淨水器压差检测仪衰，压差过离开关信号103SB3系统急停祀罐YA11号磁應器叫辅肋触点，用子YAI的睛诊斷YA21号出水辅的辎阳冠臥 用于YA2甬/障诊斷电10.6W1号逬水阀的轴助魁电，用于YA3的曲陳诊斷10 71号掾辭的擁

6、助魅査用于X4的故陽诊斷器订Q1粤压逼空®的精助融点，用于YA5飽故隣诊断Q001号磁虑器裁Q0.1g号出水闹线留出Q02皿31母进水阀缠w1号揮污假线圈继Q04畑1号压绪空气阀线圈Q0.5HA反济铃电Q0 6HL1故障指示灯Q0 7HA1故障报鑒铃器因为1号机组和2号机组的工作原理相同，故净水系统总的输入 点数为18点，总的输出点数为16点。为此选择西门子公司的S7-200系列的CPU224可编程控制器和S7-200的数字量扩展模块EM223， 它们可以提供22点输入和18点输出（2）压差检测仪表的选择：压差检测仪表的作用是检测磁滤器 的入口和出口的压差，如果压差过高，表示磁滤器有

7、堵塞故障，需要 进入反洗工序。压差检测仪表应该具有设定压差、显示压差、压差信 号输出功能。综上所述选择美国德威尔公司（dwyer）的3000IMR系列的Photohelic压力表/开关。（3）其它的输入和输出元件的选择比较容易，限于篇幅限制,从略。3.2软件的设计:根据净水机组的工艺要求和控制任务设计如下的顺序功能图:图2、净水机组的控制系统顺序功能图根据以上的顺序功能图，很快能写出梯形图，在此不详细列出梯形图。只列出梯形图设计的几个小技巧：(1) PLC的其它编程元件的地址和作用在顺序功能图上有明确的标示，故没有列表。(2)为了避免系统工序的切换所造成的冲击，阀门和磁滤器的开启和关闭采用延时

8、顺序动作。（3）1 号机组和 2 号机组的反洗工序的调度算法：如果 1 号机 组和 2 号机组同时进入反洗工序，由于 2 号机组延时 0.1秒，故 1 号 机组优先执行 ;如果不同时进入反洗工序，由于 1 号机组和 2 号机组 反洗工序有互锁功能， 则哪个机组先进入反洗工序， 另一机组只能等 待。（4）故障诊断子程序：（4.1）故障诊断子程序的作用：相对于 PLC 而言，外部输出器件如电磁阀、磁滤器容易出现故 障。如果电磁阀和磁滤器出现故障而不能及时处理， 容易造成系统工 作不正常，甚至会损坏系统。处理的方法是：外部主要输出器件如果 出现故障，必须停机并且报警，提醒工作人员维修。（4.2）故障

9、诊断子程序的设计：本控制系统共有 8 个故障诊断子程序， 它们的故障诊断算法都是 类似的。具体的算法是：如果某个线圈通电，对应的常开辅助触点应 该闭和 ;如果没有闭和，判断该器件损坏。如果某个线圈断电，对应 的常闭触点应该闭和 ;如果没有闭和，判断该器件损坏。下面以故障 诊断子程序 1 为例，谈谈故障诊断子程序的实现。8故磴诊箭子程序1Ml. 110, 430. 530. 610.7qo+6<s)1QU 7-<s)1M1.0V)1II. 0故障诊断子程序的梯形图见右图。它用顺序功能的逻辑语言解释 如下：在M1.1步即滤水工序如果磁滤器或者出水阀或者进水阀 没有打开、或者排污阀或者压

10、缩空气阀打开了，则报警并且进入停机 状态。(5) 磁滤器的压差保护：如果磁滤器的入口和出口压差大于设 定压差，则滤水工序无条件结束，顺序进入反洗工序。4、本文作者的创新点：利用PLC实现了污水净化处理系统的自动控制，详细介绍了污水净化处理控制系统的硬件设计和软件设计方法。软件设计给出了控 制系统的顺序功能图，并且采用结构化程序设计方法。硬件设计采用 了压差检测仪表，保证滤水工序的性能指标并且有防止滤水器堵塞的 功能。由于采用PLC作为控制器，系统结构比传统控制系统结构简 单，可靠性高，系统很少出故障；由于控制系统的控制算法由软件实 现，易于系统升级，易于联网。为了解决1号机组和2号机组在反洗 工序竞争的问题，采用了延时和互锁的算法。为了保证系统可靠地工 作，设计了外部输出器件自诊断程序， 能够判断外部执行器