基于PLC的污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與組態(tài)仿真

引言

隨著各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,工業(yè)化進(jìn)程也得以快速推進(jìn),但生活中與工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的污水仍有很多是沒(méi)有得到凈化處理就直接排出到自然界的,這種方式長(zhǎng)久持續(xù),必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。污水應(yīng)該要經(jīng)過(guò)正確、科學(xué)的方法處理過(guò)后再合理利用起來(lái),而不是一味地排放到自然界中。因此,污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用刻不容緩,形成一套符合我們國(guó)家自身需求的污水處理方式,對(duì)于降低污水處理成本、改善自然環(huán)境、建設(shè)可持續(xù)發(fā)展社會(huì)、保持經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展都具有重大意義。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

污水處理系統(tǒng),由最開(kāi)始的污水進(jìn)入,到污水處理后清水的排出,形成了整個(gè)污水處理工序的完整周期。其基本操作過(guò)程如下:污水進(jìn)水泵開(kāi)啟,污水進(jìn)入,經(jīng)過(guò)粗細(xì)格柵機(jī)過(guò)濾雜質(zhì),到氧化、沉淀等一系列工序,處理完成后凈水排出,同時(shí)尚未處理完成的污水通過(guò)污泥回流到進(jìn)水池中再進(jìn)行二次處理,如此反復(fù),即一個(gè)完整流程。在這個(gè)流程中,每個(gè)不同的電機(jī)自動(dòng)控制的運(yùn)行,都是按照不同的系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的,本文主要通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)。

2污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

手動(dòng)操作時(shí),所有設(shè)備都需要通過(guò)操作面板上的按鍵來(lái)進(jìn)行控制,不根據(jù)系統(tǒng)所設(shè)定的程序時(shí)間自動(dòng)執(zhí)行操作。自動(dòng)運(yùn)行操作時(shí),系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制,依照所設(shè)定的程序時(shí)間來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)/關(guān)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(dòng)控制按鍵,系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行,進(jìn)行閉環(huán)控制,系統(tǒng)里的攪拌機(jī)和曝氣風(fēng)機(jī)也隨之開(kāi)始運(yùn)行;(2)粗格柵機(jī)與細(xì)格柵機(jī),兩者根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間,運(yùn)行一段時(shí)間然后停止一段時(shí)間,如此循環(huán)不間斷運(yùn)行;(3)污水進(jìn)水泵根據(jù)安裝在水池中的液位傳感器所推送的信號(hào),與系統(tǒng)設(shè)定的最低、最高水位值相比較后,決定啟動(dòng)或者停止;(4)污泥回流泵根據(jù)安裝在沉淀池中的液位傳感器所推送的信號(hào),與系統(tǒng)設(shè)定的最低、最高水位值相比較后,決定啟動(dòng)或者停止。

3污水處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在本論文中,主要使用s7-200系列PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)需要的功能,根據(jù)系統(tǒng)的需求,針對(duì)整個(gè)流程中每個(gè)部分的控制要求和已完成的控制電路的整體設(shè)計(jì),來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計(jì)。

3.1手動(dòng)控制模式

在手動(dòng)控制模式下,每個(gè)電機(jī)的工作狀態(tài)是獨(dú)立的,即操作人員可根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要隨機(jī)控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止,沒(méi)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(guò)每個(gè)電機(jī)對(duì)應(yīng)的操作按鈕來(lái)對(duì)格柵機(jī)、曝氣風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、各類泵的啟停進(jìn)行控制。

3.2自動(dòng)控制模式

當(dāng)系統(tǒng)接通電源啟動(dòng)之后,最開(kāi)始默認(rèn)的是采用手動(dòng)控制模式運(yùn)行,需要操作人員按下手動(dòng)控制模式/自動(dòng)控制模式的切換按鈕,按下后系統(tǒng)才會(huì)從手動(dòng)控制模式切換為自動(dòng)控制模式開(kāi)始工作。如圖2所示,自動(dòng)控制模式的主要工作流程如下:(1)系統(tǒng)通電后,按下手動(dòng)控制模式/自動(dòng)控制模式的切換按鈕,攪拌機(jī)和曝氣風(fēng)機(jī)開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行;(2)污水進(jìn)水泵開(kāi)始運(yùn)行;(3)粗格柵系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行;(4)細(xì)格柵系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行;(5)污泥回流泵開(kāi)始運(yùn)行。但實(shí)際運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)工作流程的執(zhí)行要根據(jù)液位傳感器反饋給PLC的信號(hào),PLC檢測(cè)后進(jìn)行分析再控制各電機(jī)的運(yùn)行。

3.3模擬/數(shù)字量間的轉(zhuǎn)換

在本設(shè)計(jì)中,進(jìn)水泵和污泥回流泵在自動(dòng)控制下的啟停由進(jìn)水池和沉淀池中的液位檢測(cè)器反饋的實(shí)際液位值來(lái)確定。液位檢測(cè)器反饋的是模擬量,而控制兩個(gè)泵運(yùn)行需要數(shù)字量,這就涉及模擬量和數(shù)字間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。模擬量的輸入和輸出通用的換算方法主要是A/D轉(zhuǎn)換和運(yùn)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(jié)果;Osh為換算結(jié)果的最高限值;Osl為換算結(jié)果的最低限值;Is為換算的對(duì)象;Ish為換算對(duì)象的最高限值;Isl為換算對(duì)象的最低限值。

4系統(tǒng)組態(tài)仿真的設(shè)計(jì)

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

5結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)以污水處理控制系統(tǒng)為課題,根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǔ)上,利用PLC完成了系統(tǒng)手動(dòng)與自動(dòng)模式間轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)各部分在自動(dòng)模式下啟?？刂频能浖O(shè)計(jì),同時(shí)運(yùn)用組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)流程的模擬監(jiān)控和操作。