基于PLC的污水處理系統(tǒng)設計與組態(tài)仿真

引言

隨著各個國家經濟的高速發(fā)展,工業(yè)化進程也得以快速推進,但生活中與工業(yè)生產產生的污水仍有很多是沒有得到凈化處理就直接排出到自然界的,這種方式長久持續(xù),必然會對環(huán)境造成嚴重的污染。污水應該要經過正確、科學的方法處理過后再合理利用起來,而不是一味地排放到自然界中。因此,污水廠自動控制系統(tǒng)的研究與應用刻不容緩,形成一套符合我們國家自身需求的污水處理方式,對于降低污水處理成本、改善自然環(huán)境、建設可持續(xù)發(fā)展社會、保持經濟高速發(fā)展都具有重大意義。

1系統(tǒng)總體設計方案

污水處理系統(tǒng),由最開始的污水進入,到污水處理后清水的排出,形成了整個污水處理工序的完整周期。其基本操作過程如下:污水進水泵開啟,污水進入,經過粗細格柵機過濾雜質,到氧化、沉淀等一系列工序,處理完成后凈水排出,同時尚未處理完成的污水通過污泥回流到進水池中再進行二次處理,如此反復,即一個完整流程。在這個流程中,每個不同的電機自動控制的運行,都是按照不同的系統(tǒng)要求實現的,本文主要通過PLC來實現對電機自動控制的設計。

2污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)總體設計

手動操作時,所有設備都需要通過操作面板上的按鍵來進行控制,不根據系統(tǒng)所設定的程序時間自動執(zhí)行操作。自動運行操作時,系統(tǒng)進行閉環(huán)控制,依照所設定的程序時間來對設備進行啟動/關閉操作,其具體工作流程如下:(1)操作系統(tǒng)通電后,按下自動控制按鍵,系統(tǒng)開始自動運行,進行閉環(huán)控制,系統(tǒng)里的攪拌機和曝氣風機也隨之開始運行;(2)粗格柵機與細格柵機,兩者根據系統(tǒng)設定時間,運行一段時間然后停止一段時間,如此循環(huán)不間斷運行;(3)污水進水泵根據安裝在水池中的液位傳感器所推送的信號,與系統(tǒng)設定的最低、最高水位值相比較后,決定啟動或者停止;(4)污泥回流泵根據安裝在沉淀池中的液位傳感器所推送的信號,與系統(tǒng)設定的最低、最高水位值相比較后,決定啟動或者停止。

3污水處理系統(tǒng)軟件設計

在本論文中,主要使用s7-200系列PLC來實現污水處理系統(tǒng)需要的功能,根據系統(tǒng)的需求,針對整個流程中每個部分的控制要求和已完成的控制電路的整體設計,來進行系統(tǒng)的軟件編程設計。

3.1手動控制模式

在手動控制模式下,每個電機的工作狀態(tài)是獨立的,即操作人員可根據系統(tǒng)的實際需要隨機控制電機的啟動和停止,沒有一定的規(guī)律和模式可言,操作流程如圖1所示。在該模式下,操作人員可以通過每個電機對應的操作按鈕來對格柵機、曝氣風機、攪拌機、各類泵的啟停進行控制。

3.2自動控制模式

當系統(tǒng)接通電源啟動之后,最開始默認的是采用手動控制模式運行,需要操作人員按下手動控制模式/自動控制模式的切換按鈕,按下后系統(tǒng)才會從手動控制模式切換為自動控制模式開始工作。如圖2所示,自動控制模式的主要工作流程如下:(1)系統(tǒng)通電后,按下手動控制模式/自動控制模式的切換按鈕,攪拌機和曝氣風機開始自動運行;(2)污水進水泵開始運行;(3)粗格柵系統(tǒng)開始運行;(4)細格柵系統(tǒng)開始運行;(5)污泥回流泵開始運行。但實際運行時,系統(tǒng)工作流程的執(zhí)行要根據液位傳感器反饋給PLC的信號,PLC檢測后進行分析再控制各電機的運行。

3.3模擬/數字量間的轉換

在本設計中,進水泵和污泥回流泵在自動控制下的啟停由進水池和沉淀池中的液位檢測器反饋的實際液位值來確定。液位檢測器反饋的是模擬量,而控制兩個泵運行需要數字量,這就涉及模擬量和數字間的轉換問題。模擬量的輸入和輸出通用的換算方法主要是A/D轉換和運算。

模擬量的輸入/輸出都可以用下列通用換算公式換算:

式中,Ov為換算的結果;Osh為換算結果的最高限值;Osl為換算結果的最低限值;Is為換算的對象;Ish為換算對象的最高限值;Isl為換算對象的最低限值。

4系統(tǒng)組態(tài)仿真的設計

組態(tài)王監(jiān)控主畫面顯示的是系統(tǒng)流程中各個需要被控制或需明確顯示的部分,畫面顯示了各個按鈕開關量的狀態(tài),可以直觀觀察。首先進入組態(tài)王工程瀏覽器中,點擊新建畫面,編輯環(huán)境,利用組態(tài)王自帶的工具,從圖庫中選擇所需要的設備和不同功能按鈕的框圖,調整大小及位置,然后保存。畫面完成后如圖3所示。

5結語

本次設計以污水處理控制系統(tǒng)為課題,根據系統(tǒng)設計要求,在繪制了硬件系統(tǒng)主電路圖、電源控制主電路圖和PLC控制電路原理圖的基礎上,利用PLC完成了系統(tǒng)手動與自動模式間轉換的軟件設計以及系統(tǒng)各部分在自動模式下啟?？刂频能浖O計,同時運用組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行仿真,實現了系統(tǒng)流程的模擬監(jiān)控和操作。