SBR污水處理實驗裝置PLC控制系統(tǒng)設計1資料講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。SBR污水處理實驗裝置PLC控制系統(tǒng)設計1-題目：SBR法污水處理實驗裝置PLC控制系統(tǒng)設計一、工藝簡介：SBR是序列間歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。SBR法污水處理實驗裝置如下圖所示，1、5、12均為水箱，2為水泵，3、11為電磁閥，4為水流量計（用于檢測注水流量情況，產(chǎn)生模擬量電流信號），6為攪拌電機，7為曝氣頭（有三個），8為充氣泵，9為氣體流

2、量計（用于檢測充氣流量情況，產(chǎn)生模擬量電流信號），10為排水斗。主要工藝過程簡介如下：1、注水。此時3打開，2工作，將1內的污水泵入5（內有活性污泥），4可以檢測水流量，其余裝置均處于不工作狀態(tài)，注水過程持續(xù)一定時間（預先設定好或由人實時控制）后結束，3閉合，2停止工作。下面進入曝氣階段。2、曝氣。此時8工作，通過7將空氣泵入5，9可以檢測空氣流量，其余裝置均處于不工作狀態(tài)，曝氣過程持續(xù)一定時間（預先設定好或由人實時控制）后結束，8停止工作。下面進入攪拌階段。3、攪拌。此時6工作對5中物質進行攪拌，其余裝置均處于不工作狀態(tài)，攪拌過程持續(xù)一定時間（預先設定好或由人實時控制）后結束，6停止工作。下

3、面進入沉淀階段。4、沉淀。此時所有裝置均處于不工作狀態(tài)，讓5水中的雜質沉淀，沉淀過程持續(xù)一定時間（預先設定好或由人實時控制）后結束。下面進入排水階段。5、排水。此時11打開，5上部的清水可由10排入12，然后再排向別處，其余裝置均處于不工作狀態(tài)，排水過程持續(xù)一定時間（預先設定好或由人實時控制）后結束，11閉合。下面又進入注水階段，開始新的循環(huán)。硬件系統(tǒng)配置：根據(jù)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復雜程度，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子S7-200系列作為污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機。由于污水處理電氣控制系統(tǒng)涉及較多的輸入/輸出端口，其控制過程相對復雜，因此采用CPU

4、226作為該控制系統(tǒng)的主機。在污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點和輸出點都比較多，因此除了PLC自帶的I/O外，還需擴展一定數(shù)量的I/O擴展模塊，在此，采用EM223輸入/輸出混合擴展模塊，8點DC輸入/8點DC輸出型，正好可以滿足控制系統(tǒng)的I/O需求。在該控制系統(tǒng)中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制功能的要求，因此需要再擴展一個模擬量輸入/輸出擴展模塊。西門子公司專門為S7-200系列PLC配置了模擬量輸入/輸出模塊EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強的輸出驅動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。數(shù)字量輸入配置：在此控制系統(tǒng)中，所需要的輸入量基本都屬于數(shù)字量，主要包括各種按鈕控制，旋鈕控制及數(shù)

5、字輸入。如下圖：輸入地址輸入設備I0.1自動控制按鈕I0.2停止按鈕I0.3手動控制按鈕I0.4手動控制注水按鈕I0.5手動控制曝氣按鈕I0.6手動控制攪拌按鈕I0.7手動控制排水按鈕數(shù)字量輸出：在這個控制系統(tǒng)中，主要輸出控制的設備有各種接觸器，閥門等，其具體分配，如圖：輸出地址輸出設備Q0.1進水電磁閥線圈Q0.2水泵接觸器Q0.3氣泵接觸器Q0.4攪拌電動機接觸器Q0.5機器電磁閥線圈模擬量輸入部分：由于要采集兩個傳感器所反饋的數(shù)據(jù)，因此擴展一個模擬量輸入/輸出模塊，具體I/O分配表，如圖：輸入地址輸出設備AIW0水流計量傳感器AIW1氣流計量傳感器模擬量輸出部分：在此控制系統(tǒng)中需要將采集

6、回來的模擬量進行數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸入口對變頻其進行控制，進而控制其他設備的運行。如表：輸出地址輸出設備AQW0經(jīng)PID運算輸出AQW1經(jīng)PID運算輸出根據(jù)控制的系統(tǒng)功能要求，根據(jù)上述表的I/O分配情況，設計出污水處理控制系統(tǒng)的硬件連接圖，如下圖1-1，此面板上的手動控制部分主要在調試系統(tǒng)時使用，調試完成后基本處于閑置狀態(tài)。其他硬件資源配置：接觸器在此污水處理系統(tǒng)中，所有的設備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器上的反饋值進行動作的，因此需要PLC根據(jù)當前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有的設備的啟停狀態(tài)。需要：進氣、進水電磁閥接觸器，水泵接觸器，氣泵接觸器，攪拌機接觸器。變頻器本

7、次設計采用的MM430系列變頻器是一種風機水泵專用變頻器。能適用于各種變速驅動系統(tǒng)，尤其適合用于工業(yè)部門的水泵和風機。該型變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結構與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)其控制功能。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)的自動啟動，手動啟動，急停的按鈕。在手動控制的狀態(tài)下，對于每個設備都對應設置一組按鈕，采用觸電觸發(fā)式按鈕，即按下接通，松開復位。圖1-1軟件系統(tǒng)設計：總體流程設計根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程可分為手動控制功能和自動運行功能。在手動控制模式下，每個設備可單獨運行，以測試設備的性能。手動模式在手動模式下，可單獨調用每個

8、設備的運行。在此模式下，可以通過按鈕對水泵、氣泵、電磁閥、攪拌機進行控制，對于水泵和氣流的控制，可以通過通過變頻器來改變其速度，以檢測調速性能。自動控制處于自動控制時，按下自動啟動按鈕后系統(tǒng)運行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個方面。系統(tǒng)上電后，啟動進水電磁閥和水泵。啟動氣泵，開始曝氣過程啟動攪拌機啟動排水電磁閥排水以上工作過程調用了各個控制系統(tǒng)的程序，主要包括進水系統(tǒng)程序，曝氣系統(tǒng)程序，攪拌系統(tǒng)程序，排水系統(tǒng)程序。梯形圖設計在設計過程中，會使用到很多中間繼電器，寄存器，定時器等軟元件，為了便于編程和修改，在程序編寫前應先列出可能用到的軟元件，如下表：元件意義內容備注M0.1手動方式標志o

9、n有效M0.2自動方式標志on有效M1.0注水啟動標志on有效M1.1曝氣啟動標志on有效M1.2攪拌機啟動標志on有效M1.3排水啟動標志on有效T37注水水泵運行時間20sT38曝氣氣泵運行時間20sT39攪拌機運行時間20sT40沉淀過程時間15sT41排水過程運行時間20s手動控制程序在系統(tǒng)上電后，控制方式選擇為手動方式時，可以通過面板上的按鈕控制每個設備的運行。手動控制系統(tǒng)主要是便于在生產(chǎn)線初裝時進行調試，檢測各個設備是否能正常運行，手動控制梯形圖程序如圖：在本系統(tǒng)中，幾個單獨的過程狀態(tài)都是互斥的，因此在軟件中采取軟件互鎖方式，也就是說同一時刻，只能有一個過程在系統(tǒng)中進行，不能同時進

10、行兩個不同的進程。手動模式的設置主要是為了方便系統(tǒng)的調試和維修工作。在調試時，可以對不同的設備進行調試，最后整個系統(tǒng)一起調試。在維修方面，如果系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)問題，也可以采用手動方式檢查，便于維修。而在生產(chǎn)過程中，主要是采用自動方式進行控制，下面就來介紹自動控制過程。自動控制程序在生產(chǎn)中，大多數(shù)采用自動過程進行控制，系統(tǒng)通過傳感器的反饋信號來控制設備的啟動和停止，以及調速控制，自動控制梯行圖如下圖：7、流量傳感器模擬量轉換根據(jù)比例關系有：(x-0)/(N-6400)=(100-0)/(32000-6400)x=(N-6400)/256所對應梯形圖程序：傳感器輸入信號為AIW0，經(jīng)CPU數(shù)字

11、處理及EM235運算后有AIW0輸出，氣體傳感器和水流傳感器原理相同，有AIW1及AQW1輸入/輸出，這里不再贅述。上位機組態(tài)設置1、使用可編程控制器作下位控制站/下位機，使用微計算機上位控制站/上位機，組成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對SBR法污水處理實驗裝置運行的控制。使實際工作中各環(huán)節(jié)過程的實時變化過程可以通過上位機控制機顯示在主機電腦界面上，實現(xiàn)實時控制。2、使用STEP7編程軟件對下位機編程，使下位機能夠根據(jù)外界輸入信息及來自上位機的指令的處理結果來對實驗裝置進行控制；使用WINCC組態(tài)軟件對上位機編程，編程控制畫面實現(xiàn)對下位機及實驗裝置的監(jiān)控。3、使用MCGS編輯顯示界面，如下圖：MCGS組態(tài)畫

12、面實現(xiàn)控制過程按下手動控制按鈕，系統(tǒng)進入手動控制過程。分別按下水泵、氣泵、攪拌機、排水的控制按鈕，分別實現(xiàn)各個功能。各功能過程實現(xiàn)互鎖。按下自動控制按鈕，系統(tǒng)進入自動循環(huán)過程，此時系統(tǒng)會自定進入工作狀態(tài)，分別進行注水、曝氣、攪拌、沉淀、排水的功能，并自動循環(huán)。直到按下停止按鈕結束。同時，這兩個控制狀態(tài)都可以隨時按下停止按鈕結束任意過程。兩個計量顯示表可以實時顯示出水流量計和氣體流量計的測得數(shù)據(jù)。個部分功能都可以在上位機顯示設備上被體現(xiàn)。自我評定仿真效果評定自動控制方式下，在實現(xiàn)上位機監(jiān)控界面上，按下啟動按鈕后，實驗設置即按上述工藝流程自動循環(huán)，無須認為干涉，但在上位機監(jiān)控頁面上對其進行檢測，并

13、可隨時按下停止按鈕停止實驗裝置的運行。手動控制方式下，在上位機監(jiān)控界面上監(jiān)測實驗裝置工藝流程，并可認為實時的控制工藝流程各個階段的運行與停止。手動控制方式與自動控制方式之間須存在互鎖關系，即在控制方式處于工作狀態(tài)下時，另一種控制方式被屏蔽。對誰流量計與氣體流量計發(fā)出模擬電流信號的處理：由下位機采集，在下位機內通過程序將其轉換為實際的物理量值，并在上位機監(jiān)控畫面中顯示出來。方案評定通過上下位機的控制和執(zhí)行實現(xiàn)了SBR污水處理法的全過程。設計心得能夠進行基本的上位機編程，熟練掌握西門子S7-200系列PLC，MCGS組態(tài)軟件等，在自己的努力和老師的悉心指導下成功實現(xiàn)自動手動控制切換。通過本次PLC系統(tǒng)實訓課程設計，是一次很好的鍛煉機會，鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結合開發(fā)、設計的能力，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。通過這次實訓鍛煉了實際操作的能力，掌握了簡單的PLC系統(tǒng)編程及組態(tài)監(jiān)控軟件的使用，對課堂上所學習的可編程控制器的相關知識加深了了解，也為將來的更好的實踐應用打下了基礎。設計過程中，總會遇到這樣那樣的問題，發(fā)現(xiàn)問題后通過自己找資料，和老師