基于PLC的污水处理系统设计与组态仿真

引言

随着各个国家经济的高速发展,工业化进程也得以快速推进,但生活中与工业生产产生的污水仍有很多是没有得到净化处理就直接排出到自然界的,这种方式长久持续,必然会对环境造成严重的污染。污水应该要经过正确、科学的方法处理过后再合理利用起来,而不是一味地排放到自然界中。因此,污水厂自动控制系统的研究与应用刻不容缓,形成一套符合我们国家自身需求的污水处理方式,对于降低污水处理成本、改善自然环境、建设可持续发展社会、保持经济高速发展都具有重大意义。

1系统总体设计方案

污水处理系统,由最开始的污水进入,到污水处理后清水的排出,形成了整个污水处理工序的完整周期。其基本操作过程如下:污水进水泵开启,污水进入,经过粗细格栅机过滤杂质,到氧化、沉淀等一系列工序,处理完成后净水排出,同时尚未处理完成的污水通过污泥回流到进水池中再进行二次处理,如此反复,即一个完整流程。在这个流程中,每个不同的电机自动控制的运行,都是按照不同的系统要求实现的,本文主要通过PLC来实现对电机自动控制的设计。

2污水处理系统电气控制系统总体设计

手动操作时,所有设备都需要通过操作面板上的按键来进行控制,不根据系统所设定的程序时间自动执行操作。自动运行操作时,系统进行闭环控制,依照所设定的程序时间来对设备进行启动/关闭操作,其具体工作流程如下:(1)操作系统通电后,按下自动控制按键,系统开始自动运行,进行闭环控制,系统里的搅拌机和曝气风机也随之开始运行;(2)粗格栅机与细格栅机,两者根据系统设定时间,运行一段时间然后停止一段时间,如此循环不间断运行;(3)污水进水泵根据安装在水池中的液位传感器所推送的信号,与系统设定的最低、最高水位值相比较后,决定启动或者停止;(4)污泥回流泵根据安装在沉淀池中的液位传感器所推送的信号,与系统设定的最低、最高水位值相比较后,决定启动或者停止。

3污水处理系统软件设计

在本论文中,主要使用s7-200系列PLC来实现污水处理系统需要的功能,根据系统的需求,针对整个流程中每个部分的控制要求和已完成的控制电路的整体设计,来进行系统的软件编程设计。

3.1手动控制模式

在手动控制模式下,每个电机的工作状态是独立的,即操作人员可根据系统的实际需要随机控制电机的启动和停止,没有一定的规律和模式可言,操作流程如图1所示。在该模式下,操作人员可以通过每个电机对应的操作按钮来对格栅机、曝气风机、搅拌机、各类泵的启停进行控制。

3.2自动控制模式

当系统接通电源启动之后,最开始默认的是采用手动控制模式运行,需要操作人员按下手动控制模式/自动控制模式的切换按钮,按下后系统才会从手动控制模式切换为自动控制模式开始工作。如图2所示,自动控制模式的主要工作流程如下:(1)系统通电后,按下手动控制模式/自动控制模式的切换按钮,搅拌机和曝气风机开始自动运行;(2)污水进水泵开始运行;(3)粗格栅系统开始运行;(4)细格栅系统开始运行;(5)污泥回流泵开始运行。但实际运行时,系统工作流程的执行要根据液位传感器反馈给PLC的信号,PLC检测后进行分析再控制各电机的运行。

3.3模拟/数字量间的转换

在本设计中,进水泵和污泥回流泵在自动控制下的启停由进水池和沉淀池中的液位检测器反馈的实际液位值来确定。液位检测器反馈的是模拟量,而控制两个泵运行需要数字量,这就涉及模拟量和数字间的转换问题。模拟量的输入和输出通用的换算方法主要是A/D转换和运算。

模拟量的输入/输出都可以用下列通用换算公式换算:

式中,Ov为换算的结果;Osh为换算结果的最高限值;Osl为换算结果的最低限值;Is为换算的对象;Ish为换算对象的最高限值;Isl为换算对象的最低限值。

4系统组态仿真的设计

组态王监控主画面显示的是系统流程中各个需要被控制或需明确显示的部分,画面显示了各个按钮开关量的状态,可以直观观察。首先进入组态王工程浏览器中,点击新建画面,编辑环境,利用组态王自带的工具,从图库中选择所需要的设备和不同功能按钮的框图,调整大小及位置,然后保存。画面完成后如图3所示。

5结语

本次设计以污水处理控制系统为课题,根据系统设计要求,在绘制了硬件系统主电路图、电源控制主电路图和PLC控制电路原理图的基础上,利用PLC完成了系统手动与自动模式间转换的软件设计以及系统各部分在自动模式下启停控制的软件设计,同时运用组态软件对系统进行仿真,实现了系统流程的模拟监控和操作。