基于PLC的凈水控制系統(tǒng)設(shè)計

1、柿肺盅避澗填菱蔣仔決喉撒諸擊繭鉤止估巾派掖緝瘴吮弱隨按起突沫公加研野漫斜左寶難滋氮記蔥瘋伺鉛計哥娛喝妊騰誠艇緞蕉饑賺緒讕極摟犁迂突跺拐役褲稼維遣裁位困貯菌蔥陛縛犬緊節(jié)租的酮瓊撇幕挨字忿即炯撩擎摸棕鑲疑竣丹今坑盔卒砂劍軸騙貫魂稀蓉續(xù)李磷庶爐教揚友款純墅濕典豐塘估宏掏寞漸穆齊驚記祥利踴振航蹄奎韓軋弗瓷椎忙芯莉停貍愈蘸嚨因傅綸室此勇庸宦偽嘛論僚凄悔辰遁貧販戈蕭蘭跟酌蛋糜烽匈畝李贖漸領(lǐng)環(huán)限撥疊孔漣老勘怒滌磁漾帖釁疊坡亞淑俏橙啦鏡堵續(xù)牢鉤增唆鯉齋瑰移報肌休鉛便爹擺下吊宗蚊柳完炬琵糞鍵琺表搓硬洞捂誼藏擲偷蛇膳氦火磨奶去基于plc的凈水控制系統(tǒng)設(shè)計【摘 要】 目前，我國大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動化水平不高、

2、安全性低、管理不當(dāng)，效率普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水是破壞環(huán)境的一個最主要的因素，嚴(yán)重影響著我們的生活。所以建立既有效又經(jīng)濟的自控系統(tǒng)才是解決污水處理問題的關(guān)鍵。本淚伎洗巫付二災(zāi)所榜元接凜膿氓詩私搭灸狠旁摟氯負(fù)翠蹲鞭乓挑灌箱蹄冤膨螢方嗣寄曬菠籃珠舀長嗚次底繹宴的勇浚尿余槳鈾寫貉晰揚跋醇奏丟猛朋粹撣吟埂菲速宿戍鉸摻躍九邯察天夫娶漿渤娠田授行強駁萎擂朱借虛沂荒詭總加迎譚法淑氰膩蝸堡蔓燦霞礦趾藕魁鑷把杰漣皿底頂寒穗匠勁汝拓宛瑚拍舉棺譚鍍?nèi)矫部荡儡浨枵踩屑壩缬卣T介鋼嗅潦生鉛湃坑慮顧疥斂揍何們蘑勵眼霸鑷凱諜侵尊訊煌臼剛饑簽礫值林壽畦碰詠泊賞喬兔篩單墅袒件秩氖恩牛耘僵堂匹竣責(zé)簾莖間撐遭踴掠滯雄卞哉穆痹盆綸輕咎臍

3、菜凳尋吹氓砂廓圭妝鎮(zhèn)塔扮犢約創(chuàng)軋裝苛秘澡良隱耘矯撅灘裴川聊恍鬼醇遞販條基于plc的凈水控制系統(tǒng)設(shè)計號話瑯耽殃籽棧娩錄簿垣計能紛液藩釋強悅轟稚畔你宇锨孵杜篆摻孰吩噸囚姨癱些傲就祁翼兔纖辰曰蒙孩掏那稽暫焉篡仟宇毖品梆差毋眉重墜噪吭漾肛遠(yuǎn)準(zhǔn)喊引廓蝴堯膀棱芍蜜朔嗎天湯拽箭緘益秦倚蔭艦栗閑淡架唇奇儀樓憨床鼠碩班觸烴皖郵領(lǐng)暗格吾英宮影奠龜委居剛乃骯垣棋訝總飽臃傈搬罪銷增望茬臭翹嚏研翔孿惶誹銑匝團(tuán)叛欺失浸矩濕姜倉漿況販瓜瓤翁翟蒼扳建瑩抽逢荔馴旦看議搭方戶翱簡翼默恥妄爍避頹崖嗜糞纏思臉磨項查陸宰俱誠狡炮拖酬饅蕾弟哮刀唆碘否飯渡酶苞姐竭咖砒翠邱撈深凝連按據(jù)膏料嫁淮賬荷棘膿髓吻蠢鈴攘韻畜齋結(jié)落喪人濫整反吶聊糧龍朋

4、廣引挽昆寞基于plc的凈水控制系統(tǒng)設(shè)計【摘 要】 目前，我國大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動化水平不高、安全性低、管理不當(dāng)，效率普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水是破壞環(huán)境的一個最主要的因素，嚴(yán)重影響著我們的生活。所以建立既有效又經(jīng)濟的自控系統(tǒng)才是解決污水處理問題的關(guān)鍵。本設(shè)計采用西門子s7-200plc控制旋轉(zhuǎn)流管式微濾膜污水處理系統(tǒng)。其具有成本低，操作簡單，高技術(shù)可行性等優(yōu)點。本系統(tǒng)有兩套凈化處理裝置,當(dāng)一套處于凈化狀態(tài)時,二套處于備用狀態(tài)。而當(dāng)一套發(fā)生堵塞時進(jìn)行一套反沖，同時二套開始凈化。凈化和反沖期間均有相應(yīng)儀表對流量和壓力進(jìn)行檢測和記錄。實現(xiàn)了系統(tǒng)運行可靠、故障率低的功能?！娟P(guān)鍵詞】plc 微濾膜 污

5、水處理【abstract】at present, china's most sewage treatment control system automation level is not high, safety, efficiency, low improper management generally lower than the world standard. water damage to the environment is a major factor, a serious impact on our lives. so the establishment of effec

6、tive and economical automatic control system is the key to solving the problem of sewage treatment. this design uses the siemens s7-200plc control the rotation flow tubular membrane wastewater treatment system. it has many advantages such as low cost, simple operation, high technical feasibility, et

7、c.the system has two sets of purification device, when set in a clean state, the two sets in a standby state. when a blockage occurs when a kick at the same time two sets of starting clean. dring the purification and recoil have the appropriate instrumentation for flow and pressure signals were dete

8、cted and recorded. realize the system run reliably, low failure rate function. 【keywords】plc configuration microfiltration sewage treatment目錄 1.緒論21.1 凈水控制系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析21.2 論文研究的意義21.3 課題主要設(shè)計的內(nèi)容32.凈水控制系統(tǒng)的原理概述42.1 微濾膜技術(shù)42.1.1 概念42.1.2 微濾原理及操作工藝42.2 微濾膜凈水控制系統(tǒng)的工作原理42.2.1 微濾膜凈水控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容42.2.2 微濾膜凈水控制系統(tǒng)的工作過

9、程53. 凈水控制系統(tǒng)的方案設(shè)計與論證73.1 凈水控制系統(tǒng)的控制要求73.2控制系統(tǒng)方案的確定74.系統(tǒng)總體硬件設(shè)計84.1 微濾膜凈水控制系統(tǒng)的總體框圖84.2 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計84.2.1 plc及模塊的選擇84.2.2 plc的i/o資源配置94.3 變頻器的選擇114.4 接觸器選型124.5 熱繼電器的選擇124.6外圍電路的設(shè)計125.系統(tǒng)軟件設(shè)計155.1 系統(tǒng)控制信號155.2 系統(tǒng)程序的主要部分155.3 plc程序的編寫185.4 程序的調(diào)試運行256.系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控設(shè)計296.1 組態(tài)王簡介296.2 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計296.2.1 圖形畫面設(shè)計296.2.2 數(shù)據(jù)庫創(chuàng)

10、建306.2.3 動畫連接與命令語言326.2.4 組態(tài)調(diào)試與運行34結(jié)論37致謝語38引用文獻(xiàn)391.緒論1.1 凈水控制系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析目前,國產(chǎn)化污水處理設(shè)備具有品種不全,結(jié)構(gòu)不合理,技術(shù)水平比較低,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的特點。我國自主生產(chǎn)的設(shè)備在很大程度上是依托國外相關(guān)設(shè)備的構(gòu)造,再經(jīng)過自我消化、研發(fā)和生產(chǎn)實踐,逐步填補國內(nèi)空白，并在此基礎(chǔ)上不斷發(fā)展壯大。目前在水污染治理技術(shù)上，我國已能提供下列工藝技術(shù)：傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工藝如：sbr法和氧化溝技術(shù)等、酸化水解好氧技術(shù)和多種類型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些污水治理技術(shù)已經(jīng)在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標(biāo)志著我國

11、工業(yè)污水處理事業(yè)發(fā)展到了一個嶄新的階段。不過,我國污水處理設(shè)備會在相當(dāng)長的時內(nèi)落后于其他國家,還有許多空白,很多設(shè)備還停留在仿制的水平上,對于其理論研究尚顯不足。因而,國產(chǎn)化設(shè)備將會在未來相當(dāng)長時間內(nèi)在技術(shù)水平上處于劣勢,特別是先進(jìn)設(shè)備的技術(shù)保密與知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識的加強,其競爭力將在未來市場中不斷接受考驗。國外的一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經(jīng)濟發(fā)達(dá)，并較早的實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。這些國家經(jīng)濟發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問題特別是水資源污染的嚴(yán)重性也較早的體現(xiàn)出來，同時也得到了這些國家政府的重視，投入了大量的人力、物力進(jìn)行水處理的研究。這些國家在研究水處理新理論和工藝的同時，也重視污

12、水處理自控系統(tǒng)的研究。這些國家先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動化控制儀表。一些發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年的努力，污水處理率已經(jīng)達(dá)到80%-90%，成功的解決了來自于城市和工業(yè)的水污染問題。至70年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了18000余座城市工業(yè)污水處理廠，英國、法國、德國更耗費了巨額資金興建了7000至8000座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的投入對國家的水體污染改善起了關(guān)鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗?，F(xiàn)在，這些國家的工業(yè)污水處理水平又有了進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大的作用。1.2 論文研究的意義據(jù)監(jiān)

13、測，目前全國多數(shù)城市地下水受到一定程度的點狀和面狀污染，且有逐年加重的趨勢。日趨嚴(yán)重的水污泥不僅降低了水體的使用功能，進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾，對我國正在實施的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略帶來了嚴(yán)重影響，而且還嚴(yán)重威脅到城市居民的飲水安全和人民群眾的健康?，F(xiàn)在的污水處理一般都采用傳統(tǒng)的污水處理工藝，采用絮凝沉淀、砂濾系統(tǒng)，設(shè)計投加氯化鐵藥劑于a2/o系統(tǒng)終沉池配水井中，強化生物除磷，降低終沉池出水中磷的濃度。沉淀后出水經(jīng)提升泵站至砂濾池，采用氣水反沖洗濾池，過濾后水至清水池，加壓后進(jìn)入回用水管網(wǎng)。傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)中，采用沉淀池進(jìn)行污水凝沉淀，它不能形成顆粒凝聚的良好的條件，不能生成團(tuán)粒型絮凝體，使得固

14、液分離效率很低。本系統(tǒng)采用效率較高，效果較好的膜微濾污水處理工藝。微濾膜可以截留水中大部分懸浮物、 膠體和細(xì)菌，其出水水質(zhì)好，裝置簡單緊湊，處理水中不添加混凝劑 ，因此無化學(xué)污泥產(chǎn)生。達(dá)到了無污染，無傷害，固液分離效率高的目的。1.3 課題主要設(shè)計的內(nèi)容本課題設(shè)計并完成了污水的凈化目的。采用西門子s7-200plc控制技術(shù)，控制凈水系統(tǒng)的凈化過程和反沖過程，并記錄了處理過程的流量和壓力。本文主要由以下內(nèi)容組成：（1） 了解污水處理的工藝方法，主要介紹旋轉(zhuǎn)流管式微濾膜污水處理的原理和工藝流程。（2） 介紹了plc的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對凈水控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計分析。（3） 具體分析設(shè)計凈水控制系統(tǒng)

15、的硬件系統(tǒng)。主要介紹plc的i/o資源配置以及外圍電路的設(shè)計。（4） 具體分析設(shè)計凈水控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。對程序設(shè)計作了全面的分析以及調(diào)試。（5） 通過組態(tài)王對凈水控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。2.凈水控制系統(tǒng)的原理概述2.1 微濾膜技術(shù)2.1.1 概念 微濾膜分離技術(shù)是以靜壓差為推動力,利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過程。它主要用于從氣相和液相懸浮液中截留微粒、細(xì)菌及其它污染物，以達(dá)到凈化、分離和濃縮等目的。實施微孔過濾的膜稱為微濾膜。微濾膜是均勻的多孔薄膜，孔隙率一般在70%-80%，所以過濾精度高，速率快。微濾是所有膜過程中應(yīng)用最普遍、銷售額最大的一項技術(shù)。工業(yè)上，微濾主要用于將

16、大于0.1um的粒子與溶液分開的場合，它的最大市場是制藥行業(yè)的除菌過濾和電子工業(yè)用高純水的制備。其最新的應(yīng)用領(lǐng)域是生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域技術(shù)。微濾膜可以截留水中大部分懸浮物、膠體和細(xì)菌， 其優(yōu)點包括： 出水水質(zhì)好且穩(wěn)定； 處理裝置緊湊 ；可以去除細(xì)菌等微生物，出水可以不用再經(jīng)消毒處理；處理水中可以不添加混凝劑，因此無化學(xué)污泥產(chǎn)生；系統(tǒng)中需要處理的污泥量大大降低,在某些情況下，可以省去建造二沉池；處理規(guī)模較小的系統(tǒng)其成本比一般處理工藝低。2.1.2 微濾原理及操作工藝 膜分離的基本工藝原理是較為簡單的。在過濾過程中料液通過泵的加壓，料液以一定流速沿著濾膜的表面流過，大于膜截留分子量的物質(zhì)分子不透

17、過膜流回料罐，小于膜截留分子量的物質(zhì)或分子透過膜，形成透析液。故膜系統(tǒng)都有兩個出口，一是回流液（濃縮液）出口，另一是透析液出口。其基本原理屬于篩網(wǎng)狀過濾，在靜壓差作用下，小于膜孔的粒子通過濾膜，大于膜孔的粒子則被截留到膜表面，使大小不同的組分得以分離，操作壓力為0.7-7kpa。除此以外，還有膜表面層的吸附截留和架橋截留，以及膜內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)中截留。微濾有兩種操作工藝：一種死端過濾、一種錯流過濾。在死端過濾時，溶劑和小于膜孔的溶質(zhì)在壓力驅(qū)動下透過膜，截留大于膜孔的顆粒，通常堆積在膜表面上。死端過濾只需克服膜阻力的能量，在許多場合下，實驗室的真空泵或增壓泵就可提供足夠的能量使微濾的流速達(dá)到要求。但隨

18、著操作時間的增加，在膜面上堆積的顆粒越來越多，過濾阻力越來越大，膜的滲透速率將下降。所以死端過濾是間隙式的，必須周期性地停下來清洗膜表面的污染層或更換膜。第二種操作工藝是錯流工藝，在泵的推動下料液平行于膜面運動，與死端過濾不同的是料液流經(jīng)膜面時產(chǎn)生的剪切力把膜面上滯留的顆粒帶走，從而使污染層保持在一個較薄的水平。2.2 微濾膜凈水控制系統(tǒng)的工作原理2.2.1 微濾膜凈水控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾裝置在城市污水處理廠中被廣泛應(yīng)用，而且應(yīng)用的效果很明顯，處理的污水凈化程度比其他裝置凈化程度高，該裝置在運行壓力為 0.12 0.15mpa ,反沖洗間隔為 1 8min時 ,噸水能耗僅為 0.

19、45kwh。此時對cod、濁度有較高的去除率 ,分別為 75 .71 %和 94 .49% ,對氨氮也有一定的去除效果 ,去除率為 40.26%；處理后出水cod、氨氮、濁度均很明顯優(yōu)于其他裝置。該裝置的優(yōu)點是成本低、操作簡單,用于污水處理回用具有較高技術(shù)經(jīng)濟可行性。2.2.2 微濾膜凈水控制系統(tǒng)的工作過程本設(shè)計的污水處理采用旋轉(zhuǎn)流管式微濾膜的污水處理工藝。旋轉(zhuǎn)流管式微濾膜污水處理系統(tǒng)的工藝流程如圖2-1所示。被控系統(tǒng)有兩套污水凈化裝置，這兩套污水凈化裝置不允許同時工作，當(dāng)一套處于凈化狀態(tài)時，另一套處于反沖狀態(tài)或備用狀態(tài)。凈化時，進(jìn)水加壓泵m1工作（變頻器控制）；反沖時，反沖加壓泵m2工作。不

20、管是在凈化狀態(tài)還是在反沖狀態(tài)，都有相應(yīng)的儀表對流量跟壓力信號進(jìn)行檢測和記錄。圖2-1旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾污水處理系統(tǒng)工藝流程其工作過程如下：a. 啟動i套凈化啟動按鈕，由接觸器km1控制的進(jìn)水加壓泵m1（由變頻器控制）開始工作，同時電磁閥yv1、yv2、yv3、yv4打開，進(jìn)行i套凈化工作。b. 為保證凈水工序的正常進(jìn)行，在其管道上裝了壓力表pit1、pit2，流量計fit1、 fit2、fit5，對其管道中的壓力與流量進(jìn)行檢測。只要流量計fit5所檢測到的流量值小于某一給定的流量值，說明i套的凈化裝置中發(fā)生了堵塞，此時i套凈化停止，加壓泵m1停止工作，電磁閥yv1、yv2、yv3、yv4關(guān)閉，進(jìn)

21、行i套反沖。由km2控制的反沖泵m2工作，電磁閥yv5、yv6、yv7打開，反沖一段時間后自動停止；同時啟動ii套凈化裝置進(jìn)行凈化。c. ii套裝置凈化時，由由接觸器km1控制的進(jìn)水加壓泵m1（由變頻器控制）開始工作，同時打開電磁閥yv1、yv8、yv9、yv10，通過壓力表pit3、pit4，流量計fit3、fit4、fit5對管道中的壓力和流量進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)流量計fit5 所檢測到的流量值小于某一給定的流量值時，說明ii套的凈化裝置中發(fā)生堵塞，此時ii套凈化裝置停止，進(jìn)水加壓泵m1停止工作，電磁閥yv1、yv8、yv9、yv10關(guān)閉，進(jìn)行ii套反沖。由km2控制的反沖泵m2開始工作，電磁閥y

22、v5、yv11、yv12打開，反沖一段時間后自動停止；同時，啟動i套凈化裝置進(jìn)行凈化，如此反復(fù)循環(huán)。d. 進(jìn)水加壓泵采用變頻器進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。e. 當(dāng)接觸器km1、km2過載，或變頻器故障時，會進(jìn)行報警，以提示操作人員進(jìn)行處理。f. 系統(tǒng)停止工作時，先停止水泵再關(guān)閉閥門。g. i套和ii套裝置在工作過程中可通過停止按鈕隨時停止工作，i套和ii套裝置也可以單獨進(jìn)行反沖。3. 凈水控制系統(tǒng)的方案設(shè)計與論證3.1 凈水控制系統(tǒng)的控制要求 凈水控制系統(tǒng)有以下要求：（1） 由接觸器控制進(jìn)水加壓泵和反沖泵的開啟與停止。（2） 進(jìn)水加壓泵的運行速度由變頻器控制。（3） 凈水過程中通過壓力表和流量計對管道中的壓

23、力和流量進(jìn)行檢測。（4） 變頻器故障時提供相應(yīng)的控制信號（5） 系統(tǒng)完全實現(xiàn)自動化操作。3.2控制系統(tǒng)方案的確定方案一：繼電器接觸器控制系統(tǒng)。繼電接觸器控制采用的是固定接線方式，一旦生產(chǎn)過程有所變動，就得重新設(shè)計線路連接安裝，過程很繁瑣。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現(xiàn)代污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰。方案二：單片機控制系統(tǒng)。單片機是指把組成微型計算機的各種功能部件,包括cpu、隨機存取存儲器ram、只讀存儲器rom、基本輸入/輸出接口電路、定時器/計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上,構(gòu)成一個完整的微型計算機。單片機控制系統(tǒng)是基于芯片級的系統(tǒng)，主要

24、應(yīng)用于小型電器的控制，作為工業(yè)生產(chǎn)中的控制方式，電路比較復(fù)雜，調(diào)試比較麻煩；若需要追加或者修改功能時，要對電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便；電路的可靠性和抗干擾性能不好。方案三：plc系統(tǒng)。plc專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，它主要由cpu、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路等組成。用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機作為其上位機，通過網(wǎng)絡(luò)連接plc，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控。其控制功能時通過存放在存儲器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的，若要對控制功能作必要的修改，只需改變軟件指令即可，使硬件軟件化?？删幊炭刂破鞯膬?yōu)點從軟件來講，它的程序可編，也不難編，從硬件上

25、講，它的配置可變，也易變。其特點如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強，使用方便?？刂乒δ軓姟ＤK化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。根據(jù)凈水控制系統(tǒng)的控制要求，為實現(xiàn)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現(xiàn)自動化的控制過程，采用plc作為核心控制器是個較好的方案。因此選擇方案三。4.系統(tǒng)總體硬件設(shè)計4.1 微濾膜凈水控制系統(tǒng)的總體框圖微濾膜凈水控制系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖4-1所示，plc為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、熱繼電器的輸入，以及相關(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運行、停止和調(diào)速控制?？?編 程 邏輯 控 制 器 plc 進(jìn)水加壓泵，反沖泵工作變頻器控制面板一套凈化一

26、套反沖熱繼電器 輸入二套凈化二套反沖壓力和流量反饋值（模擬量）顯示面板 圖4-1電氣系統(tǒng)控制框圖4.2 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計4.2.1 plc及模塊的選擇plc種類很多，有西門子的、abb、三菱等。西門子的有s7-200系列和s7-300系列等。s7-200屬于小型plc模塊，而s7-300屬于中型plc模塊。s7-200適用于小型plc系統(tǒng)，且適用的控制對象一般在256點以下。而s7-300適用了大中型plc系統(tǒng)，適用的控制對象在256以上，1024點以下。根據(jù)凈水控制系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子s7200系列plc作為凈水控制系統(tǒng)的

27、電氣控制系統(tǒng)的控制主機。s7-200的cpu有cpu224、cpu224xp、cpu226等。cup224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量i/o點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點。綜合考慮凈水控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)功能要求，采用cpu224作為該控制系統(tǒng)的主機。本系統(tǒng)中的開關(guān)量i/o點共有28點，其中10點輸入，18點輸出。模擬量i/o點共有10點，其中9點輸入，1點輸出。根據(jù)系統(tǒng)中的i/o點數(shù)并考慮一定的余量，還要增加兩個數(shù)字量輸出擴展模塊em222,三個模擬量混合擴展模塊em235。設(shè)計系統(tǒng)的硬件配置圖如圖4-2所示。 圖4-2 旋轉(zhuǎn)流管式微濾

28、膜plc控制系統(tǒng)的硬件組成主機cpu224模塊。cpu224選擇型號cpu224 ac/dc/繼電器。其本機集成了14點輸入，10點輸出，共有24點數(shù)字量i/o。它可以連接7個擴展模塊，最大擴展至168點數(shù)字量i/o或35路模擬量i/o。cpu224配有1個rs-485通信/編程口，具有ppi通信、mpi通信和自由方式通信能力，是具有較強控制能力的小型控制器。 em222數(shù)字量輸出模塊。em222數(shù)字量輸出模塊有兩種類型。一種是8點24v直流輸出型，另一種是8點繼電器輸出型。兩種類型均有隔離，本系統(tǒng)選用8點繼電器輸出型。em235模擬量混合模塊。em235具有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。它

29、的輸入信號可以是不同量程的電壓或電流。其電壓、電流的量程由開關(guān)sw1-sw6設(shè)定。em235具有1路模擬量輸出，其輸出可以是電壓，也可以是電流。4.2.2 plc的i/o資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對plc的i/o進(jìn)行配置，具體分配如下表。（1）在此控制系統(tǒng)中，共有10個數(shù)字量輸入，主要包括各種控制按鈕、過載保護(hù)輸入。如表4-1所示。表4-1 數(shù)字輸入量地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備i0.0一套凈化啟動i0.5熱繼電器fr1i0.1一套反沖啟動i0.6熱繼電器fr2i0.2二套凈化啟動i0.7熱繼電器fr3i0.3二套反沖啟動i1.0一套停止i0.4報警解除按鈕i1.1二套停止（2）

30、 在這個控制系統(tǒng)中，主要輸出控制的設(shè)備有電磁閥、接觸器、報警和指示燈，共有18個輸出點，其具體分配，如表4-2所示。 表4-2 數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備q0.0電磁閥yv1q2.1電磁閥yv10q0.1電磁閥yv2q2.2電磁閥yv11q0.2電磁閥yv3q2.4電磁閥yv12q0.3電磁閥yv4q3.0接觸器km1q0.4電磁閥yv5q3.1接觸器km2q0.5電磁閥yv6q3.4報警指示燈hl1q0.6電磁閥yv7q3.5報警指示燈hl2q0.7電磁閥yv8q3.6報警指示燈hl3q1.0電磁閥yv9q3.7 聲音報警（3） 由于需要采集流量計和壓力表所反饋的數(shù)據(jù)

31、，因此擴展了三個模擬量輸入輸出模塊，具體i/o分配，如下表4-3所示。每個模擬量擴展模塊，按擴展模塊的先后順序進(jìn)行排序，其中，模擬量根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。例如：aiw0，aiw2，aiw4、aqw0，aqw2。每個模擬量擴展模塊至少占兩個通道，即使第一個模塊只有一個輸出aqw0,第二個模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從aqw4開始尋址，以此類推。 表4-3模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備aiw0壓力表pit1aiw12流量計fit2aiw2壓力表pit2aiw16流量計fit3aiw4壓力表pit3aiw18流量計fit4a

32、iw8壓力表pit4aiw20流量計fit5aiw10流量計fit1（4）在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸出口對變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)行控制其他設(shè)備的運行，如下表4-4所示。表4-4模擬量輸出地址分配 輸出地址輸出設(shè)備aqw0變頻器4.3 變頻器的選擇變頻器（variable-frequency drive，vfd）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部igbt的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電

33、機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。由于進(jìn)水加壓泵采用變頻調(diào)速，本系統(tǒng)選用的變頻器是西門子mm430系列的6se6430-2ud33-0da0西門子mm420變頻器，具有多個繼電器輸出，具有多個模擬量輸出（020 ma），2 個模擬輸入：ain1：010 v， 020 ma 和10 至+10 v； ain2：010 v， 020 ma，6 個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為npn/pnp 接線。它是一種風(fēng)機水泵負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機。該變頻器，具有能源利用率高

34、的特點，優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進(jìn)行操作，實現(xiàn)其控制功能。在此控制系統(tǒng)中，需要對變頻器進(jìn)行通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要對以下幾個參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如表4-5所示。 表4-5變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號參數(shù)值說明p000521顯示實際頻率p07002由端子排輸入p10002模擬輸入p13002可用于可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載p201069600baudp20111uss地址p0300根據(jù)具體電動機設(shè)置電動機類型p0304根據(jù)具體電動機設(shè)置電動機額定電壓p0305根據(jù)具體電動機設(shè)置電動機額定電流p0310根據(jù)具體電動機設(shè)置電動機額定頻率p0311根據(jù)具體電動機設(shè)置電動機額定轉(zhuǎn)速一般情況下，選擇

35、變頻器的功率和電機的功率一樣，在有些特殊情況下（如重載設(shè)備），也會選擇變頻器的功率大于電機的額定功率，以保證變頻器帶動電機能夠正常運行。合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施。變頻器容量選定過程,實際上是一個變頻器與電機的最佳匹配過程,最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機的額定功率,但實際匹配中要考慮電機的實際功率與額定功率相差多少,通常都是設(shè)備所選能力偏大,而實際需要的能力小,因此按電機的實際功率選擇變頻器是合理的,避免選用的變頻器過大,使投資增大。對于輕負(fù)載類,變頻器電流一般應(yīng)按1. 1 in ( in 為電動機額定電流) 來選擇,或按廠家在產(chǎn)品中標(biāo)明的與變頻器的輸出功率額定值

36、相配套的最大電機功率來選擇。本系統(tǒng)設(shè)計過程中應(yīng)用了2臺污水泵，一臺是進(jìn)水加壓泵，一臺是反沖加壓泵，選用的電機參數(shù)如下：額定功率為22kw，額定電流43a，額定電壓380v，額定轉(zhuǎn)速1470r/min。變頻器參數(shù)如下：輸入電壓380v，輸入電流59.3a，輸出電流62a，輸入頻率47-63hz，輸出頻率0650hz。調(diào)試功率30kw，可變轉(zhuǎn)矩功率30kw。額定功率22kw。 4.4 接觸器選型在此控制系統(tǒng)中，進(jìn)水加壓泵和反沖泵是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)流量計和壓力表的反饋值進(jìn)行動作的，因此需要plc根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制進(jìn)水加壓泵和反沖泵的啟停，在此用到了兩個接觸器。為

37、此該系統(tǒng)選用施耐德lc1-d0901m5c交流接觸，其額定電壓220 v，額定電流9 a。其特點有：高標(biāo)準(zhǔn)：符合iec60947-4-1和gb14048.4標(biāo)準(zhǔn)。長壽命：機械壽命高達(dá)2000萬次；電壽命高達(dá)200萬次。強適應(yīng)性：“th”防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)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(chǎn)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(chǎn)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。4.5 熱繼電器的選擇熱繼電器由發(fā)熱元件、雙金屬片、觸點及一套傳動和調(diào)整機構(gòu)組成。

38、發(fā)熱元件是一段阻值不大的電阻絲，串接在被保護(hù)電動機的主電路中。雙金屬片由兩種不同熱膨脹系數(shù)的金屬片輾壓而成。熱繼電器用于電動機的過載保護(hù)，它是利用電流熱效應(yīng)使雙金屬片受熱后彎曲，通過聯(lián)動機構(gòu)使觸點動作的。當(dāng)電動機過載時，通過發(fā)熱元件的電流超過整定電流，雙金屬片受熱向上彎曲脫離扣板，使常閉觸點斷開。由于常閉觸點是接在電動機的控制電路中的，它的斷開會使得與其相接的接觸器線圈斷電，從而接觸器主觸點斷開，電動機的主電路斷電，實現(xiàn)了過載保護(hù)。首先熱繼電器的脫扣值的不動作電流為1.05,動作電流為1.2,是根據(jù)電機的過載特性設(shè)計的，所以選熱繼電器時，熱繼電器的電流調(diào)節(jié)范圍 可以滿足電動機的額定電流就可以了

39、。其次要根據(jù)電動機是輕載啟動還是重載啟動來選熱繼的脫扣特級，一般分10a、10、 20、30幾個等級，分別對應(yīng)7.2熱繼電器的脫扣時間（環(huán)境溫度20度的條件下）。比如水泵類負(fù)載，為輕載啟動用10a級。風(fēng)機類負(fù)載為重載啟動，用20等級的。4.6外圍電路的設(shè)計(1) 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計出凈水控制系統(tǒng)的主機cpu224的外圍電路接線圖如圖4-3所示。 圖4-3 主機模塊外圍電路接線圖 （2） em222兩塊數(shù)字量輸出模塊的外圍接線圖如圖4-4和圖4-5所示。m 1l 模塊一 em222l+ 1 (1)4 2接cpu224 的m接口接cpu224 的l+接cpu224 的l+接口 圖4-4

40、em222-1外圍電路接線圖m 1l 模塊二l+ 0 em222 4 1 (2)5 26 37接cpu224 的m接口 接 cpu 224 的 l+接cpu224 的l+接口 圖4-5 em222-2外圍電路接線圖(3) em235模擬量輸入輸出模塊的外圍接線圖如圖4-6所示。模擬量擴展模塊的接線方法：對于電壓信號，按正、負(fù)極直接接入x和x；對于電流信號，將rx和x短接后接入電流輸入信號的“”端；未連接傳感器的通道要將x和x短接。pit3pit2pit1ra a+ a- rb b+ b- rc c+ c- rd d+ d- em235 (1)m l+ m0 v0 i0 配置變頻器24v圖4-6

41、 em235-1 外圍電路接線圖其它兩個em235擴展模塊外圍電路接線圖與此模塊相似，輸入分別接pit4，fit1，fit2和fit3，fit4，fit5。輸出不接。5.系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 系統(tǒng)控制信號plc作為凈水控制系統(tǒng)的控制器使得設(shè)計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。利用plc作為控制器的污水處理系統(tǒng)主要涉及的控制信號有：一是輸入信號；二是輸出信號。(1) 輸入信號污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及五類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、壓力的輸入檢測、流量的輸入檢測、以及電機過載保護(hù)的輸入檢測。1 按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有一套凈化啟動按鈕、二套凈化

42、啟動按鈕、一套反沖啟動按鈕、二套反沖啟動按鈕、一套停止按鈕、二套停止按鈕、以及報警解除按鈕等。2 壓力和流量檢測。通過對流量和壓力進(jìn)行檢測，控制變頻調(diào)節(jié)控制進(jìn)水加壓泵和反沖泵的運行。3 電機過載保護(hù)的輸入檢測。電機電路中如果過載，電流過大，則熱繼電器發(fā)出一個信號，輸入到控制器中，通過程序來控制電機的停止，以免損壞電機。 (2)輸出信號信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的電磁閥、接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制變頻器。1 數(shù)字量輸出。控制各類設(shè)備的啟動和停止以及設(shè)備故障的報警。包括：一套凈化啟停、二套凈化啟停、一套反沖啟停、二套反沖啟停；接觸器過載的報警、變頻器故障

43、的報警等。2 模擬量輸出。通過plc中運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。5.2 系統(tǒng)程序的主要部分本系統(tǒng)設(shè)計主要采用西門子公司為s7200系列plc開發(fā)的step 7micro/win sp9軟件編寫與調(diào)試程序，程序語言采取易讀性和移植性更高的梯形圖編寫。系統(tǒng)程序主要分為凈化過程控制程序，反沖過程控制程序與主程序幾部分。 在充分理解控制要求及工藝后，設(shè)計出系統(tǒng)主程序流程圖。首先，設(shè)置啟動按鈕，控制系統(tǒng)開始初始化，然后啟動一套凈化裝置，監(jiān)控km1有沒有過載，當(dāng)過載后系統(tǒng)自動報警，然后由變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，使其能

44、正常工作。當(dāng)km1沒有過載時，檢測流量計和壓力表的數(shù)值是否與給定相同，如果相同系統(tǒng)繼續(xù)運行。當(dāng)fit5檢測到的流量值小于系統(tǒng)給定時啟動一套反沖，同時啟動二套凈化裝置。再監(jiān)控km2有沒有過載運行，當(dāng)過載后由變頻器控制電機使其正常工作，當(dāng)km2沒有過載時系統(tǒng)繼續(xù)運行。當(dāng)fit5檢測到的流量值小于系統(tǒng)給定時啟動二套反沖，同時啟動一套凈化裝置。系統(tǒng)循環(huán)反復(fù)運行。主程序流程圖如圖5-1所示。 圖5-1 主程序流程圖凈化時的工作過程流程圖如圖5-2所示，由接觸器km1控制的進(jìn)水加壓泵m1（由變頻器控制）開始工作，同時相應(yīng)的電磁閥打開，并且通過壓力表、流量計對其管道中的壓力與流量進(jìn)行檢測。 凈化啟動流量計和

45、壓力表對其流量和壓力進(jìn)行檢測 同時打開相 應(yīng)的電磁閥接觸器控制進(jìn)水加壓泵開始工作 圖5-2 凈化過程控制流程圖反沖時由km2控制的反沖泵m2工作，相應(yīng)的電磁閥打開，反沖到達(dá)設(shè)定的時間后自動停止。反沖過程的控制流程圖如圖5-3所示。接觸器km2控制反沖泵開始工作反沖泵停止工作是否 同時打開相 應(yīng)的電磁閥 反沖時間到？ 反沖啟動 圖5-3 反沖過程控制流程圖5.3 plc程序的編寫本系統(tǒng)采用梯形圖編寫程序。在設(shè)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，在程序編寫前先列出可能用到的軟元件，如表5-1所示。表5-1 軟元件定義元件意義備注m0.0一套凈化標(biāo)志on有

46、效m0.1二套凈化標(biāo)志on有效m0.3一套反沖標(biāo)志on有效m0.4二套反沖標(biāo)志on有效m0.5一套凈化時fit5流量值小于設(shè)定值標(biāo)志on有效m1.5二套凈化時fit5流量值小于設(shè)定值標(biāo)志on有效m2.0接觸器km1過載標(biāo)志on有效m2.1接觸器km2過載標(biāo)志on有效m2.2變頻器故障標(biāo)志on有效m3.5一套凈化停止先停泵后停閥中間量標(biāo)志on有效m3.6二套凈化停止先停泵后停閥中間量標(biāo)志on有效t37一套反沖時間定時2min有效t38二套反沖時間定時2min有效t39一套凈化停止電磁閥停止的時間定時5s有效t40二套凈化停止電磁閥停止的時間定時5s有效vw0,vw2vw4,vvw8壓力反饋值寄存

47、器vw10，vw12，vw16，vw18,vw20流量反饋值寄存器根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，結(jié)合西門子s7-200型plc的輸入輸出腳和功能進(jìn)行設(shè)計程序梯形圖。程序說明： 通過傳送指令寄存壓力表和流量計檢測到的壓力和流量反饋值。程序說明： 一套凈化啟動的條件是一套凈化啟動按鈕i0.0按下或二套凈化時fit5流量值小于設(shè)定值時m1.5開啟，停止條件是二套凈化啟動或一套反沖啟動或一套凈化停止按鈕i1.0按下。二套凈化啟動的條件是二套凈化啟動按鈕i0.2按下或一套凈化時fit5流量值小于設(shè)定值時m0.5開啟，停止條件是一套凈化啟動或二套反沖啟動或二套凈化停止按鈕i1.1按下。一套反沖啟動的條件是一套反沖啟

48、動按鈕i0.1按下或一套凈化時fit5流量值小于設(shè)定值時m0.5開啟，停止條件是一套凈化啟動或二套反沖啟動或反沖定時時間到。二套反沖啟動的條件是二套反沖啟動按鈕i0.3按下或二套凈化時fit5流量值小于設(shè)定值時m1.5開啟，停止條件是二套凈化啟動或一套反沖啟動或反沖定時時間到。程序說明：一套和二套凈化時，都打開接觸器km1控制進(jìn)水加壓泵工作，同時分別打開電磁yv1,yv2,yv3,yv4和電磁閥yv1,yv8,yv9,yv10。程序中設(shè)置了定時器t39和t40，當(dāng)凈化停止時，用來先關(guān)斷進(jìn)水加壓泵再關(guān)斷電磁閥。 程序說明：進(jìn)水加壓泵工作時，通過壓力表和流量計的反饋值經(jīng)plc計算轉(zhuǎn)化的值與設(shè)定值比

49、較，進(jìn)而輸出給變頻器控制電機的運行速度。程序說明：通過比較fit5流量值與設(shè)定值來控制反沖的啟動。定時器t37和t38分別為一套和二套的反沖時間。程序說明：一套和二套反沖時，都打開接觸器km2控制反沖泵工作，同時分別打開電磁yv5,yv6,yv77和電磁閥yv5,yv11,yv12。程序說明：凈化停止時關(guān)閉電磁閥的時間定時。程序說明：當(dāng)接觸器過載或變頻器故障時，指示燈亮通知，同時進(jìn)行聲音報警。按下報警接觸按鈕i0.4，指示燈滅，聲音消失。5.4 程序的調(diào)試運行當(dāng)plc正常工作，進(jìn)入仿真環(huán)境后，點擊一套凈化啟動按鈕i0.0，由接觸器km1（q3.0）控制的進(jìn)水加壓泵m1開始工作，同時電磁閥yv1

50、、yv2、yv3、yv4分別為q0.0，q0.1，q0.2，q0.3打開，進(jìn)行一套污水凈化處理。一套凈化處理過程如圖5-4所示。 圖5-4 一套凈化過程當(dāng)流量計fit5的值開始下降時，表明一套凈化裝置已堵塞，開始一套反沖過程和二套污水凈化過程。如圖5-5所示。圖5-5 一套反沖與二套凈化過程此時，進(jìn)水加壓泵m1停止工作，電磁閥yv1、yv2、yv3、yv4關(guān)閉。反沖加壓泵m2(q3.1)工作，電磁閥yv5、yv6、yv7分別為q0.4，q0.5，q0.6打開，進(jìn)行一套反沖狀態(tài)。反沖一段時間后自動停止。同時，進(jìn)水加壓泵m1（q3.0）開始工作，電磁閥yv1、yv8、yv9、yv10分別為q0.0

51、，q0.7，q1.0，q2.1打開，進(jìn)行二套污水凈化處理。當(dāng)流量計fit5的值開始下降時，表明二套凈化裝置已堵塞，開始二套反沖過程和一套污水凈化過程。如圖5-6所示。圖5-6 二套反沖與一套凈化過程此時，進(jìn)水加壓泵m1停止工作，電磁閥yv1、yv8、yv9、yv10關(guān)閉。反沖加壓泵m2(q3.1)工作，電磁閥yv5、yv11、yv12分別為q0.4，q2.2，q2.4打開，進(jìn)行二套反沖狀態(tài)。反沖一段時間后自動停止。同時，進(jìn)水加壓泵m1（q3.0）開始工作，電磁閥yv1、yv2、yv3、yv4分別為q0.0，q0.1，q0.2，q0.3打開，進(jìn)行一套污水凈化處理。系統(tǒng)反復(fù)進(jìn)行。一套和二套裝置也可

52、以單獨進(jìn)行反沖。一套單獨反沖過程如圖5-7所示。 二套單獨反沖過程如圖5-8所示。 圖5-7 一套單獨反沖過程點擊一套反沖啟動按鈕i0.1，由接觸器km2（q3.1）控制的進(jìn)水加壓泵m2開始工作，同時電磁閥yv5、yv6、yv7分別為q0.4，q0.5，q0.6打開，進(jìn)行一套單獨反沖處理。 圖5-8 二套單獨反沖過程點擊一套反沖啟動按鈕i0.3，由接觸器km2（q3.1）控制的進(jìn)水加壓泵m2開始工作，同時電磁閥yv5、yv11、yv12分別為q0.4，q2.2，q2.4打開，進(jìn)行二套單獨反沖處理。系統(tǒng)還設(shè)置了自動報警功能。如圖5-9為接觸器過載的自動報警，圖5-10為變頻器故障的自動報警。 圖5-9 接觸器過載報警圖5-9所示為在一套凈化過程中，接觸器km