基于PLC的污水凈化處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于PLC的污水凈化處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹了利用西門子公司的S7-224型PLC，來實(shí)現(xiàn)含氧化鐵雜質(zhì)的污水凈化處理系統(tǒng)的自動控制，本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件配置以及軟件設(shè)計(jì)流程圖，并且介紹了編程中的關(guān)鍵問題。
關(guān)鍵詞：PLC 污水凈化處理系統(tǒng) 順序功能圖 故障診斷 硬件配置 編程方法 競爭調(diào)度算法

Abstract: This paper introduced a method of automatic control system design which decontaminate sewage carried with Oxidized iron impurity ,control system based on PLC type of S7-224 belong to Siemens company. in this paper the system‘s hardware and software is also introduced in detail.
Keywords: PLC; sewage treatment system; sequential function chart; Break down diagnosis; hardware; programming-skill; competition adjusting calculate way

1、前言：

在冶金企業(yè)中，有大量的工業(yè)用水用于冷卻，為此每天要消耗大量的水資源，由于用過的冷卻水中含有大量的氧化鐵雜質(zhì)，不宜多次循環(huán)使用。為了保護(hù)環(huán)境、節(jié)約用水，需要對含有氧化鐵雜質(zhì)的污水進(jìn)行凈化處理。

2、系統(tǒng)介紹：

污水凈化處理系統(tǒng)組成示意圖如下：

圖1、污水凈化處理系統(tǒng)組成示意圖

2.1工藝流程介紹：

（1） 濾水工序：打開進(jìn)水閥和出水閥，污水流經(jīng)磁濾器時，如果磁濾器的線圈一直通電，則污水中的氧化鐵雜質(zhì)會吸附在磁濾器的磁鐵上，使水箱中流出的是凈化水。

（2） 反洗工序：濾水一段時間后，必須清洗附著在磁鐵上的氧化鐵雜質(zhì)。這時只要切斷磁濾器線圈的電源，關(guān)閉進(jìn)水閥和出水閥，打開排污閥和壓縮空氣閥，讓壓縮空氣強(qiáng)行把水箱中的水打入磁濾器中，沖洗磁鐵，去掉附著的氧化鐵雜質(zhì)，使沖洗后的污水流入污水池，進(jìn)行二次處理。

2.2控制任務(wù)和要求：

（1） 兩臺機(jī)組的濾水工序，可單獨(dú)進(jìn)行，也可同時進(jìn)行。而反洗工序只允許單臺機(jī)組進(jìn)行，一臺機(jī)組反洗時，另一臺必須等待。兩臺機(jī)組同時要求反洗時，1號機(jī)組優(yōu)先。

（2） 為保證濾水工序的正常進(jìn)行，在每臺機(jī)組的管道上均安裝了壓差檢測儀表，只要出現(xiàn)了“管壓差高”信號，則應(yīng)立即停止濾水工序，自動進(jìn)入反洗工序。

（3） 為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，將每臺機(jī)組的磁濾器及各個電磁閥線圈的接通信號反饋到PLC的輸入端，一旦某一輸入信號不正常，要立即停止系統(tǒng)工作，這樣可避免發(fā)生故障。

（4） 執(zhí)行器輸出故障檢測及報警。

3、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

3.1硬件設(shè)計(jì)：

（1） 確定PLC的CPU型號和擴(kuò)展模塊型號：

下表為凈水器的1號機(jī)組的輸入和輸出地址分配表：

1號機(jī)組的輸入/輸出地址分配表

因?yàn)?號機(jī)組和2號機(jī)組的工作原理相同，故凈水系統(tǒng)總的輸入點(diǎn)數(shù)為18點(diǎn)，總的輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)。為此選擇西門子公司的S7-200系列的CPU224可編程控制器和S7-200的數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223，它們可以提供22點(diǎn)輸入和18點(diǎn)輸出。

（2） 壓差檢測儀表的選擇：壓差檢測儀表的作用是檢測磁濾器的入口和出口的壓差，如果壓差過高，表示磁濾器有堵塞故障，需要進(jìn)入反洗工序。壓差檢測儀表應(yīng)該具有設(shè)定壓差、顯示壓差、壓差信號輸出功能。綜上所述選擇美國德威爾公司（dwyer）的3000IMR系列的Photohelic壓力表/開關(guān)。

（3） 其它的輸入和輸出元件的選擇比較容易，限于篇幅限制，從略。

3.2軟件的設(shè)計(jì)：

根據(jù)凈水機(jī)組的工藝要求和控制任務(wù)設(shè)計(jì)如下的順序功能圖：

圖2、凈水機(jī)組的控制系統(tǒng)順序功能圖

根據(jù)以上的順序功能圖，很快能寫出梯形圖，在此不詳細(xì)列出梯形圖。只列出梯形圖設(shè)計(jì)的幾個小技巧：

（1） PLC的其它編程元件的地址和作用在順序功能圖上有明確的標(biāo)示，故沒有列表。

（2） 為了避免系統(tǒng)工序的切換所造成的沖擊，閥門和磁濾器的開啟和關(guān)閉采用延時順序動作。

（3） 1號機(jī)組和2號機(jī)組的反洗工序的調(diào)度算法：如果1號機(jī)組和2號機(jī)組同時進(jìn)入反洗工序，由于2號機(jī)組延時0.1秒，故1號機(jī)組優(yōu)先執(zhí)行;如果不同時進(jìn)入反洗工序，由于1號機(jī)組和2號機(jī)組反洗工序有互鎖功能，則哪個機(jī)組先進(jìn)入反洗工序，另一機(jī)組只能等待。

（4） 故障診斷子程序：

（4.1）故障診斷子程序的作用：

相對于PLC而言，外部輸出器件如電磁閥、磁濾器容易出現(xiàn)故障。如果電磁閥和磁濾器出現(xiàn)故障而不能及時處理，容易造成系統(tǒng)工作不正常，甚至?xí)p壞系統(tǒng)。處理的方法是：外部主要輸出器件如果出現(xiàn)故障，必須停機(jī)并且報警，提醒工作人員維修。

（4.2）故障診斷子程序的設(shè)計(jì)：

本控制系統(tǒng)共有8個故障診斷子程序，它們的故障診斷算法都是類似的。具體的算法是：如果某個線圈通電，對應(yīng)的常開輔助觸點(diǎn)應(yīng)該閉和;如果沒有閉和，判斷該器件損壞。如果某個線圈斷電，對應(yīng)的常閉觸點(diǎn)應(yīng)該閉和;如果沒有閉和，判斷該器件損壞。下面以故障診斷子程序1為例，談?wù)劰收显\斷子程序的實(shí)現(xiàn)。

故障診斷子程序的梯形圖見右圖。它用順序功能的邏輯語言解釋如下：在M1.1步即｛濾水工序｝如果磁濾器或者出水閥或者進(jìn)水閥沒有打開、或者排污閥或者壓縮空氣閥打開了，則報警并且進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。

（5） 磁濾器的壓差保護(hù)：如果磁濾器的入口和出口壓差大于設(shè)定壓差，則濾水工序無條件結(jié)束，順序進(jìn)入反洗工序。

4、本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：

利用PLC實(shí)現(xiàn)了污水凈化處理系統(tǒng)的自動控制，詳細(xì)介紹了污水凈化處理控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方法。軟件設(shè)計(jì)給出了控制系統(tǒng)的順序功能圖，并且采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。硬件設(shè)計(jì)采用了壓差檢測儀表，保證濾水工序的性能指標(biāo)并且有防止濾水器堵塞的功能。由于采用PLC作為控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，系統(tǒng)很少出故障;由于控制系統(tǒng)的控制算法由軟件實(shí)現(xiàn)，易于系統(tǒng)升級，易于聯(lián)網(wǎng)。為了解決1號機(jī)組和2號機(jī)組在反洗工序競爭的問題，采用了延時和互鎖的算法。為了保證系統(tǒng)可靠地工作，設(shè)計(jì)了外部輸出器件自診斷程序，能夠判斷外部執(zhí)行器是否工作正常并且自動進(jìn)入故障處理步驟。使系統(tǒng)有一定的自診斷智能，保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。

參考文獻(xiàn)：
[1]郭照新，李潮，張學(xué)東.PLC在一體化反應(yīng)器污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006.7：1-3
[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2005
[3]西門子公司 S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊