基于PLC的水净化设备的自动控制系统设计.pdf

基于P L C 的水净化设备的自动控制系统设计 Th e w a t er pur i f i cat i on equi pm ent aut om at i c cont r ol s ys t em de si gn based on t he PLC 申玉霞，赵彩红 SHEN Yu ． x i a ， ZHAO Ca i ． h o n g 济源职业技术学院，济源 4 5 4 6 5 0 摘要本文以西门子s 7 2 0 0 的P L C 为控制核心 ，设计了一种含氧化铁杂质的污水处理自动控制系 统 ， 介绍了该控制系统的硬件配置，绘制了自动控制系统的顺序功能图，详细分析了编程过 程中的3 个关键问题，同时设计了故障诊断程序 ， 使系统具有一定的智能故障诊断功能。 关键词污水净化处理；P L C； 故障诊断；竞争调度 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 2 1 1 下 -0 1 4 6 -0 2 Doi 1 0． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n． 1 0 0 9 -0 1 3 4． 2 0 1 2． 1 1 下 ． 4 1 0 引言 长 期以来，在冶金行业 中，都 是采 用工业 用 水进行冷却 。因而每年需要消耗数额巨大的水 资 源。由于经冷却用过的水中含有氧化铁杂质较 多， 不可反复使用。为节约用水，通常对含氧化铁 杂 质的冷却水进行净化处理 。 1 系统工作原理 系统的框架结构如图 1 所示。 图l 污水处理流程示意 图 污水净化的工艺主要包括两个部分 n 1 过滤工序。打开进出水 阀门，污水流过磁 滤器 ，因磁滤器的线 圈得电，可使污水中的氧化 铁杂质吸附 ，净化过 的水从水箱流出，通过 出水 阀，净化水进入冷却塔。 2 反洗工序。清洗磁滤器上 的氧化铁。关 闭 进出水 阀门，切 断磁滤器 电源 ，打开排污与压缩 空气阀门。压缩空气将水箱 中的水强制压入磁滤 器，冲洗附着在磁 滤器上 的杂质 ，然后污水 进入 污水池，磁滤器反洗完成。 整个污水净化过程 中，需要完成的 自动 控制 任务 由四部分组成 1 1 、2 两 台污水处理机组 进行滤水时 ，可 单台工作 ，亦可两 台同时工作。而在反洗工序时， 通常 只会允许单 台机组工作 ，当一台机组完成反 洗工序 ，另一台机组方可进入反洗工序。若两机 组要求同时进入反洗工序时，则 1 机组具有优先 权限 。 2 1 、2 社机组 的管 路 中，安 装压 差传 感器 ， 若管路 “ 压差高”信号，机组停止滤水 ，进入反洗 工序 ，从而确保机组的安全运行 。 3 P L C采 集机组设备运行状态信号，若采集 到异常信号，立即按秩序停止机组 工作，从而提 高系统的运行可靠性 。 4 控制 系统具有故障诊断与报警功能。 2 自动控制系统 2 ． 1 主要设备选型 1 P L C的 C P U型号确定。表 l 为 1 聋机组 的 I ／ O地址分配表。 收稿日期2 0 1 2 - 0 3 -1 5 作者简介申玉霞 1 9 7 2 一，女，河南商丘人 ，副教授，研究方向为应用电子技术。 [ 1 4 6 ] 第3 4 卷第1 1 期2 0 1 2 -1 1 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l lI5 似 表1 1 撑 机组I ／ 0 设备及其地址分配表 设别元件 I ／ O 地 址 设备符号 功能 1 机组 1 0 ．0 S B 1 进水启动旋钮 一 I O ． 1 S B 2 进水停止旋钮 1 0 ． 2 Ⅺ1 压差过高信号 输 一 入 1 0 ． 3 S B 3 急停旋钮 一 继 I O ．4 XA l 磁滤器触 点 电 一 设 1 0 ． 5 XA 2 出水阀触点 备 1 0 ． 6 XA 3 进水 阀触点 I O ． 7 XA 4 排污 阀触点 一 I 1 ．O XA 5 压缩空气 阀触点 Q o ．0 X 1 磁滤器控制线 圈 一 QO ． 1 X 2 出水 阀控制线 圈 一 输 Q O ． 2 X 3 进水阀控制线圈 一 出 Q O ．3 X 4 排污 阀控制线圈 继 一 电 QO ．4 X 5 压缩空气 阀控制 设 一 线圈 备 O o ．5 HA 反洗信号 Q O ． 6 HL 1 故障指示灯 O o ．7 HA 1 故障报警 由于 1 、2 群机组 的设备元件相 同，因而 系统 共有 l 8个输 入单元与 1 6个输 出单元。本 系统 选 择 西 门 子 S 7 2 0 0系 列 ，C P U 2 2 4控 制 器， 以 及 E M2 2 3输入输出模块。 2 压差传感器。压差传感器用于磁滤器的出 入 口的压差 检测。若压差达到某一设定限制 ，则 磁 滤器存 在堵塞 故障，系统 自动 进入反 洗工序。 压 差传感 器具有 压差 阈值设 定、实时压 差显示、 输 出压 差 信 号 等功 能。本 系统 选 择 d wy e r 公 司 4 0 0 0 I MR系列的 P h o t o h e l i c 产品。 2 ． 2 自动控制程序 根据污水进化机组的工序以及控制需求，其程 序功能流程图如图 2所示。以程序功能流程图为基 础 ，可很容易编写出 P L C程序。在此对 P L C 自动 控制程序设计过程中三个关键问题进行分析 n 】 。 1 为解决 系统切换工序时对管路造成冲击问 题，在 阀门开 闭与磁滤器启停时 ，采用延时动作 的方法来减缓其切换时的冲击强度。 2 1 、2 机组反洗工序调度问题 1 1 、2 机组 不同时进行反洗工序 时，其 1 、2 群机组 的反 洗工序是互锁的，当其中 1机组处于反洗工序时 ， 另一机组 等待 ，直到前一机组反洗 工序完成方可 进入反洗工序 ； 2 1 、 2 群机组同时进入反洗工序时， 2 { 5} 机组 由定时器 T _ 7延时 0 ． i s ，所以 l 机组优先 进入反洗工序。 3 磁滤器压差保护当磁滤器的压差传感器 采集到的数据大于设定值 ，此时磁滤器堵塞，系 统强制跳 出滤水工序，进入反洗工序，同时磁滤 器堵塞问题也可解决。 图2 P L C 程序功能流程不意 2 ． 3 故障诊断 在本 P L C自动控制系统 中，外部输出设备 电 磁 阀、磁滤器等 易产生故障。若电磁阀与磁滤器 发生故障并未得到及时解决 ，整个 系统难以维持 正常工作 ，更为严重时可能损坏 整个 系统。本 自 动控制 系统采用的方法为 实时监测外部主要输 出设备 的工作状态 ，若 监测到故障 ，必须立 即停 机 ，发出报警信号，及时提醒技术人员进行维修。 本 自动控制 系统 中，共 有八个故 障诊断子程 序。其基 本依据是 】 对于常开触点，当线 圈得 电时处于 闭合状态 ；而 常闭触点 ，当线圈得 电时 处于断开状态。以故障诊断程序 1 为例来进行分 析说 明，其 P L C程序 如 图 3所 示。M1 ． 1控制 的 是滤水工序 ，若磁滤器 、出水阀、进水 阀任何一 个关 闭或者排污阀、压缩空气阀任何一个打开 了， 则程序都会发出报警信号 ，同时停止运行机组。 3 结论 本文以 S 7 2 0 0型 P L C为基础 ，设计了污水净 第3 4 卷第1 1 期2 0 1 2 - 1 1 - F [ 1 4 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m