PLC电气控制设计污水处理系统样本.doc

电气控制设计某污水解决控制系统设计专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指引教师： 完毕日期： 目 录1.1 研究目和意义31.2 课题重要设计内容42. 1信号输入42. 2控制输出信号53.1重要构成某些63.2电气控制系统63.3工业污水解决系统工作原理63.3.1控制系统总体框图63.3.2工作过程73.3.3工业污水解决系统主电路设计83.4 PLC选型103.5 PLCI/O资源配备103.5.1数字量输入某些103.5.2数字量输出某些113.5.3模仿量输入某些123.5.4 模仿量输出某些124.1总体流程设计134.1.1手动模式144.1.2自动模式14参照文献20附录 控制程序21附录 某些主电路图23附录 硬件接线图24绪论1.1 研究目和意义 1号磁滤器滤水工艺流程见图。1号磁滤器IO分派表见图(以三菱系列PLC为例)。2号和3号磁滤器I()分派表与1号相似，只是将输入地址编号X0X5改为X400X405和X500X505，将输出地址编号Y30Y35改为Y430 Y435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反馈信号，当PLCY30正常接通，则接入电源通路中控制接点导通，使Xl接通，滤水工艺顺利运营下去。同理，“进水阀信号”是输出端“进水阀通断”接通时反馈信号。这种控制方式提高系统可靠性，若有某个输出信号不正常，就会立即停止滤水工序。 本系统规定：三台或二台滤水器应能各自按滤水工艺流程并行工作；反洗时，只能单台工作，其她需反洗者必要等待；在滤水时，只要浮现“管压差高”信号，则及时停止滤水工序，自动进入反洗工序。1.2 课题重要设计内容 本课题重要设计内容是工业污水解决工艺及工业污水解决系统构成和PLC控制系统设计,重要由如下内容构成：（1）简介了工业污水解决基本内容，涉及工业污水解决发呈现状以及工业污水解决工艺流程；（2）简介了PLC基本构造和工作原理，并对工业污水解决控制系统进行设计分析；（3）详细分析设计工业污水解决硬件系统；（4）详细分析设计工业污水解决软件系2. 1信号输入工业污水解决系统信号输入检测方面重要涉及四类信号监测，重要涉及：按钮输入检测、液位差输入检测、液位高低输入检测，以及曝气池中含氧量输入检测。（1）按钮输入检测。大多数为人工方式控制输入检测，重要有自动按钮、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，用来控制清污机启动与停止。（3）液位高低输入检测。检测进水泵房和污泥回流泵房中液位高低，用来控制潜水泵或污泥回流泵启动和停止，以及投入运营潜水泵数量。（4）含氧量输入检测。以上三种都为数字量输入，该输入为模仿量输入。曝气过程是工业污水解决系统中最重要环节，为了保证微生物所需要氧气，必要检测污水中含氧量，并通过曝气机增长或减少其含氧量。通过将溶解氧仪设立在恰当位置上，将检测值反馈到PLC中，通过运算输出控制曝气机转速信号。当溶解氧值偏低时，减少了微生物分解效果，延长了解决时间，严重时甚至导致解决失效，因而需要增长曝气机转速以增长供氧量；当溶解氧值偏高时，导致微生物过氧化，减少了其活性，也不利于解决，因而减小曝气机转速以减少供氧量，最后使污水中溶解氧保持在一定范畴内。2. 2控制输出信号 信号输出某些重要涉及两个方面：一种是数字量输出，即各类设备接触器；此外一种是模仿量输出，用来控制曝气机变频器。（1）数字量输出。控制各类设备启动和停止，涉及：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）模仿量输出通过PLC中PID运算后数据，通过其功能模块输出控制信号，该控制信号输入到变频器控制端子上，变化变频器输出频率，从而控制曝气机转速，最后达到控制污水中含氧量规定。3 硬件系统配备3.1重要构成某些工业污水解决系统构造比较复杂，设备较多，在氧化沟中其控制过程及原理大体相似，都是通过控制曝气机转速来调节污水中含氧量，其基本构成如图3-1所示。进水系统除砂系统氧化沟系统沉淀系统污泥脱水系统图3-1工业污水解决系统基本构成示意图3.2电气控制系统电气控制系统重要涉及操作面板、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数字输入量，并且还要检测模仿量输入，依照设定程序进行数据解决后，输出控制信号，因而系统控制逻辑与时序就需要严格照检测信号输入进行控制。(1）操作面板。操作面板重要涉及手动、自动、各类设备启动按钮等。(2）显示面板。显示面板由于要显示较多数据，因而普通采用触摸屏或者人机界面。(3）电气控制柜。电气控制柜是电气控制核心设备，重要涉及变频器、各类传感器输入信号、PLC及其扩展模块等。3.3工业污水解决系统工作原理3.3.1控制系统总体框图工业污水解决系统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输入、各类传感器输入，以及有关模仿量输入，完毕有关设备运营、停止和调速控制。操作面板液位差传感器输入液位高度传感器输入溶解氧仪反馈值（模仿量）可编程逻辑控制器PLC格栅机定期运营各类泵运营离心式脱水机运营变频器转碟曝气机运营显示面板3-2电气控制系统总框图3.3.2工作过程在手动状态下，各类设备控制是依照操作面板上按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不依照传感器状态进行控制。在自动方式下进行闭环控制，系统依照检测到外部传感器状态对设备进行启停控制，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）运营粗、细格栅机，进行间歇运营，即运营一段时间然后停止一段时间，循环进行。（3）依照反馈回来液位差状态控制清污机运营与停止。（4）进水泵房中潜水泵依照液面高低进行运营、停止及运营数量控制。 （5） 转碟曝气机依照溶解氧仪反馈模仿量经PLC运算后进行控制，同步控制分离机运营与停止。（6）污泥回流泵运营与停止依照液面高低进行控制。（7）在污泥脱水系统中，离心式脱水机启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。3.3.3工业污水解决系统主电路设计图3-3为工业污水解决系统主电路图某些图。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工频运营；接触器KM5、KM9分别控制M1、M3变频运营；FR1、FR2、FR3分别为三台电机过载保护用热继电器；QF1、主电路空气开关；FU1为主电路熔断器。选用MM430变频器是用来控制电机M1、M3变频运营。09/B2 09/B24 3 R1500欧姆FR1M13 FR2M23 PEFR3M33 U3 V3 W3KM9L34L24L141 R S T2西门子变频器3 MM4304U V W03/D310L16 L26 L36KM3 KM2 KM6L17 L27 L37 L18 L28 L38L15 L25 L35 KM5L1L2L3NL12L22L32N FU1 QF1 L11 L12 L21 L22 L31 L32L13 L 23 L33图3-3工业污水解决系统变频某些主电路图3.4 PLC选型依照工业污水解决系统电气控制系统功能规定，以及其复杂限度，从经济性、可靠性等方面来考虑，选取西门子S7200系列PLC作为工业污水解决系统电气控制系统控制主机。由于工业污水解决电气控制系统涉及较多输入输出端口，其控制过程相对复杂，因而采用CPU226作为该控制系统主机。CPU226在工业污水解决系统中使用数字量输入点和输出点都比较多，因而除了PLC主机自带I/O外，还需要扩展一定数量I/O扩展模块。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I/O需求。在该系统中，还需要采集模仿量并运用模仿量控制功能规定，因而需要在扩展一种模仿量输入输出扩展模块。西门子公司专门为S7200系列PLC配备了模仿量输入输出模块EM235，该模块具备较高辨别率和较强输出驱动能力，可满足控制系统功能规定。3.5 PLCI/O资源配备依照系统功能规定，对PLCI/O进行估算配备，详细分派如下。3.5.1数字量输入某些一方面需要一种紧急制动按钮,运营方式有两种自动和手动，因此有自动运营方式，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、分离机、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、分离式脱水机、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 数字输入量地址分派输入地址输入设备输入地址输入设备I0.0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手动分离式脱水机启动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手动分离机启动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3.5.2数字量输出某些数字量输出重要是对接触器启动提供信号,共13个表3-5数字输出量地址分派输出地址输出设备输出地址输出设备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分离机接触器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3.5.3模仿量输入某些由于需要采集一种溶氧仪所反馈数据，因而扩展了一种模仿量输入输出模块，详细I/O分派，如下表3-6所示。表3-6 模仿量输入地址分派输入地址输入设备AIW0溶解氧仪3.5.4 模仿量输出某些在此控制系统中需要将采集回来模仿量进行数据解决，然后，通过模仿输出口对变频器进行控制，进行控制其她设备运营，如下表3-7所示。 表3-7模仿量输出地址分派输出地址输出设备AQW0经PID运算输出依照控制系统功能规定，设计出工业污水解决控制系统硬件连线图如图3-8所示，此控制面板上手动控制某些重要在调试系统时使用，调试完毕后基本处在闲置状态。4 软件系统设计采用西门子公司为S7200系列PLC开发STEP7Micro/WIN32作为编程软件，上面简介了工业污水解决控制系统构造、工作原理和电气控制某些构造，硬件构造总体设计基本完毕后，就要开始软件某些设计，依照控制系统控制规定和硬件某些设计状况及PLC控制系统I/O分派状况，进行软件编程设计。在软件设计中，一方面按照需要实现功能规定做出流程框图，另一方面按照不同功能编写不同功能模块，这样写出程序条例清晰，既以便编写，也便于调试。4.1总体流程设计 依照系统控制规定，控制过程可以分为手动控制功能和自动运营功能。在手动控制模式下，每个设备可以单独运营，以测试设备性能，如图4-1所示。 NY图4-1模式选取流程图开始自动控制手动控制自动？4.1.1手动模式 在手动模式下，可单独调试每个设备运营，如图5-2所示。在此模式下，可以通过按钮对格栅机、清污机、转碟曝气机、刮泥机，以及各类泵进行控制，对于转碟曝气机控制，可以通过按钮增大或减小变频器频率来变化其速度，以检测调试性能。污泥回流机启停手动控制离心式脱水机启停格栅机启停清污机启停转碟曝气机启停及速度调节潜水泵启停刮泥机启停潜水搅拌机启停图4-2手动操作模式流程图4.1.2自动模式 处在自动方式时，系统上电后，按下自动启动确认后系统运营，系统开始工作，其工作过程涉及如下几种方面。（1）系统上电后，按下自动启动确认按钮，启动潜水搅拌器和刮泥机。（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行启动如图4-3所示。启动潜水泵启动粗格栅系统启动细格栅系统启动曝气沉砂系统启动污泥回流系统自动控制启动污泥脱水系统启动潜水搅拌和刮泥机图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程序，重要涉及粗格栅系统程序、潜水泵程序、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，如下将分别简介各个子程序工作过程。粗格栅系统程序重要控制粗格栅机和清污机运营，其工作过程涉及如下几种方面。（1）自动过程开始启动粗格栅机，定期20min。（2）定期到，停止运营粗格栅机2h。（3）2h定期到，运营粗格栅机20min，循环进行。（4）同步检查液面差，若超过设定值则启动清污机。（5）液面差值低于设定值，停止清污机运营。 潜水泵程序重要控制潜水泵运营和停止，其工作过程涉及如下几种方面：（1）自动过程开始启动潜水泵。（2）检测液面高度，低于最低位传感器时，开始定期防止误判。（3）定期到后，若仍低于最低位传感器，则停止潜水泵运营，否则潜水泵继续运营。（4）检测液面处在中位和高位传感器之间时，开始定期防止误判。（5）定期到后，若液面仍持续处在高位传感器，则输出报警信号。表4-10软元件设立元件意义内容备注M0.0系统停止标志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自动方式启动标志On有效M1.1清污机运营标志On有效M2.3聚合物泵运营标志On有效M2.4污泥泵运营标志On有效M2.5切割机运营标志On有效M2.6粗格栅机停止标志On有效M2.7粗格栅机定期脉冲计数On有效M3.0进水泵房液面低于最低位On有效M3.2细格栅机停止标志On有效M3.3细格栅机定期脉冲计数On有效M3.4转碟曝气机变频转工频运营标志On有效M3.7转碟曝气机变频运营标志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定期中间计数器10C2细格栅机2h定期中间计数器10T33时钟脉冲550msT37粗格栅机运营时间120minT38粗格栅机停止时间定期720012minT39进水泵房液面低于最低位定期202sT40进水泵房液面高于最高位定期202sT41细格栅机运营时间120minT42细格栅机停止时间定期720012minT43污泥回流泵房液面低于最低位定期202sT44污泥回流泵高于低位且低于高位定期202sT45污泥回流泵房液面高于最高位定期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变频器速度寄存器VD20含氧量反馈值寄存器VD30变频器速度寄存器VD100含氧量原则值寄存器VD102变频器速度原则值寄存器100.0VD104USS-INIT指令执行成果VD106USS-RPM-R错误状态字节实 训 小 结变频器 潜水泵电机 转碟曝气机电机 AC220vM1M33 MM4304U V WRS485L NS7-200CPU 226+EM223L+2M1MMNLML+ EM235RA A+ A-P手动操作面板溶解氧仪图3-8工业污水解决系统PLC硬件接线图此图同3-2电气控制系统总框图急停 I0.0手动方式 I0.1自动方式 I0.2自动启动 I0.3确认 I0.4 操作面板 I2.1粗格栅液位计 I2.2细格栅液位计 I2.3进水泵高位 I2.4进水泵低位 I2.5回流泵高位 I2.6回流泵低位 I2.7 N 1L Q0.0 KM1 粗格栅机启动 Q0.1 KM2 清污机启动 Q0.2 KM3 潜水泵启动 Q0.3 KM4 细格栅机启动 Q0.4 KM5 分离机启动 Q0.5 KM6 曝气机工频启动Q0.6 KM7 曝气机变频启动Q0.7 KM8 潜水搅拌机启动Q1.0 KM9 刮泥机启动Q1.1 KM10 污泥回流泵启动2L Q1.2 KM11 离心式脱水机启动Q1.3 潜水泵报警显示面板 Q1.4 污泥回流泵报警 参照文献1常晓玲.电气控制系统与可编程控制器 M.北京：机械工业出版社，. 1.2孙振强，王晖，孙玉峰.可编程控制原理及应用教程 M.北京：清华大学出版社，.2.3唐宇毅.电厂含油工业污水解决PLC控制系统设计D.广州：广东工业大学出版社，.4廖常初.PLC编程及应用 M.北京：机械工业出版社，.2.5张培山，钟昆.基于PLC工业污水解决厂自控系统实现J.控制系统,5（1）：82-83.6李英辉，赵豫龙，戴青云.基于PLC中水解决系统J.石家庄职业技术学院报,6（4）76-78.7何献忠.工业工业污水解决PLC控制应用J.湖南冶金职业技术学院学报，43（4）：86-87.8张燕宾.SPWM变频调速应用技术（第3版）M.北京：机械工业出版社，.153.9程玉华.西门子S7-200工程应用实例分析 M.北京：电子工业出版社，.1.10陶权，吴尚庆.变频器应用技术 M.广州：华南理工大学出版社.1.附录.控制程序采样子程序：L #DB_No T LW 0 OPN DB LW 0 /打开数据块 L #PIW_Addr SLD 3 /形成输入地指针址 T LD 4 L #DBW_Addr SLD 3 /形成数据块地指针址 T LD 8 L #CH_LEN /以要读入通道数为循环次数NEXT：T LW 0 L LD 4 LAR1 L PIW AR1,P#0.0 /采集模仿量 装入累加器1 T LW 2 L LD 8 LAR1 L LW 2 T DBW AR1,P#0.0 /将累加器1内容存入数据块中 L LD 4 + L#16 /调节输入地址指针，指向下一通道 T LD 4 L LD 8 + L#16 /调节数据块地址指针，指向下一存储地址 T LD 8 L LW 0 /将循环次数计数器LW0值装入累加器1 LOOP NEXT /若累加器1值不为0，将累加器减1继续循环，若为0，则结束联锁子程序：Network1 A M 363.0 /判断标志位 R Q 0.0 /进行输出动作 A M 363.1 r Q 8.4 r Q 9.2Network2 /同网络1动作 A M 372.0 R Q 0.1 A M 372.1 R Q 6.4 R Q 9.3Network3 /同网络1动作 A M 381.0 R Q 0.2 A M 381.1 R Q 9.6 R Q 9.7Network4 A M 768.2 /207Low_bit R Q 8.4 /2-35 R Q 9.2 A M 778.2 /208 R Q 6.4 /2-37 R Q 9.3 A M 788.2 /209 R Q 9.7 /2-39 R Q 9.6 A M 768.1 /207High_bit R Q 0.0 A M 778.1 /208High_bit R Q 0.1 A M 788.1 /209High_bit R Q 0.2附录 某些接线图09/B2 09/B24 3 R1500欧姆FR1M13 FR2M23 PEFR3M33 U3 V3 W3KM9L34L24L141 R S T2西门子变频器3 MM4304U V W03/D310L16 L26 L36KM3 KM2 KM6L17 L27 L37 L18 L28 L38L15 L25 L35 KM5L1L2L3NL12L22L32N FU1 QF1 L11 L12 L21 L22 L31 L32变频器 潜水泵电机 转碟曝气机电机 AC220vM1M33 MM4304U V WRS485L NS7-200CPU 226+EM223L+2M1MMNLML+ EM235RA A+ A-P手动操作面板溶解氧仪图3-8工业污水解决系统PLC硬件接线图此图同3-2电气控制系统总框图急停 I0.0手动方式 I0.1自动方式 I0.2自动启动 I0.3确认 I0.4 操作面板 I2.1粗格栅液位计 I2.2细格栅液位计 I2.3进水泵高位 I2.4进水泵低位 I2.5回流泵高位 I2.6回流泵低位 I2.7 N 1L Q0.0 KM1 粗格栅机启动 Q0.1 KM2 清污机启动 Q0.2 KM3 潜水泵启动 Q0.3 KM4 细格栅机启动 Q0.4 KM5 分离机启动 Q0.5 KM6 曝气机工频启动Q0.6 KM7 曝气机变频启动Q0.7 KM8 潜水搅拌机启动Q1.0 KM9 刮泥机启动Q1.1 KM10 污泥回流泵启动2L Q1.2 KM11 离心式脱水机启动Q1.3 潜水泵报警显示面板 Q1.4 污泥回流泵报警 附录 硬件电路图