西门子plc在污水处理厂中的控制系统设计

西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计1西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计文摘本文主要介绍了PLC在城市污水处理中的具体应用实例，系统介绍了城市污水处理工艺流程以及基于SIEMENS的S7400系列PLC的污水处理实施方案，介绍城市污水处理厂监控系统数据采集的方法。可编程控制器即PLC是综和了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适应工业环境等一系列优点。为了提高污水处理厂的运行管理水平，PLC也成为了该系统的重要组成单元之一，在该系统中各单元按一定拓扑结构互相连接构成污水处理厂的控制系统。关键词污水处理；自动化控制系统；PLC；硬件配置；软件设计。DIGESTTHISARTICLEMAINLYINTRODUCEDPLCINTHECITYSEWAGETREATMENTCONCRETEAPPLICATIONEXAMPLE,THESYSTEMINTRODUCEDTHECITYSEWAGETREATMENTTECHNICALPROCESSASWELLASBASEDONSIEMENSS7400THESERIESPLCSEWAGETREATMENTIMPLEMENTATIONPLAN,INTRODUCESTHECITYSEWAGETREATMENTPLANTSUPERVISORYSYSTEMDATAACQUISITIONTHEMETHODTHEPROGRAMMABLECONTROLLERWASPLCISTHEGRANDTOTALCOMPUTERTECHNOLOGY,THEAUTOMATICCONTROLTECHNOLOGYANDTHECOMMUNICATIONONEKINDNEW,THEGENERALAUTOMATICCONTROLDEVICENOWTHEPROGRAMMABLECONTROLLERALREADYBECAMEIMPORTANTLY,MOSTRELIABLE,THEAPPLICATIONSITUATIONMOSTWIDESPREADINDUSTRYCONTROLMICROCOMPUTERITHASTHEFUNCTIONSTRONG,THERELIABILITYHIGH,THEUSENIMBLECONVENIENT,EASYTOPROGRAMASWELLASTHEADAPTATIONINDUSTRYENVIRONMENTANDSOONASERIESOFMERITSINORDERTOENHANCETHESEWAGETREATMENTPLANTTHEMOVEMENTMANAGEMENTLEVEL,PLCHASALSOBECOMEONEOFTHISSYSTEMIMPORTANTCOMPOSITIONUNITS,INTHISSYSTEMVARIOUSUNITSACCORDINGTOCERTAINTOPOLOGYINTERCONNECTIONCONSTITUTIONSEWAGETREATMENTPLANTCONTROLSYSTEMKEYWORDSEWAGETREATMENTAUTOMATIONCONTROLSYSTEMPLCHARDWAREDISPOSITIONSOFTWAREDESIGN2污水处理中的PLC211设计范围设计包括厂界内预处理、生物滤池、污泥处理及附属设施需要检测和控制应提供的仪表和有关的辅助装置等。西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计2212PLC设计综述设立三级控制层设备就地手动、PLC子站现场监控和中控室远程监控（如图下图所示）。22PLC在污水处理中的部分运用221中央控制室中央控制室可对整个分控式控制系统进行系统组态管理、系统监测、实时监测、显示、处理、控制各PLC子站的状态、通信、数据和信息，完成报警和报表打印。在厂级管理层可以通过INTERNET将结果、效益分析等发往主管局等政府机关（如图下图所示）。西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计3222控制网络系统PLC控制系统中央控制室与现场PLC子站之间采用最先进的控制网络中央控制室与厂级管理层之间采用100MDPS的以太通讯网，该网带有EMAIL功能，能向MAILSERVER发送用户自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网交换器）或PLC可与其他控制网络、现场总线相连。为保证在供电发生意外时，系统能有足够的反应时间进行应急处理，设计上中央控制室和各子站均设有在线式不间断电源。过电压保护装置能抑制出现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸收暂态浪涌电压能量，在保障供电连续的条件下，保障计算机、PLC控制子站及其他主要设备免受过电压的干扰和侵害，使用电设备安全正常运行。223现场生产过程PLC控制系统预处理PLC控制及检测部分厂内1预处理PLC子站位于污泥脱水间控制室内。西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计4对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、闸门、粗格栅、细格栅、排砂装置等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。其主要设备有粗格栅、闸板，细格栅、螺旋输送机该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数AI11DI30DO22粗格栅开、停控制根据超声波液位差计测得的粗格栅前后水位差值自动控制回转式粗格栅的运行，即水位差达到设定值时，自动启动格栅。当回转式粗格栅停止运行的时间超出设定值时，系统转为时间控制，此时限为可调式设计，并设置上限报警。PLC系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式粗格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。细格栅开、停控制细格栅24小时运行，并设置上限报警。PLC系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式细格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机污水闸门控制两台闸门根据液位手动或电动，其运行信号送入中控室监控，不参加控制。BAF生物滤池PLC控制及检测部分厂内2BAF生物滤池PLC子站位于变电所低压配电室控制室内。对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、风机反冲洗泵等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。并可在中控室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数AI14AO3DI124DO134沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池定时开/停排砂、排泥阀，砂水分离器设备控制由设备厂商自带可设定控制系统，砂水分离器应与排砂阀联锁。224厂级管理PLC系统该系统主要功能生产过程的全面查询，包括各种进、出厂水流量，各中能耗等。生产过程分析报告、报表和图形。西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计5设备资料数据库和设备运行管理数据库。化验所需要的参数。建立与外部INTERNER的双向连接，便于发布信息和从外部获取信息，建立现代企业形象。附录三为PLC设计简图。23PLC设备及仪表为了保证监控管理控制系统的正常运行，PLC监控系统选用SIEMENS的S7400系列产品。现场PLC控制子站是直接监视和控制若干工艺生产过程所单元，其主要设备是SIEMENS的S7400系列PLC可编程控制器。连接方式采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于连接和维修各模块具有光电隔离功能，每个输出点都具有状态指示模拟量输入模块（AI）输入点8路输入范围05V,15V,010V,1010V,420MA分辨率12位隔离方式光电隔离转换速度1MS/点精度（25）电压02电流04其他功能断线检测,峰值保持、平均值功能、定标功能等触摸开关分辨率3224个显示分辨率640480点通讯接口RS422A/RS485口RS232C口电源电压范围DC204VDC264V运行时间25000小时24主要PLC设备表及其说明表2主要电气设备西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计61、编程设备编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。2、人机界面最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。3、输入输出设备用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。（如表2所示）PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程特别是中大规模控制系统来讲，选择网络非常重要的。（如下页表3所示）西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计7西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计83PLC设计31PLC简介利用可编程序控制器（PLC）组成远程自动监测系统时，首先遇到的是PLC的选型问题。在选用PLC时，除把可靠性、环境适应性放在首位外，还要根据具体应用场合尽量选用合适的可编程序控制器。32系统的设计步骤（如图下图所示）图9系统的设计步骤图西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计933软件部分331监控系统的软件部分计算机操作系统采用MICROSOFTWINDOWS2000PROFESSIONAL中文版操作系统。历史数据库采用MICROSOFTSQLSERVER2000中文版软件。上位机监控软件采用当前流行的美国GE公司的IFIX35组态软件来实现。332软件配置我们在课题研究中下位机PLC采用梯形图来编制程序。下位PLC软件用来实现数据采集、脉冲计数转换、限值逻辑判断及声光报警输出、通信数据格式的转换。数据通讯与分离模块完成PLC与微机间数据和命令的双向传送，并将得到的数据按系统要求的格式分离成系统变量。显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示。在手动方式下可固定监视画面并可显示历史趋势图等。定时存贮模块按每十分钟将实时数据存贮到相应的数据库中，每天整理一次历史数据。系统维护模块可用来修改定值参数、口令及限值等。报警模块不论软件工作在何种方式下，一旦出现超值，系统确认后并发出报警，屏幕上显示报警内容和地点，以便采取措施。34对污水处理系统中一个PLC子站的控制程序进行设计此程序分为三部分主程序、子程序和中断程序。（见附录四）逻辑运算及报警处理等放在主程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可节省扫描时间。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。生活供水时系统设定值为满量程的70，消防供水时系统设定值为满量程的90。在污水处理系统中，只是用比例P和积分I控制，其回路增益和时间常数可通过工程计算初步确定，但还需要进一步调整以达到最优控制效果。（程序设计见附录四）程序中使用的PLC元器件及功能如下表表4程序中使用的元器件及功能器件地址功能器件地址功能VD100过程变量标准化值T33工频/变频转换逻辑控制西门子PLC在污水处理厂中的控制系统设计10VD104压力给定值T34工频/变频转换逻辑控制VD108PI计算值T37工频泵增泵滤波时间控制VD112比例系数T38工频泵减增泵滤波时间控制VD116采样时间T39工频/变频转换逻辑控制VD120积分时间M00故障结束脉冲信号VD124微分时间M01泵变频启动脉冲VD204变频器运行频率下限值M03倒泵变频启动脉冲VD208生活供水变频器运行频率上限值M04复位当前变频运行泵脉冲VD212消防供水变频器运行频率上限值M05当前泵工频运行启动脉冲VD250PI调节结果存储单元M06新泵变频启动脉冲VB300变频工作泵的泵号M20泵工频