國家職業(yè)資格全省統(tǒng)一鑒定維修電工技師PLC在污水處理方面的應用

1、plc在污水處理方面的應用國家職業(yè)資格全省統(tǒng)一鑒定維修電工技師(國家職業(yè)資格二級)文章題目 ： plc在污水處理方面的應用姓 名 : 身份證號 : 所在省市 : 江 蘇 常 州 所在單位 : 江蘇省常州技師學院 plc在污水處理方面的應用 摘要:現(xiàn)在,plc技術已經(jīng)成為自動化控制的主要方式,且在各方面的應用都很廣泛。例如,污水處理方面，為了更有效的治理污水,獲得最大的收益,我們以西門子s7-200系列plc作為控制核心,結合在現(xiàn)代污水處理方面較為流行的序列間歇式活性污泥法即sbr處理工藝，介紹plc控制技術在污水處理方面的應用。 關鍵詞:plc 程序 調試 一、污水處理系統(tǒng)介紹 用plc來控制

2、污水處理系統(tǒng),一方面提高了整個工作流程的速度,使得控制更為方便,且操作程序簡單,容易上手,更有利于做遠程控制;另一方面使得工作更加的可靠,因為以往的污水處理基本上都是使用的接觸器來進行人工操作的,使用起來費時費力,時間一長接觸器的觸頭會發(fā)生氧化,導致一系列的事故發(fā)生.現(xiàn)在隨著plc技術的不斷更新,應用范圍也越來越廣,我們這次就選用西門子plc為例,結合sbr污水處理系統(tǒng)來進行一系列的改造設計。 1、污水處理系統(tǒng)主要組成部分如圖1-1所示.圖1-1 污水處理系統(tǒng)主要組成 ( 1 )進水系統(tǒng) 進水系統(tǒng)主要有進水管道和進水泵房組成,進水管道主要有粗格柵機和細格柵機組成,進水泵房主要有兩臺潛水泵組成。

3、進水管道的主要功能是將污水中的大塊物體排除其中的粗格柵機是根據(jù)程序的設定時間來進行間歇工作的,清污機的運行和停止是根據(jù)粗格柵兩邊的液位差來決定的,當液位差超過某值時工作,小于某值時停止.潛水泵的動作是通過安裝在泵房外的液位傳感器來決定的,當液位較高時啟動一臺泵,當液位較高時啟動兩臺泵,若液為持續(xù)升高則發(fā)出報警。( 2 )曝氣系統(tǒng) 曝氣反應系統(tǒng)主要設備是曝氣機,在反應池中裝有溶解氧儀對污水中的含氧量進行檢測,根據(jù)其反饋到plc的值來控制曝氣機的運行,改變污水中的攪拌狀態(tài),使它們充分混合接觸。污泥回流系統(tǒng)的污泥泵將不需要的泥進行處理,該設備的工作狀態(tài)主要根據(jù)泵房外液位傳感器的狀態(tài)當液位低于某個值時

4、停止運行,處于正常時污泥泵正常運行。 ( 3 )沉淀系統(tǒng) 沉淀系統(tǒng)的主要設備為刮泥機,其功能是對經(jīng)過曝氣以后的進行物理沉淀,將污泥與清水分離,刮泥機在整個系統(tǒng)啟動的時候就開始持續(xù)運行。 ( 4 )脫水系統(tǒng) 脫水系統(tǒng)的主要設備為脫水機,其功能為對經(jīng)過處理過的污泥進行脫水處理.脫水機主要有聚合物泵、污泥機和切割機構成,它們的啟動順序依次為:聚合物泵、污泥機和切割機。2、污水處理系統(tǒng)中電氣部分介紹在該系統(tǒng)中plc為核心控制器,它通過檢測面板上按鈕的輸入、各類傳感器的輸入,以及相關模擬量的輸入,完成相關設備的運行、停止和調速控制，同時還可以對整個系統(tǒng)的工作流程進行監(jiān)控。污水處理系統(tǒng)總體框圖如圖1-2所

5、示。 圖1-2 電氣控制系統(tǒng)總體框圖 ( 1 )西門子plc 西門子s7-200系列plc的特點 s7-200系列plc是西門子公司于1995年推出的具有很高性價比的微型plc。 在結構上，s7-200系列plc具有體積小、重量輕、結構緊湊等特點，即可以用接線端子進行接線，同時在接線端子上還有面板保護，防止無意中觸碰到接線頭，而且在plc的底部設計有din導軌安裝機構和安裝孔，可以滿足水平或者垂直方向的安裝要求。 在功能上，s7-200系列plc的用戶程序和全部數(shù)據(jù)都可以存放在eeprom中，永不丟失，即使是存放在ram中的臨時數(shù)據(jù)，在突然意外斷電時，也可以對其在停電那一時刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)進行保護

6、，最長保持時間為100h。位操作時間已縮短到0.37us，使cpu的響應是速度有較大的提高，同時在cpu上集成了高速計數(shù)器，可計數(shù)速率為30khz；也集成了高速脈沖輸出功能，既能以脈沖寬度可調（pwm）方式輸出，又能以高速脈沖串（pto）方式輸出，輸出速率可達20khz。 plc的工作原理在plc啟動運行后，其工作過程一般分為輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段、輸出刷新三個階段。完成上述三個階段即為一個掃描周期。(1 輸入采樣階段 plc在輸入采樣階段，先掃描所有輸入端子，并將各輸入端子狀態(tài)存入各自對應的輸入元件映像寄存器，此時，輸入元件映像寄存器被刷新，接著進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段或輸出

7、刷新階段，輸入元件映像寄存器與外界隔離，無論輸入端子信號如何變化，輸入元件映像寄存器中的內容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才將輸入端的新狀態(tài)寫入到寄存器中。(2 用戶程序執(zhí)行階段 根據(jù)plc梯形圖程序掃描規(guī)則，plc按照先左后右，先上后下的順序執(zhí)行程序。當指令中涉及輸入/輸出狀態(tài)時，plc從輸入映像寄存器中“讀入”對應輸入端子的狀態(tài)，從輸出映像寄存器“讀入”對應輸出映像寄存器的當前狀態(tài)。然后，進行相應的運算，運算結果再存入元件映像寄存器中，對元件映像寄存器來說，每一個元件（輸出軟繼電器）的狀態(tài)會隨程序的執(zhí)行過程而變化。 (3 輸出刷新階段 在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中所有

8、輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存寄存器中，通過一定法式輸出驅動外部負載。對于小型plc，i/o點數(shù)較少，用戶程序較短，用集中采樣集中輸出的工作方式雖然在一定程度降低了系統(tǒng)的響應速度，但從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。大中型plc因i/o點數(shù)多，控制能力強，用戶程序長，為提高響應速度可以采用定周期輸入采樣，輸出刷新，也可采用直接輸入采樣，直接輸出刷新，中斷輸入/輸出和智能化i/o接口等法式。 ( 2 )接觸器 在污水處理系統(tǒng)中,所有的設備都是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者傳感器的反饋值進動作的,因此需要plc根據(jù)當前的情況以及按鈕的情況來控制所有設備的啟停,主要的接

9、觸器有:格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水機接觸器、曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、污泥回流泵接觸器. (1 格柵機接觸器 格柵機接觸器包括兩個：一個是置于粗格柵處，控制粗格柵處的格柵機；一個是置于細格柵處，控制細格柵處的格柵機。根據(jù)程序的執(zhí)行或者操作面板上的按鍵的情況，控制兩個格柵機的啟動和停止。 (2 清污機接觸器 清污機接觸器包括兩個：一個是置于粗格柵處，控制粗格柵處的清污機；一個是置于細格柵處，控制細格柵處的轉鼓清污機。根據(jù)格柵兩側的液位差或者控制面板上按鍵的情況,控制聯(lián)合個清污機的運行和停止。 (3 潛水機接觸器 潛水機接觸器有兩個,分別控制兩臺潛水泵,通過潛水泵房的液面高度或者控制面

10、板上按鍵的情況,控制兩臺潛水泵的運行和停止。 (4 曝氣機接觸器 曝氣機接觸器有四個接觸器,每個曝氣機都有兩個接觸器,其中一個接到工頻電網(wǎng),另一個是連接到變頻器。根據(jù)污水中的溶氧量或者操作面板上的按鍵情況,控制兩臺曝氣機的運行和停止,以及在運行時是處于變頻運行還是工頻運行。 (5 潛水攪拌機接觸器 潛水攪拌機接觸器是連接潛水攪拌機和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或者面板上按鍵的情況，控制潛水攪拌機的運行與停止。 (6 污泥回流泵接觸器 污泥回流泵接觸器是連接污泥回流泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過污泥回流泵房中液位的高低或者操作面板上的狀態(tài)，控制污泥回流泵的運行和停止。 ( 3 )變頻器 我們所使

11、用的是西門子系列mm430變頻器，它是一種風機負載專用變頻器，能適用于各種變速驅動系統(tǒng)，尤其使用于工業(yè)部門的水泵和風機。具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結構和功能，便于工作人員進行操作。我們在系統(tǒng)中所使用的參數(shù)設置如下表2-1所示。 圖2-1 變頻器參數(shù)設置表 ( 4 )各類按鈕 在這個控制系統(tǒng)的自動操作中，采用三種機械按鈕，控制污水處理系統(tǒng)的啟動和停止，自動按鈕使用旋鈕；自動啟動按鈕采用觸點觸發(fā)式按鈕；急停按鈕使用旋轉復位按鈕，按下后系統(tǒng)停止，旋轉后自動彈起復位。 ( 5 )傳感器 對格柵處的清污機進行控制，需要監(jiān)測格柵兩側的液面差,在該系統(tǒng)中選用液位傳感器,當污水的液位達到傳感器的位置時

12、,使傳感器接通,同時將該信號傳送給plc控制器,進行分析計算,從而控制清污機的狀態(tài)。二、 程序設計 由于污水處理系統(tǒng)中所使用的接觸器比較多,所以我們在選擇plc的時候選用點數(shù)比較多的型號,cpu的型號用226.該類型的plc具有24個輸入點和16個輸出點,共40個i/o點.2個模擬量電位器,最多可以擴展35個ai/ao點.同時又6路高速計數(shù)器,2路高速脈沖輸出,2個rs-485通信/編程口,與其它類型的plc相比有較多的通信口，通信能較強。1、污水處理系統(tǒng)的工作原理圖，見附錄圖3-1。 2、污水處理系統(tǒng)plc輸入地址表，如圖3-2所示。圖3-2 輸入地址表3、污水處理系統(tǒng)plc輸出地址表，如圖

13、3-3所示圖3-3 出地址表4、污水處理系統(tǒng)的工作過程在自動方式下,進行閉環(huán)控制,系統(tǒng)根據(jù)檢測到的外部傳感器的狀態(tài)對設備進行啟?？刂?其工作過程如下：( 1 ) 接通電源,啟動自動控制方式,啟動潛水攪拌器和刮泥機。( 2 ) 啟動粗細格柵機,進行間歇運行。( 3 ) 根據(jù)反饋回來的液位差狀態(tài)控制清污機的運行和停止。( 4 )進水房中的潛水泵根據(jù)液面的高低進行運行、停止以及運行數(shù)量的控制。( 5 ) 曝氣機根據(jù)溶解氧儀的反饋的模擬量經(jīng)plc的運算后進行控制,同時控制分離機的動作。( 6 )污泥回流泵的啟動和停止根據(jù)液面的高低進行控制。( 7 ) 在污泥脫水系統(tǒng)中,脫水機的啟動采用順序控制方式,依

14、次啟動其設備。5、總的工作流程自動方式下，系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認后系統(tǒng)運行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾方面：（1 系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認按鈕，啟動潛水攪拌機和刮泥機。（2 啟動粗格柵系統(tǒng)。（3 啟動潛水泵。（4 啟動細格柵系統(tǒng)。（5 啟動曝氣反應系統(tǒng)。（6 啟動污泥回流系統(tǒng)。（7啟動污泥脫水系統(tǒng)。（注：以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照plc檢測到的傳感器的狀態(tài)進行啟動的）6、污水處理分系統(tǒng)流程 在自動控制流程圖中，調用了各個系統(tǒng)的程序，主要包括粗格柵系統(tǒng)程序、潛水泵程序、細格柵系統(tǒng)程序、曝氣程序系統(tǒng)、污泥回流泵系統(tǒng)、以及脫水系統(tǒng)程序。 粗格柵系統(tǒng)程序主要控制粗格柵機

15、和清污機的運行，其工作過程如下：（1 自動過程開始啟動粗格柵機，定時20min。（2 定時到，停止運行粗格柵機2h.（3 2h后,運行粗格柵機20min,循環(huán)進行.（4 同時檢測液面差,若超過設定值則啟動清污機.（5 液面差低于設定值則停止清污機.系統(tǒng)工作流程如下3-4所示. 圖3-4 粗格柵流程圖 潛水泵程序主要控制2臺潛水泵的運行和停止,其工作過程包括以下幾方面:（1 自動過程開始啟動1#泵.（2 檢測液面高度,低于最低位傳感器時,開始定時防止誤判.（3 定時到后,若仍然低于最低位傳感器時,則停止1#運行,否則1#泵繼續(xù)運行.（4 檢測液面處于中位和高位傳感器之間時, 開始定時防止誤判.（

16、5定時到后,液面仍處于中位和高位傳感器之間,則啟動2#泵.若液面持續(xù)高于到位傳感器,則輸出報警.其工作流程圖如3-5所示. 圖3-5 潛水泵流程圖細格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)相似,主要控制細格柵機和清污機的運行,其工作過程如下:（1 自動過程開始啟動細格柵機, 定時20min。（2 定時到，停止運行粗格柵機2h.（3 2h后,運行粗格柵機20min,循環(huán)進行.（4 同時檢測液面差,若超過設定值則啟動清污機.（5 液面差低于設定值則停止清污機. 細格柵工作系統(tǒng)如圖3-6所示.圖3-6 細格柵工作系統(tǒng)流程圖污泥回流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運行和停止, 其工作過程如下:（1 自動過程開始首先檢測液

17、面高低,若低于最低位傳感器,啟動定時.（2 定時到,若液面仍處于最低位傳感器則停止回流泵運行.（3 若液面處于最高位和最低位之間,啟動污泥回流泵.(4 檢測液面處于中位和高位傳感器之間,則開始定時防止誤判.(5 若液面高于最高位傳感器時,啟動定時.(6 定時到,若液面仍高于最高位傳感器時,輸出報警信號. 污泥回流泵系統(tǒng)工作流程如圖3-7所示. 圖3-7 污泥回流泵流程圖 污泥脫水系統(tǒng)主要控制脫水機等設備的運行和停止, 其工作過程如下: （1 自動過程開始首先啟動脫水機,啟動定時。 （2 定時到,啟動聚合物泵,啟動定時。 （3 定時到,啟動污泥泵和切割機。 污泥脫水系統(tǒng)的工作流程圖如3-8所示。

18、圖3-8脫水機流程圖 7、污水處理分系統(tǒng)程序 （1 啟動程序（2粗格柵程序（3 細格柵程序（4 回流污泥系統(tǒng)程序（5 脫水系統(tǒng)程序（6 曝氣系統(tǒng)程序 （7主程序 8、調試與監(jiān)控 （ 1 ）調試 整個污水系統(tǒng)的調試主要是軟件方面的調試，在程序編寫完畢后，我們利用s7-200系列的仿真軟件在電腦上對程序進行試運行，主要檢查是否存在各種編程錯誤或者是一些邏輯性的錯誤。調試時可以分塊進行，根據(jù)不同功能的模塊進行針對性的調試，這樣可以避免調試時出現(xiàn)混亂的狀態(tài)，造成運行設備的損壞，然后在進行整體的調試。 而在整個的調試過程中，我們要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來不斷地調整清污機、潛水泵、污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計反饋回來的狀態(tài)信息進行判斷處理，然后再進行輸出控制。（ 2 ）監(jiān)控 該監(jiān)控系統(tǒng)是由mcgs來完成的.mcgs在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中占有很大的市場,應用也很廣泛,這是由于它具有操作簡單,控制程序容易掌握,且畫面簡潔明了,不需額外的加裝監(jiān)控設備,只需與pc相連即可. 在整個設備投入運行的時候我們對該系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，并且對相應時間段進行采樣檢測，保證每個工作流程都能正常運作。同時在出現(xiàn)問題時能夠及時地發(fā)現(xiàn)與處理。 三、附錄答謝詞