基于PLC的污水净化处理控制系统的设计 - 文章

基于PLC的污水净化处理控制系统的设计

作者：肖佐无陈小祝肖爱武

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摘要：本文介绍了利用西门子公司的S7-224型PLC，来实现含氧化铁杂质的污水净化处理系统的自动控制，本文详细介绍了系统的硬件配置以及软件设计流程图，并且介绍了编程中的关键问题。
关键词：PLC 污水净化处理系统顺序功能图故障诊断硬件配置编程方法竞争调度算法

Abstract: This paper introduced a method of automatic control system design which decontaminate sewage carried with Oxidized iron impurity ,control system based on PLC type of S7-224 belong to Siemens company. in this paper the system‘s hardware and software is also introduced in detail.
Keywords: PLC; sewage treatment system; sequential function chart; Break down diagnosis; hardware; programming-skill; competition adjusting calculate way

1、前言：

在冶金企业中，有大量的工业用水用于冷却，为此每天要消耗大量的水资源，由于用过的冷却水中含有大量的氧化铁杂质，不宜多次循环使用。为了保护环境、节约用水，需要对含有氧化铁杂质的污水进行净化处理。

2、系统介绍：

污水净化处理系统组成示意图如下：

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图1、污水净化处理系统组成示意图

2.1工艺流程介绍：

（1）滤水工序：打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会吸附在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的是净化水。

（2）反洗工序：滤水一段时间后，必须清洗附着在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀和压缩空气阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质，使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。

2.2控制任务和要求：

（1）两台机组的滤水工序，可单独进行，也可同时进行。而反洗工序只允许单台机组进行，一台机组反洗时，另一台必须等待。两台机组同时要求反洗时，1号机组优先。

（2）为保证滤水工序的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只要出现了“管压差高”信号，则应立即停止滤水工序，自动进入反洗工序。

（3）为了增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到PLC的输入端，一旦某一输入信号不正常，要立即停止系统工作，这样可避免发生故障。

（4）执行器输出故障检测及报警。

3、控制系统设计：

3.1硬件设计：

（1）确定PLC的CPU型号和扩展模块型号：

下表为净水器的1号机组的输入和输出地址分配表：

1号机组的输入/输出地址分配表
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因为1号机组和2号机组的工作原理相同，故净水系统总的输入点数为18点，总的输出点数为16点。为此选择西门子公司的S7-200系列的CPU224可编程控制器和S7-200的数字量扩展模块EM223，它们可以提供22点输入和18点输出。

（2）压差检测仪表的选择：压差检测仪表的作用是检测磁滤器的入口和出口的压差，如果压差过高，表示磁滤器有堵塞故障，需要进入反洗工序。压差检测仪表应该具有设定压差、显示压差、压差信号输出功能。综上所述选择美国德威尔公司（dwyer）的3000IMR系列的Photohelic压力表/开关。

（3）其它的输入和输出元件的选择比较容易，限于篇幅限制，从略。

3.2软件的设计：

根据净水机组的工艺要求和控制任务设计如下的顺序功能图：

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图2、净水机组的控制系统顺序功能图

根据以上的顺序功能图，很快能写出梯形图，在此不详细列出梯形图。只列出梯形图设计的几个小技巧：

（1） PLC的其它编程元件的地址和作用在顺序功能图上有明确的标示，故没有列表。

（2）为了避免系统工序的切换所造成的冲击，阀门和磁滤器的开启和关闭采用延时顺序动作。

（3） 1号机组和2号机组的反洗工序的调度算法：如果1号机组和2号机组同时进入反洗工序，由于2号机组延时0.1秒，故1号机组优先执行;如果不同时进入反洗工序，由于1号机组和2号机组反洗工序有互锁功能，则哪个机组先进入反洗工序，另一机组只能等待。

（4）故障诊断子程序：

（4.1）故障诊断子程序的作用：

相对于PLC而言，外部输出器件如电磁阀、磁滤器容易出现故障。如果电磁阀和磁滤器出现故障而不能及时处理，容易造成系统工作不正常，甚至会损坏系统。处理的方法是：外部主要输出器件如果出现故障，必须停机并且报警，提醒工作人员维修。

（4.2）故障诊断子程序的设计：

本控制系统共有8个故障诊断子程序，它们的故障诊断算法都是类似的。具体的算法是：如果某个线圈通电，对应的常开辅助触点应该闭和;如果没有闭和，判断该器件损坏。如果某个线圈断电，对应的常闭触点应该闭和;如果没有闭和，判断该器件损坏。下面以故障诊断子程序1为例，谈谈故障诊断子程序的实现。

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故障诊断子程序的梯形图见右图。它用顺序功能的逻辑语言解释如下：在M1.1步即｛滤水工序｝如果磁滤器或者出水阀或者进水阀没有打开、或者排污阀或者压缩空气阀打开了，则报警并且进入停机状态。

（5）磁滤器的压差保护：如果磁滤器的入口和出口压差大于设定压差，则滤水工序无条件结束，顺序进入反洗工序。

4、本文作者的创新点：

利用PLC实现了污水净化处理系统的自动控制，详细介绍了污水净化处理控制系统的硬件设计和软件设计方法。软件设计给出了控制系统的顺序功能图，并且采用结构化程序设计方法。硬件设计采用了压差检测仪表，保证滤水工序的性能指标并且有防止滤水器堵塞的功能。由于采用PLC作为控制器，系统结构比传统控制系统结构简单，可靠性高，系统很少出故障;由于控制系统的控制算法由软件实现，易于系统升级，易于联网。为了解决1号机组和2号机组在反洗工序竞争的问题，采用了延时和互锁的算法。为了保证系统可靠地工作，设计了外部输出器件自诊断程序，能够判断外部执行器是否工作正常并且自动进入故障处理步骤。使系统有一定的自诊断智能，保证系统工作稳定、可靠。

参考文献：
[1]郭照新，李潮，张学东.PLC在一体化反应器污水处理系统中的应用[J].微计算机信息，2006.7：1-3
[2]廖常初.PLC编程及应用，北京：机械工业出版社 2005
[3]西门子公司 S7-200可编程序控制器系统手册(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/17/2008)


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