发布时间 : 星期一 文章基于PLC的污水处理控制系统设计毕业设计(论文)更新完毕开始阅读b4cd8c423a3567ec102de2bd960590c69ec3d8f4
1）PLC及扩展模块。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、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7—200系列PLC作为污水处理系统的电气控制系统的控制主机。由于污水处理电气控制系统涉及较多的输入输出端口，其控制过程相对复杂，因此采用CPU226作为该控制系统的主机。
CPU226在污水处理系统中使用的数字量输入点和输出点都比较多，因此除了PLC主机自带的I/O外，还需要扩展一定数量的I/O扩展模块。由于本系统总共有49个数字输入量和24个数字输出量，CPU226具有24个输入点和16个输出点，因此采用4个EM223输入/输出混合扩展模块，8点DC输入8点输出型，可以满足控制系统的I/O需求。
在该系统中，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此需要在扩展一个模拟量输入输出扩展模块。西门子公司专门为S7—200系列PLC配置了模拟量输入输出模块EM235，该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力，可满足控制系统的功能要求。
2）变频器。该系统选用的变频器是西门子MM430变频器，它是一种风机水泵负载专用变频器，能适用于各种变速驱动系统，尤其是适用于工业部门的水泵和风机。该型变频器，具有能源利用率高的特点，优化了部分结构与功能，便于工作人员进行操作，实现功能强。它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。
在此控制系统中，需要对变频器进行通信控制，因此需先对变频器的参数进行设置，主要对一下几个参数进行调整，如表2-5所示。
表2-5 变频器参数设置表
参数号 P0005 P0700 P1000 P1300 P2010 P2011 参数值 21 2 2 2 6 1 说明 显示实际频率 由端子排输入 模拟输入 可用于可变转矩负载 9600baud USS地址 电动机类型 电动机额定电压 电动机额定电流 电动机额定频率 电动机额定转速 P0300 根据具体电动机设置 P0304 根据具体电动机设置 P0305 根据具体电动机设置 P0310 根据具体电动机设置 P0311 根据具体电动机设置 对于此系统中的变频器，在进行手动调试时采用通信控制，因此需要将变频器的参数进行重新设置，通过对已编址的变频器发送控制命令，实现对变频器的
控制，即将表2-5所示中的P0700和P1000的参数值都改为5，就可进行通信控制；在自动控制方式下，通过改变变频器的参数值，实现变频器的模拟控制，即如表2-5所示。在此系统中，只是用了一个变频器，因此控制变频器的地址为1。 3）各种电机和泵。格栅机型号选用WL-GS300-1500，标准沟深为1535 mm，粗格栅栅隙：22 mm，细格栅栅隙：6 mm。清污机型号选用回转齿耙式清污机，清污刮板传动装置宜采用回转式输送链。潜水泵型号选用WQ30-20-3，流量：30 m3/h，扬程：20 m，功率：3 kw，额定电压：380 V，同步转速3000 r/min。转碟曝气机型号选用YHG1800-A，经济转速：50 rpm，转碟直径：1800 mm，浸没水深：680 mm。潜水搅拌机型号选用QJB，最高介质温度不超过40℃，介质的PH值在5-9间，长期潜水运行，潜水深度一般不超过20 m。污泥回流泵型号选用0JB—W15，电机功率：15 kw，额定电流：41 A，叶轮直径：400 mm。刮泥机型号选用ZBG周边传动刮吸泥机，周边线速度：2.5 m/min，单边功率：0.37 kw，排泥管径：300 mm，处理水量：283 m3/h。离心式脱水机型号选用SX系列三足式，转速：1000 r/min，电机功率：11 kw，分离因数：560 Fr，工作容积：140 L。
4）溶解氧仪。用于测量锅炉给水、蒸汽、超纯水、凝结水、除氧剂出口，以及工厂使用氧气处理化学过程中的含氧量，并根据设定值进行给养控制，其输出信号主要有两种形式：4~20 mA或0~20 mA（电流形式），0~5 V或1~5 V DC（电压形式）。在此控制系统中，采用溶解氧仪的电流输出信号，将其通过PLC的扩展模块送入PLC主机进行处理。
本次选用PH/溶解氧测量仪型号：SA29-MP525。测量范围：pH：（-1.999~19.999）pH mV：±1999.9 mV，溶解氧：（0~40.00）mg/L(ppm)；（0~200.0）% 温度：（-10~110）℃精确度：pH：±0.002 pH mV：±0.03% FS 溶解氧：±0.10 mg/L 温度：±0.4 ℃，自动温度补偿：pH：（0~100）℃ 溶解氧：（0~45）℃，其他参数：数据储存：900组，通讯接口：RS232，电源：DC9V/300mA。其特点是高精度的pH+溶解氧双参数仪表。配用2503型pH电极，可用于离子强度较低、浑浊液体和胶体溶液的测量。可设定高纯水和加氨纯水二种特殊的pH测量模式，适合电力、石化等行业使用。新型的溶氧电极有盐度测试功能，自动实现盐度补偿和温度补偿；仪器内置气压传感器，自动实现气压补偿。极谱型溶氧电极，极化时间短，响应快，测量准确。
5）各类按钮。在这个控制系统的自动操作中，采用三种机械按钮，控制污水处理系统的启动和停止，手动/自动按钮使用旋钮，即旋到一边接通，旋到另外一边就断开；自动启动按钮采用触点触发式按钮；急停按钮使用旋转复位按钮，按下后系统停止，旋转后自动弹起复位。
在手动控制状态时，对于每个设备都对应设置一组按钮，采用触点触发式按钮，即按下接通，松开复位。
6）液位传感器和液位差计。在进水泵房和污泥回流泵房都要安装液位传感器，本系统采用超声波液位传感器，均为数字量输入。对格栅处的清污机进行控制，需要检测格栅两侧的液面差，在该系统中利用液位差计，选用超声波液位差计。本次选用的液位差计也是数字量输入到PLC中的，在液位差计中预先设置好设定值。当液位差超过预设的数值时，数字量信号输入到PLC中，进而控制清污机运行，清除大颗粒的污染物，保障污水流动通畅；在液位差未超过设定值时，清污机处于停止状态，这样就可大大减少设备损耗。
7）接触器。在控制系统中，所有设备是根据控制面板上的按钮情况或者根
据传感器的反馈值进行动作的，因此需要PLC根据当前的工作情况，以及按钮的情况来控制所有设备的启停，在此用到了大量接触器：如格栅机接触器、清污机接触器、潜水泵接触器、分离机接触器、转碟曝气机接触器、潜水搅拌机接触器、刮泥机接触器等。为此该系统选用施耐德LC1-D0901M5C交流接触，其额定电压220 V，额定电流9 A。其特点有：高标准：符合IEC60947-4-1和GB14048.4标准。长寿命：机械寿命高达2000万次；电寿命高达200万次。强适应性：“TH”防护处理，可以在湿热的环境中使用。宽电压：线圈控制电压在70%-120%Uc之间波动，不影响产品正常工作。强通用性：具有50Hz-60Hz通用线圈，可以全世界通用。模块化：产品本体上可以附加辅助触头，通电/断电延时触头，机械闭锁等模块。也可以很方便地组合成可逆接触器、星—三角起动器。
（1）格栅机接触器。格栅机接触器包括两个：一个是置于粗格栅处，控制粗格栅处的格栅机；一个是置于细格栅处，用于控制细格栅处的格栅机。根据程序的执行或者操作面板上按键的情况，控制两个格栅机的运行与停止。
（2）清污机接触器。清污机接触器包括两个：一个是置于粗格栅处，控制粗格栅处的清污机；一个是置于细格栅处，用于控制细格栅处的清污机。根据格栅两侧的液位差或者操作面板上按键的情况，控制两个清污机的运行与停止。
（3）潜水泵接触器。潜水泵接触器包括有两个接触器，分别控制两台潜水泵，通过进水泵房的液面高度或操作面板上按键的情况，控制两台潜水泵的运行或者停止。
（4）转碟曝气机接触器。转碟曝气机接触器包括六个接触器，每个转碟曝气机都有三个接触器，一个是连接到工频正转电网的，一个是连接到工频反转电网的，另外一个是连接到变频器的。根据污水中的溶氧量或操作面板上的按键的情况，控制两台转碟曝气机的运行及停止，以及在运行时是处于变频还是工频运行状态。
（5）分离机接触器。分离机接触器是连接分离机和工频电网的接触器，分离机与转碟曝气机是同步运行，通过对转碟曝气机的控制完成对分离机的控制。
（6）潜水搅拌机接触器。潜水搅拌机接触器是连接潜水搅拌机和工频电网的接触器，通过程序的执行或操作面板上按键的状态，控制潜水搅拌机运行与停止。
（7）刮泥机接触器。刮泥机接触器是连接刮泥机和工频电网的接触器，通过程序的执行或操作面板上按键的状态，控制刮泥机的运行与停止。
（8）污泥回流泵接触器。污泥回流泵接触器是连接污泥回流泵和工频电网的接触器，通过污泥回流泵房中液面的高低或操作面板上按键的状态，控制污泥回流泵的运行与停止。
（9）离心式脱水机接触器。离心式脱水机接触器是连接离心式脱水机和工频电网的接触器，通过程序的执行或操作面板上按键的状态，控制离心式脱水机的运行与停止。
（10）聚合物泵接触器。聚合物泵接触器是连接聚合物泵和工频电网的接触器，通过程序的执行和操作面板上按键的状态，控制聚合物泵的运行与停止。
（11）污泥机及切割机接触器。污泥机及切割机接触器是连接污泥机及切割机和工频电网的接触器，通过程序的执行或操作面板上按键的状态，控制污泥机及切割机的运行与停止。
2.3 硬件电路
根据控制系统的功能要求，如表2-1、表2-2、表2-3、表2-4所示的I/O分配情况，以及图1-2所示的电气控制系统总体框图，设计出污水处理控制系统的硬件连线图，控制面板上的手动控制部分主要在调试系统时使用，调试完成后基本处于闲置状态。本次硬件连线图是用AutoCAD软件进行绘制的，共绘有16张A4图纸，包括主电路、PLC及扩展、PLC输入回路和PLC输出回路。
2.3.1 主电路
主电路是各个电机和泵与电网的连接。如图2-1所示，为其中一张主电路连线图。
图2-1主电路
四台电机分别为粗格栅机（M1）、1#清污机（M2）、细格栅机（M3）、2#清污机（M4）。接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制M1、M2、M3、M4的工频运行；FR1、FR2、FR3、FR4分别为四台电机用作过载保护的热继电器；QF1为主电路的开关；FU1为主电路的熔断器。
2.3.2 PLC及扩展
PLC采用的是S7-200系列的CPU226，扩展模块包括数字量扩展模块：4个EM223和模拟量扩展模块：1个EM235。由于PLC和扩展模块的M和L+端子都需输入24V的直流电压，所以需采用一个直流电源DC1。如图2-2所示，为PLC及扩展图。