【文章內(nèi)容簡介】 表24所示。表24 模擬量輸?shù)刂贩峙漭敵龅刂份敵鲈O(shè)備AQW0經(jīng)運(yùn)算輸出 設(shè)備和器件的選型1）PLC及擴(kuò)展模塊。根據(jù)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子S7—200系列PLC作為污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。由于污水處理電氣控制系統(tǒng)涉及較多的輸入輸出端口，其控制過程相對復(fù)雜，因此采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。 CPU226在污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都比較多，因此除了PLC主機(jī)自帶的I/O外，還需要擴(kuò)展一定數(shù)量的I/O擴(kuò)展模塊。由于本系統(tǒng)總共有49個數(shù)字輸入量和24個數(shù)字輸出量，CPU226具有24個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)，因此采用4個EM223輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，8點(diǎn)DC輸入8點(diǎn)輸出型，可以滿足控制系統(tǒng)的I/O需求。在該系統(tǒng)中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此需要在擴(kuò)展一個模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。西門子公司專門為S7—200系列PLC配置了模擬量輸入輸出模塊EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。 2）變頻器。該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子MM430變頻器，它是一種風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。該型變頻器，具有能源利用率高的特點(diǎn)，優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)。它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。 在此控制系統(tǒng)中，需要對變頻器進(jìn)行通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要對一下幾個參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如表25所示。表25 變頻器參數(shù)設(shè)置表參數(shù)號參數(shù)值說明P000521顯示實(shí)際頻率P07002由端子排輸入P10002模擬輸入P13002可用于可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載P201069600baudP20111USS地址P0300根據(jù)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)類型P0304根據(jù)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定電壓P0305根據(jù)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定電流P0310根據(jù)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定頻率P0311根據(jù)具體電動機(jī)設(shè)置電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速對于此系統(tǒng)中的變頻器，在進(jìn)行手動調(diào)試時采用通信控制，因此需要將變頻器的參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置，通過對已編址的變頻器發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)對變頻器的控制，即將表25所示中的P0700和P1000的參數(shù)值都改為5，就可進(jìn)行通信控制；在自動控制方式下，通過改變變頻器的參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)變頻器的模擬控制，即如表25所示。在此系統(tǒng)中，只是用了一個變頻器，因此控制變頻器的地址為1。 3）各種電機(jī)和泵。格柵機(jī)型號選用WLGS3001500，標(biāo)準(zhǔn)溝深為1535 mm，粗格柵柵隙：22 mm，細(xì)格柵柵隙：6 mm。清污機(jī)型號選用回轉(zhuǎn)齒耙式清污機(jī)，清污刮板傳動裝置宜采用回轉(zhuǎn)式輸送鏈。潛水泵型號選用WQ30203，流量：30 m3/h，揚(yáng)程：20 m，功率：3 kw，額定電壓：380 V，同步轉(zhuǎn)速3000 r/min。轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)型號選用YHG1800A，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速：50 rpm，轉(zhuǎn)碟直徑：1800 mm，浸沒水深：680 mm。潛水?dāng)嚢铏C(jī)型號選用QJB，最高介質(zhì)溫度不超過40℃，介質(zhì)的PH值在59間，長期潛水運(yùn)行，潛水深度一般不超過20 m。污泥回流泵型號選用0JB—W15，電機(jī)功率：15 kw，額定電流：41 A，葉輪直徑：400 mm。刮泥機(jī)型號選用ZBG周邊傳動刮吸泥機(jī)，周邊線速度： m/min，單邊功率： kw，排泥管徑：300 mm，處理水量：283 m3/h。離心式脫水機(jī)型號選用SX系列三足式，轉(zhuǎn)速：1000 r/min，電機(jī)功率：11 kw，分離因數(shù)：560 Fr，工作容積：140 L。4）溶解氧儀。用于測量鍋爐給水、蒸汽、超純水、凝結(jié)水、除氧劑出口，以及工廠使用氧氣處理化學(xué)過程中的含氧量，并根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行給養(yǎng)控制，其輸出信號主要有兩種形式：4~20 mA或0~20 mA（電流形式），0~5 V或1~5 V DC（電壓形式）。在此控制系統(tǒng)中，采用溶解氧儀的電流輸出信號，將其通過PLC的擴(kuò)展模塊送入PLC主機(jī)進(jìn)行處理。本次選用PH/溶解氧測量儀型號：SA29MP525。測量范圍：pH：（~）pH mV：177。 mV，溶解氧：（0~）mg/L(ppm)；（0~）% 溫度：（10~110）℃精確度：pH：177。 pH mV：177。% FS 溶解氧：177。 mg/L 溫度：177。 ℃，自動溫度補(bǔ)償：pH：（0~100）℃ 溶解氧：（0~45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲存：900組，通訊接口：RS232，電源：DC9V/300mA。其特點(diǎn)是高精度的pH+溶解氧雙參數(shù)儀表。配用2503型pH電極，可用于離子強(qiáng)度較低、渾濁液體和膠體溶液的測量。可設(shè)定高純水和加氨純水二種特殊的pH測量模式，適合電力、石化等行業(yè)使用。新型的溶氧電極有鹽度測試功能，自動實(shí)現(xiàn)鹽度補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償；儀器內(nèi)置氣壓傳感器，自動實(shí)現(xiàn)氣壓補(bǔ)償。極譜型溶氧電極，極化時間短，響應(yīng)快，測量準(zhǔn)確。5）各類按鈕。在這個控制系統(tǒng)的自動操作中，采用三種機(jī)械按鈕，控制污水處理系統(tǒng)的啟動和停止，手動/自動按鈕使用旋鈕，即旋到一邊接通，旋到另外一邊就斷開；自動啟動按鈕采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕；急停按鈕使用旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕，按下后系統(tǒng)停止，旋轉(zhuǎn)后自動彈起復(fù)位。在手動控制狀態(tài)時，對于每個設(shè)備都對應(yīng)設(shè)置一組按鈕，采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕，即按下接通，松開復(fù)位。 6）液位傳感器和液位差計(jì)。在進(jìn)水泵房和污泥回流泵房都要安裝液位傳感器，本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器，均為數(shù)字量輸入。對格柵處的清污機(jī)進(jìn)行控制，需要檢測格柵兩側(cè)的液面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計(jì)，選用超聲波液位差計(jì)。本次選用的液位差計(jì)也是數(shù)字量輸入到PLC中的，在液位差計(jì)中預(yù)先設(shè)置好設(shè)定值。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)的數(shù)值時，數(shù)字量信號輸入到PLC中，進(jìn)而控制清污機(jī)運(yùn)行，清除大顆粒的污染物，保障污水流動通暢；在液位差未超過設(shè)定值時，清污機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，這樣就可大大減少設(shè)備損耗。 7）接觸器。在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行動作的，因此需要PLC根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、清污機(jī)接觸器、潛水泵接觸器、分離機(jī)接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器、潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器、刮泥機(jī)接觸器等。為此該系統(tǒng)選用施耐德LC1D0901M5C交流接觸，其額定電壓220 V，額定電流9 A。其特點(diǎn)有：高標(biāo)準(zhǔn)：。長壽命：機(jī)械壽命高達(dá)2000萬次；電壽命高達(dá)200萬次。強(qiáng)適應(yīng)性：“TH”防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。寬電壓：線圈控制電壓在70%120%Uc之間波動，不影響產(chǎn)品正常工作。強(qiáng)通用性：具有50Hz60Hz通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時觸頭，機(jī)械閉鎖等模塊。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星—三角起動器。（1）格柵機(jī)接觸器。格柵機(jī)接觸器包括兩個：一個是置于粗格柵處，控制粗格柵處的格柵機(jī)；一個是置于細(xì)格柵處，用于控制細(xì)格柵處的格柵機(jī)。根據(jù)程序的執(zhí)行或者操作面板上按鍵的情況，控制兩個格柵機(jī)的運(yùn)行與停止。（2）清污機(jī)接觸器。清污機(jī)接觸器包括兩個：一個是置于粗格柵處，控制粗格柵處的清污機(jī)；一個是置于細(xì)格柵處，用于控制細(xì)格柵處的清污機(jī)。根據(jù)格柵兩側(cè)的液位差或者操作面板上按鍵的情況，控制兩個清污機(jī)的運(yùn)行與停止。（3）潛水泵接觸器。潛水泵接觸器包括有兩個接觸器，分別控制兩臺潛水泵，通過進(jìn)水泵房的液面高度或操作面板上按鍵的情況，控制兩臺潛水泵的運(yùn)行或者停止。（4）轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器。轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器包括六個接觸器，每個轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)都有三個接觸器，一個是連接到工頻正轉(zhuǎn)電網(wǎng)的，一個是連接到工頻反轉(zhuǎn)電網(wǎng)的，另外一個是連接到變頻器的。根據(jù)污水中的溶氧量或操作面板上的按鍵的情況，控制兩臺轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的運(yùn)行及停止，以及在運(yùn)行時是處于變頻還是工頻運(yùn)行狀態(tài)。（5）分離機(jī)接觸器。分離機(jī)接觸器是連接分離機(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，分離機(jī)與轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)是同步運(yùn)行，通過對轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的控制完成對分離機(jī)的控制。（6）潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器。潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器是連接潛水?dāng)嚢铏C(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制潛水?dāng)嚢铏C(jī)運(yùn)行與停止。（7）刮泥機(jī)接觸器。刮泥機(jī)接觸器是連接刮泥機(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制刮泥機(jī)的運(yùn)行與停止。（8）污泥回流泵接觸器。污泥回流泵接觸器是連接污泥回流泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過污泥回流泵房中液面的高低或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制污泥回流泵的運(yùn)行與停止。（9）離心式脫水機(jī)接觸器。離心式脫水機(jī)接觸器是連接離心式脫水機(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制離心式脫水機(jī)的運(yùn)行與停止。（10）聚合物泵接觸器。聚合物泵接觸器是連接聚合物泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行和操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制聚合物泵的運(yùn)行與停止。（11）污泥機(jī)及切割機(jī)接觸器。污泥機(jī)及切割機(jī)接觸器是連接污泥機(jī)及切割機(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制污泥機(jī)及切割機(jī)的運(yùn)行與停止。 硬件電路 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，如表2表2表2表24所示的I/O分配情況，以及圖12所示的電氣控制系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計(jì)出污水處理控制系統(tǒng)的硬件連線圖，控制面板上的手動控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。本次硬件連線圖是用AutoCAD軟件進(jìn)行繪制的，共繪有16張A4圖紙，包括主電路、PLC及擴(kuò)展、PLC輸入回路和PLC輸出回路。 主電路 主電路是各個電機(jī)和泵與電網(wǎng)的連接。如圖21所示，為其中一張主電路連線圖。圖21主電路四臺電機(jī)分別為粗格柵機(jī)（M1）、1清污機(jī)（M2）、細(xì)格柵機(jī)（M3）、2清污機(jī)（M4）。接觸器KMKMKMKM4分別控制MMMM4的工頻運(yùn)行；FRFRFRFR4分別為四臺電機(jī)用作過載保護(hù)的熱繼電器；QF1為主電路的開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器。 PLC及擴(kuò)展PLC采用的是S7200系列的CPU226，擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量擴(kuò)展模塊：4個EM223和模擬量擴(kuò)展模塊：1個EM235。由于PLC和擴(kuò)展模塊的M和L+端子都需輸入24V的直流電壓，所以需采用一個直流電源DC1。如圖22所示，為PLC及擴(kuò)展圖。圖22 PLC及擴(kuò)展 PLC輸入回路如下圖23所示，為其中一張PLC輸入回路圖。導(dǎo)線2與直流電壓24V相連接；SB7~SB14為常開按鈕輸入。圖23 PLC輸入回路 PLC輸出回路如圖24所示，為其中一張PLC輸出回路圖。導(dǎo)線2與直流電壓24V相連接；導(dǎo)線L1N為電網(wǎng)導(dǎo)線；HL2HL2HL2HL24分別為潛水泵房報(bào)警、污泥回流泵房報(bào)警、手動方式指示燈、自動方式指示燈；KM1KMKMKM20分別為污泥機(jī)接觸器、1轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻反轉(zhuǎn)接觸器、2轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻反轉(zhuǎn)接觸器、切割機(jī)接觸器；HL1HLHLHL20分別為污泥機(jī)運(yùn)行指示燈、1轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻反轉(zhuǎn)運(yùn)行指示燈、2轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻反轉(zhuǎn)指示燈、切割機(jī)運(yùn)行指示燈。圖24 PLC輸出回路 其它詳細(xì)電路連線圖，請查看附錄2，包括4張主電路、1一張PLC及擴(kuò)展、8張PLC輸入回路、3張PLC輸出回路。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用西門子公司為S7—200系列PLC開發(fā)的STEP 7—Micro/WIN SP8作為編程軟件，上面介紹了污水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)基本完成后，就要開始軟件部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計(jì)情況及PLC控制系統(tǒng)I/O的分配情況，進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)。在軟件的設(shè)計(jì)中，首先按照需要實(shí)現(xiàn)的功能要求做出流程框圖，其次按照不同功能編寫不同功能模塊，這樣寫出的程序條例清晰，既方便編寫，也便于調(diào)試。 系統(tǒng)控制信號PLC作為污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計(jì)過程變得更加簡單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機(jī)界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。由于PLC的CPU強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。 利用PLC作為控制器的污水處理系統(tǒng)主要涉及的控制信號有：一是輸入信號；二是輸出信號。 輸入信號污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及五類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測、電機(jī)過載保護(hù)的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。1）按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機(jī)啟動按鈕、清污機(jī)啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機(jī)工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。2）液位差輸入檢測。檢測粗細(xì)格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機(jī)的啟動與停止。3）液位高低輸入檢測。檢測進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。4）電機(jī)過載保護(hù)的輸入檢測。電機(jī)電路中如果過載，電流過大，則熱繼電器發(fā)出一個信號，輸入到控制器中，通過程序來控制電機(jī)的停止，以免損壞電機(jī)。5）含氧量輸入檢測。以上四種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。通過將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)位置上，將檢測值反饋到PL