基于PLC的工业水处理系统的设计.pdf

基于P L C 的工业水处理系统的设计 Desi gn o f i ndus t r i al w a t er t r ea t m en t sy st em bas ed on PLC 戴森 ，刘子龙 DAl S e n 。 一 ．L I U Zi ． 1 o n g’ ， 1 ． 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 2 0 0 0 9 3 ；2 ． 上海理工大学 上海现代光学系统重点实验室，上海 2 0 0 0 9 3 摘 要本系统采用P L ． C 与工业控制计算机共同构成控制系统的方法， 解决了工业水处理控制系统自动 化程度低、 可靠性、适用性不高的问题。实际运用了水处理上位机与P L C 控制站采用现场总线 连接，P L C 与其下的各传感器仪表采用D O S 控制，构建了一个基于P L C 的水处理控制系统，最 后运用西门子S T E P 7 软件进行程序编程。 关键词现场总线；可编程逻辑控制器PL O；集散控制 中图分类号T P 2 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 3 0 8 上 一0 0 9 6 0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 }／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 3 ． 0 8 上 ． 3 0 0 引言 近年来 ，全 国水污染仍呈发展趋势 ，工业发 达地 区水域污染尤为严重 。水处理技术将越来越 先进 ，现在的热点水处理技术有 微污染水 源水 处理技术 、制造纯水的膜滤技术、富营养化水 的 除藻技术等等。此次主要是对工业水处理 系统进 行模拟设计，其中主要涉及系统设计和P L C 设计。 采用 “ 集中检测、分散控制 ”的设计原则 ，此次 设计采用DC S 分布式控制 系统 ，由计算机和现场 设备连接而成，通过 总线将现场仪 表、现场控制 站和监测操作管理站连接起来 ，共 同完成分散控 制和集中操作、管理的综合控制系统 。 本文的设 计 中的水处理 主要分为进水 、加药 和 出 水 三 个 环 节 ，分 别设立 三 个P L C控制 站 。 P LC采 用 西 门 子逸7 K S 7 3 0 0 系 列 中 的 S 7 3 l 5 - 2 DP。它 能配 置 多个机 架 塞 C P U 墓 蓑 霎 强 的 处 理 能 力 。并 用 S TEP 7编 程 软 件 进 行 P L C 编程 。 在 网 络 部 分 ，上 位机 与 各 P L C 现场控制器之间采用现场总 P R O F I B US 来 进行数据通讯 。这样使系统 的结构简化 ，设备与 连线减少 ，现 场仪表 内部功能增强，减 少了信号 的往返传输，提高了系统的工作可靠性 。 1 系统工艺原理 这是一套水处理厂的工业系统设计 ，该处理 厂主要是将江 河水进行取水 ，加药，沉淀 ，再加 药 ，过滤 ，最后进行供水。 首先，对如图1 所示的流程图进行大致地说明 由变频器控制的进水泵将河水抽入进水池 ， 然后 由传感器，变送器进行数据采样并且 由P L C 控 制 进 水 流量 及 进 水 井 的 液 位 ， 然后 加 矾 ，再 进 入管式混合器 进行搅拌混合 ，接着进入反应池反 图1 水处理工艺流程 收稿日期2 0 1 3 - 0 1 -3 0 基金项目国家自然科学基金 6 1 0 7 4 0 8 7 ；上海市教育委员会科研创新项 目 1 2 Z Z1 4 4 作者简介戴森 1 9 8 8一，男，硕士研究生，研究方向为控制工程。 [ 9 6 l 第3 5 卷第8 期2 0 1 3 0 8 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 訇 似 应 ，再在平流沉淀池 中沉淀 。沉淀下来的污泥流 入污泥浓缩 ，脱水 ，最后压缩成饼运 出。沉淀后 的水再进行浊度采样 ，将没有沉淀完全的水再 由 回收泵返 回到管式混合器 中进行沉淀 。而将沉淀 完全 的水加氯消毒 ，在V型滤池中进行过滤，处理 完后的水再进行余氯检查 ，如果余氯不够则再补 充氯 ，而此时再将一部分处理后的水进入反冲洗 泵房对V型滤池进行反复清洗 ，而大部分的水进入 清水池 ，再 由出水泵将其排出 ，此时还要对其进 行一系列的清水采样看看是否满足标准 。 2 P L C的系统设计 此次 的水 处理 系统 由三个分控站组成 ，各站 分 别位 于加 药 间 、滤池 控制 间、送 水泵 房控 制 间。每站配备本机机架 ，配置相应的监控终端 。 主机与分布式I ／ O机柜采用P RO F I B US 总线通信 ， 各站 间设立通讯 口进行通讯。 1 号分控站主要完成源水参数采集及监控 ，对 加氯加矾及沉淀池的工艺监控 。 2 号分控站主要完成氯池水位监控 ，反冲洗 自 动控制功能。 3 号分控站是送水泵房中送水泵控制 ；变配电 站参量监控 。采集参数 水泵开停 、电机 轴承温 度，水泵出水压力、流量、变配电总进线电压 、电 流、功率、其它高压回路电流，管网测点水压值。 控制 内容 通过 管网测点的压力值测定 ，通 过工作人员控制送水泵的开停及运转数量， 同时 采用变频调速技术，自动控制送水水量和水压。 3 P L C 三号分控站程序设计 1 P L C机架分配如图3 所示。 l 皇 l l l l 垒 l里 l旦 l里 图3 机架分配 2 A I 模块分配如图4 所示。 3 AO模块分配如图5 所示。 4 梯形 图设 计 此次设计的是水处理厂的三号分控站，P L C的 I ／ O端 口地址定义及与变频器的连接已经完成，只 需在S T E P 7 软件 中对P L C 进行变成即可 。配置 1 正转使得梯形图，由于正转是可有三种控 制方法 ，因此前端要并联三个运行模式 自动 ， 手动和点动 。而变量则是前面端 的中间变量 ，如 图6 所示 。 2 这是电动调节阀的梯形图，由于原理是流量 计采集来的参数与给定的参数比较，而产生的控制 信号，因此用到减法器和MO VE 器，如图7 所示。 模拟 量 输入 AI 模 块 ，表现 生产 过程 状 况的很多物理量呈缓慢变化 ，如温度 、压力 、液 位、流量、成分，用传感器或变送器测量 出来 ， 变换成电阻、电流、电压信号 ，与模拟过程变化 相对应，这 些信 号就是模拟量 。增加 了处理模拟 量功能。 AO 模块将计算机输出的数字量运算结果 转换成相 应的模拟信号 电压或电流 ，完成对伺服 电机 、调节 阀等执行机构的控 制；输 出给直接数 字控制 系统设定值等 。模拟量输 出通道一般 由数 据缓冲器、数 ／模 D／A 转换器和驱动器等部分 组成 。在根据P L C程序通过管网测点的压力值测定 和工作人员控制送水泵的开停及运转数量，同时采 用变频调速技术，自动控制送水水量和水压。 图4 A I 模 块分配 图 第3 5 卷第8 期2 0 1 3 - 0 8 上 【 9 7 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铷l lI5 出 P 埔 撼量翰出 橇埂 87 3 - 5 岫 器 0 架 5槽 L ． ． I I p Q 煅 l p 翁 I Q l P 口 姗 I l科I P I． l- - i I I l3 I‘l l 6 l 7 l 8 l 9 l 1 8 l 1 l l 嫒I l l3 l l专l l 5 l I 6 l l 7 I 1 8 I 1 9 I I 州 l 。 霎 毒 高 是 瓮 X● 划 a 眦 a ， { a a a a { s 』 嚣 ’ ． ． ● 曩 J } 。I ’ l l IP I I 毒 ≈ j 唾 l 毒 墓 毫 三 ～ 毫 l 蚴谬 节 霸 l 变 搏 器 激 l 图5 A O模块接 口分配 图 b c 】e x un _g wd _ { ／ 卜 - - _ 卜 图6 梯形图 1 EH EN0 l i ul i a n g一 I Nl 0 U T - t j ￡ ，c ， f一 l l _ g d I H2 图7 梯形图2 4 结束语 本论文针对水处理 系统 自动化程度不高的现 状，研究设计了P L C和DCS控制水处理 系统 。成 功实现了变配 电站参量监控，采集各个参数的水 处理 系统的 自动控制 。成功解决了靠人工检测的 方法已不适应工业水处理发展的需 要，取而代之 的是自动化及集成度高的水处理系统。 基于P L C 的工 业水处理 的控 制系统， 实现 了 【 9 8 】 第3 5 卷第8 期2 0 1 3 0 8 上 对浊度 ，P H值 ，电导 率，溶解氧等水质参数 的采 集、处理、显示和控制， 利用WI NC C 在屏上显示各 个传感器及系统的运行状态， 使维护更加方便 。经 过反复的实验和修正， 设计的控制系统运行稳定可 靠、控制简单方便， 对水质参数的误差也在可控范 围之 内， 对今后工业水处理设备的研制及研 究具有 重要的借鉴意义 。 参考文献 【 l 】刘志猛， 陈平， 邓橙． 水力空化水处理设备的控 制系统设计 【 J J ． 自动化技术与应用， 2 0 1 2 ， 3 1 1 1 ． [ 2 ]汪大晕， 雷乐成． 水处理新技术及工程设计【 J I ． 化学工业 出版社， 2 0 0 1 ． 【 3 】刘 自放， 龙 北生． 给 水排水 自动控 制与仪表 ． 北京 中国建 筑工业 出版社． 2 0 0 1 ． 【 4 】S 7 3 0 0 Au t o ma t i o n S y s t e m C P U 3 1 Xc T e c h n o l o g i c a l F u n c t i o n s [ Z ] ． 德国S I E ME NS 公司， 2 0 0 0 ． 【 5 】R． GOGATE PARAG， B． PANDI T ANI RUDDHA． A r e vi e w an d a s s es s m e nt of hydr ody na m i c ca v i t at i on a s a t e c h no l ogY f o r t he f ut ur e 【 J ] ． Ul t r as on i C S S o n o c h e mi s t r y ， 2 0 0 5 ， 1 2 2 1 2 7 ． 【 6 】I o a n n i d e s M G．De s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n o f P L C b a s e d mo n i t o r i n g c o n t r o l s y s t e m f o r i n d u c t i o n mo t o r [ J ] ． I I E E T r a n s a c ti o n s o n E n e r g y C o n v e r s i o n ， 2 0 0 4 ， 1 9 3 4 6 9 4 7 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m