最新PLC在污水处理控制系统中的应用.docx

《最新PLC在污水处理控制系统中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新PLC在污水处理控制系统中的应用.docx（122页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-datePLC在污水处理控制系统中的应用PLC在污水处理控制系统中的应用目 录摘 要4Abstract51.绪 论61工业污水处理控制系统总体介绍61.1工业污水处理基本概念61.2 国内外研究现状及其发展71.2.1 国外研究及发展状况：71.2国内外PLC污水处理的发展趋势81.3本课题的研究目的和意义9二污水处理工艺流程102.2 对工艺流程的阐述112.3 主要设备的

2、组成及控制方式122.4 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制122.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制122.6 脱水机房122.7 PLC控制系统132.7.2 网络结构132.7.3 上位机组态功能142.8 系统构成及其布局143 污水处理中的 PLC153.1.1 设计范围153.2 PLC在污水处理中的部分运用163.2.1 中央控制室163.2.3 现场生产过程PLC控制系统173.2.4 厂级管理PLC系统183.3 PLC设备及仪表183.4 主要PLC设备表及其说明194 PLC设计204.1 PLC简介204.2系统的设计步骤（如图下图所示）：21

3、4.21控制系统硬件主电路设计214.22 软件部分244.2.1 监控系统的软件部分244.2.2软件配置244.2.3污水处理系统软件设计254.4 对污水处理系统中一个PLC子站的控制程序进行设计274.5 组态软件在本系统中的应用284.5.1 对上位机监控软件的要求284.5.2 上位机的设计294.5.3联机调试295 结束语33致谢34参考文献35附录36摘 要 目前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当，效率普遍低于世界标准。污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理是急需解决的主要问题。中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排

4、放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于PLC控制的污水处理系统。文章首先介绍了基于PLC污水处理控制系统的工艺及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计PLC控制系统的基本原则和步骤，来说明PLC在污水处理过程中的应用。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号、和信号采集等，最后按照工艺要求设计PLC控制系统，其中包括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制PLC程序。 关键词： 污水处理；自动化控制系

5、统；PLC；硬件配置；软件设计。 Abstract Digest this article mainly introduced PLC in the city sewage treatment concrete application example, the system introduced the city sewage treatment technical process as well as based on SIEMENS S7-400 the series PLC sewage treatment implementation plan, introduces the city

6、 sewage treatment plant supervisory system data acquisition the method.The programmable controller was PLC is the grand total computer technology, the automatic control technology and the communication one kind new, the general automatic control device. Now the programmable controller already became

7、 importantly, most reliable, the application situation most widespread industry control microcomputer.It has the function strong, the reliability high, the use nimble convenient, easy to program as well as the adaptation industry environment and so on a series of merits.In order to enhance the sewag

8、e treatment plant the movement management level, PLC has also become one of this system important composition units, in this system various units according to certain topology interconnection constitution sewage treatment plant control system.Key word： sewage treatment; Automation control system; PL

9、C; Hardware disposition; Software design.1.绪 论在我国，随着经济飞速发展，人民生活水平的提高，对生态环境的要求日益提高， 要求越来越多的污水处理后达标排放。水资源的污染却日益严重，也因此许多城市都规划和建设了水污水处理厂，来改变目前水资源紧缺且污染的现状。 随着全球水资源供应的紧张和对自动化要求的增加，我国的污水处理厂必然是向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前，PLC在其稳定性和高度自动化程度的不断加强，使PLC成为在城市污水处理自动化方面的首选。 1工业污水处理控制系统总体介绍1.1工业污水处理基本概念 城市污水、生活污水、生产污水或经过工业企

10、业局部处理后的生产污水，往往都排入排水系统。这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物。经处理后的污水，最后出路有三种：排放水体；灌溉田地；重复使用。 污水污染物可根据化学性质和物理形态进行不同的分类。按化学性质，污水中的污染物质可分为无机性物质和有机性物质，其化学元素以炭、氮、磷为主。按物理形态，污水中的污染物质可分为固体悬浮物即呈颗粒状的污染物质、胶体污染物质和溶解性污染物质。 好氧有机污染物的性质稳定，在微生物的作用下，借助微生物的新陈代谢功能而降解为无机物，如二氧化碳、水、硝酸根离子等稳定的无机物。有机物

11、的种类很多，其共性是在微生物的作用下被降解时，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程实际中，采用以下的几个综合污染指标来表述：生物化学需氧量或生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand, BOD）mg/L、化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、总有机碳(Total Organic Carbon) mg/L、总需氧量(Total Oxygen Demand) mg/L。 虽然BOD20。能较精确地描述污水的生化需氧量，但其测定的时间太长，需20天。考虑到好氧分解速率一般在开始的几天最快，在20温度下，污水五日生化需氧量(BOD5)，约占B

12、OD20的70%80%，因此把BOD5作为衡量污染水的有机物浓度指标。化学需氧量(COD)的特点是能够精确的表示污水中有机物的含量，并且测定时间短，但它不能像BOD那样表示出微生物氧化的有机物量。1.2 国内外研究现状及其发展 1.2.1 国外研究及发展状况： 国外的一些发达国家，由于这些国家的经济比较发达，很早的实现了工业现代化，并且经济发展的很快，这就引发了环境问题特别是水污染问题，但也得到了这些国家的重视，投入大量人力物力进行水处理的研究，在研究水处理和工艺的同时，也重视污水处理自动控制系统的研究。这能、稳定、小巧的控制单元些国家先后投资研究高效性、智能型污水处理设备和自动化控制仪表，一

13、些发达的国家经过多年的努力，污水处理率已经达到80%90%，成功地解决了来自城市和工业的点源污染问题。由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制，如DCS、FCS系统。同时国外较早的将SCADA技术引入到给水排水工程中，并取得了良好的经济效益与社会效益。国外同时注重水处理中的PLC开发，相继研究出了一些职能、稳定、小巧的控制单元。 1.1.2国内研究及发展状况：与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，进入90年代以后污水处理厂才开始引入污水处理系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理中应用很少。就目前来看，我国污水

14、处理厂自控系统的现状是手动与自动皆备，自制和引进并举。可以看出我国污水处理控制系统有以下特点：(1)对于新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统，手动与自动并存的控制方式。大部分以前建设的污水厂自动化程度仍然很低，仍采用人工巡检的方式。(2)国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在线仪表，但是由于进口仪表价格昂贵，所以应用并不是很广泛。水质的检测主要是有实验室人员通过实验来测量。(3)各个控制站之间完全独立，无没有信息的交换。并且各个控制单元由于其内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制和逻辑控制。1.2国内外PLC污水处理的发展趋势监控软件随着自动化控制在污水处理中已得到

15、的广泛应用，监控软件也有了飞速的发展。中央监控系统已经成为污水厂日常监控、运营管理和维护的中心。目前在国内污水处理市场占有率较高的监控组态软件分别是GEFanuc的iFix、Wonderware的Intouch、西门子WinCC等。国内厂商以亚控、力控等为主。我国目前对广域污水自动监控系统的逐步建设和完善也越来越重视。监控软件正朝着大型化、信息化和网络化的方向发展。结合中小型污水处理厂的特点，广域监控是今后污水厂监控系统重要发展趋势之一。业内人士表示，监控组态软件最好能增加具有操作系统核心防护功能，能应对各种意外情况，尽可能防止系统崩溃。自动控制系统污水处理厂的自动控制系统要求能够实现“集中管

16、理、分散控制”的监控模式，使得局部故障不影响主体正常运行，将风险分散，确保系统的可靠性。系统内部的配置和调整灵活，构建弹性化，可根椐不同工艺处理要求及用户需求进行优化。并具备很好的开放性、兼容性和扩展性，可应用不同品牌的软硬件进行整合，可无缝的把分期建设的系统融为一体。 自控系统要充分考虑与厂外污水厂、泵站、水务局自控系统接口，可采用多种通信解决方案，组成广域网统一监控。并实用、完整的系统监控管理功能，能有效的实现工艺处理的控制、诊断和调度，采用先进的节能降耗控制技术，节能效率高。1.3本课题的研究目的和意义 长期以来在我国城市建设快速发展的过程中，由于对环境保护基础设施建设重视不够、投入不足

17、，污水直接排入城市水系及相关流域，造成江河湖泊和地下水污染，城市水环境污染问题日益突出，污水净化就成为改善城镇居民生活环境、提高人民健康生活水平的主要手段之一。 我国的污水处理还处于初级阶段，呈现污水处理厂数量不够、产能不足的现状。从控制系统的角度看，我国污水处理的发展迫切需要PLC技术的应用，以便提高污水处理效率和质量。PLC在各个领域中应用已经十分广泛，在污水处理方面也已经有了一定规模的采用。研究PLC的特性对污水处理厂控制系统的作用，能够促进PLC在污水处理这一领域更好地发挥作用。 PLC在污水处理厂的应用能大大改变污水处理的传统面貌，提升污水处理的技术水平，有效提升污水处理的效率和质量

18、。凭借丰富的硬件供应和软件设计，PLC能发挥更大的潜力和优势。我国污水处理的水平还处于起步阶段，还有很长的路要走，现在正是研究PLC应用、为将来建设打好基础的理想时机。我们要本着与时俱进和科学发展观的原则，将PLC在污水处理中的系统控制问题分析透彻，为和谐社会的建设和人民生产生活水平的提高做出应有的贡献。 建设符合我国国情的污水处理系统对降低工业污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会和和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要作用。二污水处理工艺流程一工艺流程图由于城市污水是工业企业和居民生活所排放的，所以污水中含有大量的有机物，这种污水成为生化污水。生化污水处理工艺是利用微生物的吸附、氧化和

19、分解作用来降解污水中有机物的含量，成为可以沉淀的污泥，从而使净化水质达到规定的排放标准如图所示早期的控制系统多采用继电器接触器控制系统，但随着电子技术的飞速发展，控制要求的不断提高，该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要求，因此已逐渐被淘汰，取而代之的是DCS、现场总线控制、PLC等控制方。 （1）DCS系统。DCS是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。由计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高

20、生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，可靠性提高。扩展能力较强。软硬件资源丰富，可适应各种要求。实时性好，响应快。 （2）现场总线控制系统。现场总线控制系统是由DCS和PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备之间，以及智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点：可以用计算机丰富的软件、硬件资源。响应快，实时性好。通信协议公开，不同产品可互连。 （3）PLC系统。PLC是可编程逻辑控制器的简称

21、，用它作为处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为其上位机，通过网络连接PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：编程方便，开发周期短，维护容易。通用性强，使用方便。控制功能强。模块化结构，扩展能力强。2.2 对工艺流程的阐述 城市污水依次经过粗格栅、进水泵房、沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池来实现污水的处理。其中各部分的功能如下：(1）进水系统。进水系统主要有进水管道和进水泵房组成，进水管道主要由粗格栅机和清污机组成，进水泵房主要有两台潜水泵组成。进水管道的主要功能是将污水中的大块物体排除，其中的粗格栅是根据程序设定的时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止是根据粗格栅两侧

22、的液位差来决定的，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行。进水泵房中的潜水泵运行及停止是通过安装在泵房内的液位传感器来决定的，当液位较低时只启动一台潜水泵，当液位较高时启动两台潜水泵，若液位持续升高时，则输出报警以示意有故障发生。 (2）除砂系统。除砂系统主要由细格栅系统和沉砂池组成，细格栅系统是由细格栅机和转鼓清污机组成，沉砂池的主要设备是分离机。细格栅系统的主要功能是进一步净化污水中的颗粒物体，将污水中细小的沙粒滤除，其中的细格栅机是根据程序设定时间进行间歇工作，而转鼓清污机的运行和停止则根据细格栅两侧的液位差来决定，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位

23、差小于某个值时停止清污机的运行，这和粗格栅系统的运行方式一致。沉砂池中分离机的运行和后续处理中的转碟曝气机的运行同步，即启动转碟曝气机的时候同时启动分离机，对沉砂池中的沙粒进行排除。 (3）氧化沟系统。氧化沟系统由氧化沟和污泥回流系统构成，氧化沟是工业污水处理系统中最重要的环节，因此控制量较多，控制过程叫复杂，包括转碟曝气机和潜水搅拌机，污水回流系统主要有污泥回流泵构成。氧化沟的功能是对污水进行生化处理，分解污水中的有害物质，使其达到一定的水质标准，其中是转碟曝气机是关键设备，在氧化沟中设置有溶解氧仪对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈到PLC的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含

24、量。 (4）沉淀系统。沉淀系统主要设备为刮泥机，其功能是对进行氧化沟处理后的污水进行物理沉淀，将污泥和清水分离，刮泥机在整个系统启动后就开始持续运行。在该系统中用到一定化学药剂主要包括混凝剂、絮凝剂、复合碱等，主要用来调节改善混凝条件及絮凝体结构，利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用，使细小松散的絮凝体变的粗大而紧密，容易发生沉降。 (5）污泥脱水环节。污泥脱水系统主要包括离心式脱水机，其主要功能是对氧化池中处理过污水的活性污泥进行脱水处理，由于对污水进行处理后，活性污泥中有新的微生物及其他杂质，因此需要先对活性污泥添加一定量的药物，便于污泥脱水。离心式脱水机主要有聚合物泵、污泥机和切割机构成，

25、以上设备按照顺序控制的方式启动，依次启动聚合物泵、污泥机和切割机，完成对污泥的脱水处理。2.3 主要设备的组成及控制方式 污水处理厂的设备均采用三级控制方式，即现场控制方式、MCC控制方式和微机控制方式。目前，以MCC控制为基础，PLC控制为主导的控制方式始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前污水处理厂对自动化的需要。2.4 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制 粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由PLC和上位机实现，它包括微机手动和微

26、机自动，而微机自动控制方式为：（1）水位差控制方式，通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运行；（2）时间设置控制方式，在上位机的INTERACT组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间，经PLC控制器的程序运算指挥MCC对格栅机进行控制。 2.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制 砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计控制，而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的。 生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都是由微机触发指令通过PLC控制。2.6 脱水机

27、房脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务。污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的固体颗粒被凝聚成絮团，并分离出自由水，然后被输送到带式污泥脱水机上，经顶脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水区后形成滤饼排出。 2.7 PLC控制系统 2.7.1 PLC控制系统的基本构成及功能 污水处理厂PLC控制系统由两台计算机、8个现场控制站、工艺仪表、电量变送器构成.脱水机房。0工作站5工作站之间采用A1SJ71AR21模块通过同轴电缆通讯。1#工作站和2#工作站与厂内主工作站的距离45公里，且无人值班，故租用电信公司无源电话专线通过调制解调

28、器和A1SJ71UC24通信模块进行泵房设备控制和数据传输。网络控制分布图（如图下 图所示）2.7.2 网络结构 某污水处理厂的自控系统由环形拓扑形式（ring topology）和星形拓扑形式(star topology)两种总线网络形式构成。 2.7.3 上位机组态功能 （1）控制操作：在中控室里采用2台IBM90和INTERACT组态软件开发的工控程序能对全厂和2个污水提升泵站的被控设备进行控制、对各现场控制站PLC的参数进行设定和修改. （2）显示功能：用设计方法生成图形，实时地、集中地显示被测参数所处的变化过程。对全厂工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变化直观地、动态地显示。

29、（3）报表功能：分成年度、月度、日班报表及运行参数报表。如：污水处理量、加药量、耗电量等。 （4）打印功能：各种报表的打印，各种事件及报警实时打印。 2.8 系统构成及其布局 根据工艺特点和控制要求，本系统采用分布式集散监控系统，按流程设两个PLC分站，分别监控水区和泥区的设备运行和控制，设一个总站集中分站信息并控制分站工作。具体控制分为: (1) 各开关柜(包括:10kV进线柜、0.4kV进线柜等)，由“自动/停止/手动”转换控制状态，“手动”设启/停按钮，用于手动操作。(2) 分站控制，用可编程控制器和工业控制计算机系统等自控设备，自动监控所属范围运行。 (3) 总站主机控制，多为计算机监

30、控管理系统，集中分站信息，进行各种处理，并通过分站统一控制全厂运行，满足工艺测控要求，使全厂运行处于最佳状态，是监控管理的中心3 污水处理中的 PLC 3.1.1 设计范围 设计包括厂界内预处理、生物滤池、污泥处理及附属设施需要检测和控制应提供的仪表和有关的辅助装置等。 3.1.2 PLC设计综述 设立三级控制层：设备就地手动、PLC子站现场监控和中控室远程监控，如图 3.2 PLC在污水处理中的部分运用3.2.1 中央控制室 中央控制室可对整个分控式控制系统进行系统组态管理、系统监测、实时监测、显示、处理、控制各PLC子站的状态、通信、数据和信息，完成报警和报表打印。在厂级管理层可以通过In

31、ternet将结果、效益分析等发往主管局等政府机关（如图下图所示）。3.2.2 控制网络系统 PLC控制系统中央控制室与现场PLC子站之间采用最先进的控制网络. 中央控制室与厂级管理层之间采用100Mdps的以太通讯网，该网带有E-mail功能，能向mail server发送用户自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网交换器）或PLC可与其他控制网络、现场总线相连。 为保证在供电发生意外时，系统能有足够的反应时间进行应急处理，设计上中央控制室和各子站均设有在线式不间断电源。 过电压保护装置能抑制出现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸收暂态浪涌电压能量，在保障供电连续的条件下，保障计算机、

32、PLC控制子站及其他主要设备免受过电压的干扰和侵害，使用电设备安全正常运行。 3.2.3 现场生产过程PLC控制系统 预处理PLC控制及检测部分 厂内1#预处理PLC子站位于污泥脱水间控制室内。对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、闸门、粗格栅、细格栅、排砂装置等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。其主要设备有： 粗格栅、闸板，细格栅、螺旋输送机 该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数 AI:11 DI:30 DO:22 粗格栅开、停控制 根据超声波液位差计测得的粗格栅前后水位差值自动控制回转式粗格

33、栅的运行，即水位差达到设定值时，自动启动格栅。当回转式粗格栅停止运行的时间超出设定值时，系统转为时间控制，此时限为可调式设计，并设置上限报警。PLC系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式粗格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。细格栅开、停控制 细格栅24小时运行，并设置上限报警。PLC系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式细格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。污水闸门控制 两台闸门根据液位手动或电动，其运行信号送入中控室监控，不参加控制。 BAF生物滤池PLC控制及检测部分 厂内2#BAF生物滤池PLC子

34、站位于变电所低压配电室控制室内。 对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、风机反冲洗泵等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。并可在中控室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数 AI:14 AO:3 DI:124 DO:134 沉砂池和沉淀池 沉砂池和沉淀池定时开/停排砂、排泥阀，砂水分离器设备控制由设备厂商自带可设定控制系统，砂水分离器应与排砂阀联锁。3.2.4 厂级管理PLC系统 该系统主要功能： 生产过程的全面查询，包括各种进、出厂水流量，各中能耗等。 生产过程分析报告、报表和图形。 设备资料数据库和设备运行管理数据库。

35、 化验所需要的参数。 建立与外部Interner的双向连接，便于发布信息和从外部获取信息，建立现代企业形象。 附录三为PLC设计简图。 3.3 PLC设备及仪表 为了保证监控管理控制系统的正常运行，PLC监控系统选用SIEMENS的S7400 系列产品。现场PLC控制子站是直接监视和控制若干工艺生产过程所单元，其主要设备是： SIEMENS的S7400 系列PLC可编程控制器。 连接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于连接和维修 各模块具有光电隔离功能，每个输出点都具有状态指示 模拟量输入模块（AI）： 输入点：8路 输入范围：05V,15V,010V,-10+10V,420mA 分辨率

36、：12位 隔离方式：光电隔离 转换速度：1ms/点 精度（25）：电压0.2% 电流0.4% 其他功能：断线检测,峰值保持、平均值功能、定标功能等 触摸开关分辨率：32*24个 显示分辨率：640*480点 通讯接口：RS-422A/RS-485口 RS-232C口电源电压范围：DC20.4VDC26.4V运行时间：25000小时3.4 主要PLC设备表及其说明1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件， 用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件

37、）充当编程器。 2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。（如表2所示） PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。 对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。 4 PLC设计4.1 PLC简介 PLC（Programmable Logic Controller）全称为可编程控制器，是一款专为工业生

38、产中用到的数字运算操作的电子式的装置。PLC主要是用能够编写程序的存储器来实现一系列的可操作运算，包含逻辑、数字和算术运算等，输入和输出由数字化和模拟化两种方式实现，能够控制生产过程和生产中的各类机械6。根据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、可靠性等各个方面的考虑，最终本设计用到的电气控制系统的开发技术选择的是由西门子公司开发的S7200系列的产品7。由于污水处理的电气控制系统中涉及到较多的输入和输出端口，控制过程的实现方面相对较为复杂，因此采用了CPU226的PLC机作为该控制系统涉及开发技术的主机。 CPU226在污水处理系统使用到的数字量的输入点和输出点都比

39、较多，因此除了主机自带的那些一定量的I/O口的数量外，还需要更多些能够扩展的的I/O模块。其中的输入点和输出点正好能够充分满足本设计的系统在控制这一方面对I/O口的需求量。 在本系统中，由于使用到了对模拟量方面的采集和控制这两个功能的需求，因此还需要一个能够再次扩展的模拟量的输入和输出模块。西门子的S7200系列配置了专门能后适应系统中模拟量的输入和输出模块即为EM235，该模块在分辨率方面较高和在输出方面有较强的驱动能力，可满足控制系统的功能要求。 4.2系统的设计步骤（如图下图所示）：4.21控制系统硬件主电路设计1、电气控制主电路图8 本设计的污水处理系统的主电路如图所示。主回路中交流接

40、触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制进水泵、粗格栅机、细格栅机、曝气风机、搅拌机、污泥回流泵这六个电机的启动与停止。这六个电机分别由六个相对应的热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6分别实现对各自所在的电路中确保其安全的过载保护功能。QF0为整个电路中的电源总开关，其功能是既可实现对主电路的短路保护作用，又起到了对三相交流电源进行电源分流的作用，在使用和维修方面也很方便。电路中安装的断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6分别能够实现各自所在的与之相对应的分电路中所连接设备的安全方面的过载和短路保护作用的功能。控制电源路上的熔断器FU在电流过大

41、时熔断自身切断电路起到保护作用。 其中主电路中的控制电源部分的电路图如图所示。电路图的上方部分连接的器件是中间继电器KA，此继电器在电路中是具有一定的带负荷能力，上图中所示的电路中的中间继电器KA主要是为了替代小型接触器来实现其后者的功能。当接触器KM的线圈在不通电的情况下，与之相对应的KM接触点也一直保持着电路断开不导通的状态；KM线圈在通电的情况下，相对应的KM触点也就被接通，从而实现了由控制电路中的送电和断电来控制主电路中的各个电动机的启动与停止。电路中的热继电器FR在此电路中依旧是保护电路安全起到过载保护的功能。2.PLC电路控制设计 根据上文中对整个工艺流程的介绍，对PLC的型号的选

42、择，绘制的系统原理主电路图和控制电路中的电路连接图9，来绘制本系统的PLC控制连接电路的原理图，同时完成系统控制中的I/O口的分配工作，将其对应的功能用表格的方式绘制下来。图3-4为污水处理系统PLC控制电路原理图。图中的PE为接地，输入端连接的接触器起到电路的送电和断电的作用，接触器下方接入的热继电器FR则起到保护电路的作用，输出端串联的中间继电器KA在电路中起到了消除干扰，保证了输出信号的稳定性。4.22 软件部分 4.2.1 监控系统的软件部分 计算机操作系统采用Microsoft Windows 2000 Professional中文版操作系统。历史数据库采用Microsoft SQL

43、 Server 2000中文版软件。上位机监控软件采用当前流行的美国GE公司的iFIX3.5组态软件来实现。 4.2.2软件配置 我们在课题研究中下位机PLC采用梯形图来编制程序。 下位PLC软件用来实现数据采集、脉冲计数转换、限值逻辑判断及声光报警输出、通信数据格式的转换。 数据通讯与分离模块完成PLC与微机间数据和命令的双向传送，并将得到的数据按系统要求的格式分离成系统变量。 显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示 。在手动方式下可固定监视画面并可显示历史趋势图等。 定时存贮模块按每十分钟将实时数据存贮到相应的数据库中，每天整理一次历史数据。 系统维护模块可用来修改定

44、值参数、口令及限值等。 报警模块不论软件工作在何种方式下，一旦出现超值，系统确认后并发出报警，屏幕上显示报警内容和地点，以便采取措施。 4.2.3污水处理系统软件设计根据上文中所设计系统的控制要求，整个系统的控制方式主要可以分为两种控制模式：手动控制方式下的控制模式、自动控制方式下的控制模式。在手动控制方式的控制模式下，整个系统所涉及到的每个部分的电机都可以独立被操作，单独实现其运行和停止；在自动控制方式的控制模式下，系统中所涉及到的每个部分的电机均按照系统中所要求的一定的顺序来实现其运行和停止。如图所示。手动和自动控制转换的对应梯形图如图所示。在手动控制模式的操作状态下，每个电机的工作状态是

45、独立完成的，即操作人员可根据系统的实际需要随机控制电机的启动和停止，没有一定的规律和模式所言，操作过程如图4-3所示。在此手动控制的模式下，操作人员可以通过每个电机对应的操作按钮来对格栅机、曝气风机、搅拌机、各类泵的启停进行控制。自动控制模式 当整个系统接通电源上电后，系统默认的是手动控制方式的控制模式，只要操作人员按下手动和自动控制转换控制界面上的自动控制方式的控制模式的启动按钮，系统就将在自动控制方式的控制模式的状态下开始工作，其整个流程的工作过程包括以下几个方面。 （1）当系统上电后，按下自动控制模式启动按钮，启动曝气风机和搅拌机。（2）启动进水泵。 （3）启动粗格栅系统。 （4）启动细

46、格栅系统。 （5）启动污泥回流泵。 上面所叙述的工作过程并不是系统中实际电机运行的顺序控制工作方式，实际的工作流程是按照PLC对检测到的传感器实际反馈的状态进行分析后再控制电机的运作，其控制模式流程如图所示。 4.4 对污水处理系统中一个PLC子站的控制程序进行设计 此程序分为三部分：主程序、子程序和中断程序。 逻辑运算及报警处理等放在主程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可节省扫描时间。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。生活供水时系统设定值为满量程的70%，消防供水时系统设定值为满量程的90%。在污水处理系统中，只是用比例(P)和积分(I)控制，其回路增益和时间常数可通过工程计算初步确定，但还需要进