污水处理厂中的PLC控制系统设计.docx

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1、西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计文摘本文重要简介了PLC在都市污水处理中的详细应用实例，系统简介了都市污水处理工艺流程以及基于SIEMENS的S7-400系列PLC的污水处理实行方案，简介都市污水处理厂监控系统数据采集H勺措施。可编程控制器即PLC是综和了计算机技术、自动控制技术和通信技术的种新型的、通用的自动控制装置。目前可编程控制器已经成为最重要、最可匏、应用场所最广泛的工业控制微型计算机。它具有功能强、可靠性高、使用灵活以便、易于编程以及适应工业环境等一系列长处。为了提高污水处理厂的运行管理水平，PLC也成为了该系统的重要构成单元之一，在该系统中各单元按一定拓扑构造互相连接构成污

2、水处理厂的控制系统。关键词污水处理；自动化控制系统；PLC；硬件配置；软件设计。DigestthisarticlemainlyintroducedPLCinthecitysewagetreatmentconcreteapplicationexample,(hesystemintroducedthecitysewagetreatmenttechnicalprocessaswellasbasedonSIEMENSS7-400theseriesPLCsewagetreatmentimplementationplan,introducesthecitysewagetreatmentplantSUPer

3、ViSorysystemdataacquisitionthemethod.TheprogrammablecontrollerwasPLCisthegrandtotalcomputertechnology,theautomaticcontroltechnologyandthecommunicationonekindnew,thegeneralautomaticcontroldevice.Nowtheprogrammablecontrolleralreadybecameimportantly,mostreliable,(heapplicationsituationmostwidespreadind

4、ustrycontrolmicrocomputer.lthas(hefunctionstrong,Ihereliabilityhigh,theusenimbleconvenient,easytoprogramaswellastheadaptationindustryenvironmentandsoonaseriesofmerits.Inordertoenhancethesewagetreatmentplantthemovementmanagementlevel,PLChasalsobecomeoneofthissystemimportantcompositionunits,inthissyst

5、emvariousunitsaccordingtocertaintopologyinterconnectionconstitutionsewagetreatmentplantcontrolsystem.Keywordsewagetreatment;Automationcontrolsystem;PLC;Hardwaredisposition;Softwaredesign.1.2 对工艺流程的论述都市污水依次通过粗格栅、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） 进水泵房用于将污水提高，粗格栅用于除掉污水中大块杂物和污物，进而保护进水泵。（2） 沉砂池

6、H勺细格栅用于除去污水中的小块杂物，吸砂桥除砂和漂浮油脂，尚有砂处理和浮砂油脂处理设备。（3） 初沉池初步除掉水中污泥，用刮泥机搜集污泥至初沉池泥泵房。（4） 曝气池（氧化沟）为生化处理区，通过投放回流活性污泥搅拌和曝气供氧，培养微生物大量繁殖，形成更多活性污泥。（5） 二沉池彻底清污水，使泥水分离。1.3 重要设备日勺构成及控制方式表1设备参量序号设备名称数量技术参数1飞力污水提升泵5华远泵站：P=100KW,V=380V,I=195A3石角泵站：P=54KW,V=380V,I=102A6镇安厂回流泵：37KW,V=380V,I=80A2粗、细格栅机8P=I5KW,V=380V,1=3.7A

7、3HV-TURBO鼓风机3P=160kw,V=380V4搅拌器12P=3.8KW,V=380V,1=7.2A5吸刮泥机8P=0.37KW,V=380V,1=1.2A,6污泥提升泵3P=4KW,V=380V,1=9.3A7投药泵2P=0.63KW,V=220380Y8脱水机2P=2.2KW,V=220380Y9电磁流量计13OuT：420mA,DN35OjDN600jDNlOOO10污泥浓度计44-20mA,0-5000PPM11溶氧仪10420mAj0-5mgl污水处理厂H勺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

8、式一直处在工业自动化控制领域的主战场，为多种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其重要原因，在于它可以为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的处理方案，适合于目前污水处理厂对自动化的需要。1.4 粗格栅、细格栅、提高泵房日勺设备控制粗格栅、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应格栅阻塞程度，并传播到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

9、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。1.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的J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、污泥回流泵房日勺阀门和回流泵都是由微机触发指令通过PLC控制。1.6 脱水机房脱水机房的设备重要肩负由污泥提高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

10、后形成滤饼排出。1.7 PLC控制系统1. 7.1PLC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，故租用电信企业无源专线通过调制解调器和A1SJ71UC24通信模块进行泵房设备控制和数据传播。网络控制分布图（如图下图所示）三_计算机口r打印机厂外1# PLC站厂外2# PLC站注0PLCJlEHMB_EE14tPLC 2#PLC3# PLC 站4#PLC54PLC一 SJ淀强备及仪表 一期生

11、化工缶令衰仪袤格M、沉眇油、鼓风机计、水悍、空气瓷汁 电流量计超声波适量脱水机星表二例j池？仪表 二期春池仪表图3全厂联络图网络构造某污水处理厂的自控系统由环形拓扑形式(ringtopology)和星形拓扑形式(Startopology)两种总线网络形式构成。上位机组态功能(I)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个污水提高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：用设计措施生成图形，实时地、集中地显示被测参数所处口勺变化过程。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。(3

12、)报表功能：提成年度、月度、日班报表及运行参数报表。如I：污水处理量、加药量、耗电量等。(4)打印功能：多种报表的打印，多种事件及报警实时打印。1.8 系统构成及其布局根据工艺特点和控制规定，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，设一种总站集中分站信息并控制分站工作。详细控制分为：(1)各开关柜(包括:1OkV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，多为计算机监控管理系统，集中分

13、站信息，进行多种处理，并通过度站统一控制全厂运行，满足工艺测控规定，使全厂运行处在最佳状态，是监控管理的中心。2污水处理中的PLC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日勺仪表和有关H勺辅助装置等。2. 1.2PLC设计综述设置三级控制层：设备就地手动、PLC子站现场监控和中控室远程监控（如图下图所示）。f-Hw中控室远程监控1j厂外” PLC0# PLC厂外2# PLC站TMI-j15pLc2# PLC站34tPLC4# PLC 站另把L 竺PL子站现场监控设备就地动手图4主站网络图2.1 PLC在污水处理中日勺部分运用中央控制室中央控制室可对整个分控

14、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I状态、通信、数据和信息，完毕报警和报表打印。在厂级管理层可以通过Internet将成果、效益分析等发往主管局等政府机关（如图下图所示）。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於）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mailSerVer发送顾客自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网互换器）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

15、在线式不间断电源。过电压保护装置能克制出目前电力网络中的暂态浪涌电压和吸取暂态浪涌电压能量，在保隙供电持续的条件下，保障计算机、PLC控制子站及其他重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。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。对工艺专业规定检测的多种工艺参数，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毕指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。其重要设备有：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

16、DI:30DO: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栅H勺运行，即水位差到达设定值时，自动启动格栅。当回转式粗格栅停止运行的时间超过设定值时，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、回转式粗格栅机的次序启停、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、回转式细格栅机的次序启停、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

17、入中控室监控，不参与控制。BAF生物滤池PLC控制及检测部分厂内2#BAF生物滤池PLC子站位于变电所低压配电室控制室内。对工艺专业规定检测的多种工艺参数，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毕指示、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:14A0:3DI:124DO:134沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池定期开/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。厂级管理PLC系统该系统重要功能：生产过程的全面查询，包括多种进、出厂水流量，各中能耗等。生产过程分析

18、汇报、报表和图形。设备资料数据库和设备运行管理数据库。化验所需要的参数。建立与外部Interner的双向连接，便于公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。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小JS7400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，其重要设备是：SIEMENS的S7-400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(Al)：输入点：8路输入范围：05V,15V,010V,T0+10V,420mA辨

19、别率：212位隔离方式：光电隔离转换速度：Ims/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辨别率：32*24个显示辨别率：640*480点通讯接口：RS-422ARS-485nRS-232C电源电压范围：DC20.4VDC26.4V运行时间：力25000小时2.4 重要PLC设备表及其阐明表2重要电气设备序列号设备名称及参数1EasyView触摸屏2CPUFX2N-64MR3FX0N-3A扩觥块4施耐德低压元件5监控操作台6电磁阀控带柜7主回路控制柜1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺乏的器件，用于编程、对系

20、统作某些设定、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）充当编程器。2、人机界面：最简朴的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式依J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：用于永久性地存储顾客数据，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，尚未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线原则，PLC各厂家均有采用。对于一种自动化工程（尤其是中大规模控制系统）来讲，选择网络非常重要的

21、J。（如下页表3所示）表3主要设备表7风机型号：CF-Il功率：250W流量：(9501300)m3h压力：(294-410)Pa8搅拌机功率：0.75KW减速器型号：WPX-70减速比：10转速：200300rmin搅拌娜式：框式9搅拌机功率：0.37KW减速器型号：WPX-70减速比：20转速：50lOOrZmin搅拌域式：框式10搅拌机功率：0.37KW减速器型号：WPX-70转速：10(M50rmin减速比：1011空压机排气量：303Umin压力：7kgcm212浮球液位计13电磁流量计14DNlOO气动蝶阀15DN25电磁阀16DN50蝶阀3PLC设计3.1PLC简介运用可编程序控

22、制器（PLC）构成远程自动监测系统时，首先碰到的是PLCrJ选型问题。在选用PLC时，除把可靠性、环境适应性放在首位外，还要根据详细应用场所尽量选用合适的可编程序控制器。3.2系统的设计环节（如图下图所示）：选择基准选抨基准选择基准选界基准程序存你器客员功能存体操容垃通讯功能的必要性特殊功畿调试功能的必要性程序的制方法（图示陵命令语）图面化的必要性保存方法软入/输山温格（0N/0FF电任/电超）I/O点数威额图雄线（地子台/接插座）蒋珠模块（安装位置）ottft+5V电源容量+24V传感器用电兼容量选择基准AC/DC级路将入国出线路耐噪声图9系统的设计环节图3.3软件部分监控系统的软件部分计算

23、机操作系统采用MicrosoftWindows2023Professional中文版操作系统。历史数据库采用MicrosoftSQLServer2023中文版软件。上位机监控软件采用目前流行的美国GE企业!勺iFIX3.5组态软件来实现。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毕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规定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

24、等。定期存贮模块按每十分钟将实时数据存贮到对应的数据库中，每天整顿一次历史数据。系统维护模块可用来修改定值参数、口令及限值等。报警模块不管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，以便采用措施。3. 4对污水处理系统中一种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。（见附录四）逻辑运算及报警处理等放在主程序。系统初始化的某些工作放在初始化子程序中完毕，这样可节省扫描时间。运用定期器中断功能实现Pn）控制的定期采样及输出控制。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I90机在污水处理系统中，只是用比

25、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，但还需要深入调整以到达最优控制效果。（程序设计见附录四）程序中使用的PLC元器件及功能如下表：表4程序中使用的J元器件及功能器件地址功能器件地址功能VDlOO过程变量原则化值T33工频/变频转换逻辑控制VD104压力给定值T34工频/变频转换逻辑控制VD108PI计算值T37工频泵增泵滤波时间控制VDl12比例系数T38工频泵减增泵滤波时间控制VDl16采样时间T39工频/变频转换逻辑控制VD120积分时间MO.0故障结束脉冲信号VD124微分时间MO.1泵变频启动脉冲VD204变频器运行频率下限值M0.3倒泵变频启动脉冲V

26、D208生活供水变频器运行频率上限值M0.4复位目前变频运行泵脉冲VD212消防供水变频器运行频率上限值M0.5目前泵工频运行启动脉冲VD250PT调整成果存储单元M0.6新泵变频启动脉冲VB300变频工作泵的泵号M2.0泵工频/变频转换逻辑控制（接上页表4）4结束语本系统与老式污水工艺PLC控制相比，具有功能齐全、高度智能化、运行可靠、投资省、见效快等长处。系统自2023年10月投入运行至今，对该都市的生态环境、水资源、都市环境及旅游业等，都起到极大的推进作用。本文所述的系统具有如下特点：可靠性高。PLC是由TranSPUter并行处理系统构成，每个处理机模块都享有自己的存储器，数据共享只是

27、通过Link的互连实现，保证了各单元之间的独立性，从而提供了整个系统的可靠性。灵活性和可扩展性强。系统中的PLC的数量及之间的拓扑构造可根据需要选择和重构，构成实现不一样功能的系统功能单元。互连性强，易于光互连网络接口。TranSPUter提供了四路原则日勺INUoS全双工高速串行通讯链路(Link),因此，以运用INMoSLink互连成的TranSPUter并行处理机系统为关键口勺控制系统具有很强的互连性，很轻易实现与光互连网络接口，构成分布式并行计算机网络，实现污水处理厂各工艺单元之间的有机并行协调处理。具有高速处理能力IMST800Transputer属于32位精简指令处理机(RISC)

28、,具有64位的浮点运算单元，因此该系统具有高速处理能力。参照文献1宋建成可编程序控制器原理与应用北京:科学出版社,19982崔巍，张修文一种基于PLCrJ模糊控制措施，20233汪晓光,孙晓英,王艳丹可编程序控制器原理及应用机械工业出版社4攀枝花市污水处理仁和分厂工程初步设计，2023道谢本设计从选题到最终完毕，都得到了指导老师谢庆华老师的悉心指导。谢老师渊博的知识、严谨的治学态度和诲人不倦的精神永远是我学习的楷模，他富于开拓与创新的精神以及丰富的社会知识都给我留下了深刻的印象，使我在设计中受益匪浅，在此谨向谢老师致以深切的谢意！在论文的写作中，还得到了谢老师的悉心指点，在此表达衷心的感谢！在

29、此还要感谢机电一体化专业的全体老师，感谢他们对我的培养，使我在湖南生物机电学院的3年学习生活中受益匪浅。感谢家人的关怀与支持！感谢评阅和阅读本文的老师为此付出的辛勤快动！附录附图附程序如后页所示Control1*rLink毕不上位机沉淀、道池上位机光阡(2K)ControlLgRSmifkI3-4RS232HOONCII匿川cB11-1/|()Q0.0VB300VB301TVh=BlBp31网络252号泵工频运行控制逻辑MO.5VB300VB301Q0.3Q0.2TFH=bI4-()2 0Q0.2VB300VB301TPH=BlB113 1MO. 5VB300VB301Q0.5QO. 4Q0.VB300VB301网络263号泵工频运行控制逻辑TM=bl4 1网络27火灾时,阀YV2打开10.0Ql.0TI()网络28水池低水位信号处理10.110.2M3.1网络29水池水位下限信号灯SMO.5M3.1Ql.1网络30变频器故障信号灯网络33变频器故障消铃逻辑I0410.3M3.3TMIM3.3网络34火灾消铃逻辑网络35报警电蛉子程序子程序（续）中断子程序（中断子程序接下页）附录四程序图