基于PLC的污水处理控制系统设计

3 基于PLC的电气控制部分设计

3.1 PLC的简介

PLC（Programmable Logic Controller）全称为可编程控制器，是一款专为工业生产中用到的数字运算操作的电子式的装置。PLC主要是用能够编写程序的存储器来实现一系列的可操作运算，包含逻辑、数字和算术运算等，输入和输出由数字化和模拟化两种方式实现，能够控制生产过程和生产中的各类机械[6]。

3.1.1 PLC选型

根据污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等各个方面的考虑，最终本设计用到的电气控制系统的开发技术选择的是由西门子公司开发的S7—200系列的产品[7]。由于污水处理的电气控制系统中涉及到较多的输入和输出端口，控制过程的实现方面相对较为复杂，因此采用了CPU226的PLC机作为该控制系统涉及开发技术的主机。

CPU226在污水处理系统使用到的数字量的输入点和输出点都比较多，因此除了主机自带的那些一定量的I/O口的数量外，还需要更多些能够扩展的的I/O模块。其中的输入点和输出点正好能够充分满足本设计的系统在控制这一方面对I/O口的需求量。

在本系统中，由于使用到了对模拟量方面的采集和控制这两个功能的需求，因此还需要一个能够再次扩展的模拟量的输入和输出模块。西门子的S7—200系列配置了专门能后适应系统中模拟量的输入和输出模块即为EM235，该模块在分辨率方面较高和在输出方面有较强的驱动能力，可满足控制系统的功能要求。

3.2 污水处理系统电气控制系统总体设计

3.2.1 控制系统方案设计

操作面板 各类泵运行

液位高度传感器 P L C 格栅机定时运行 显示面板 图3-1 电气控制系统框图

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工作过程：

在手动状态下，各类设备的控制根据对操作面板上的按钮操作来控制，无逻辑控制，不根据液位高度传感器的状态和设定的时间进行控制。在自动方式下进行闭环控制，系统根据检测的液位高度状态和设定的时间来对设备进行启停控制，其工作过程如下。

1、系统上电电源接通后，按下自动控制按钮，自动控制方式被启动，系统中的搅拌机和曝气风机随即也被启动。

2、运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环进行。

3、进水泵根据进水池中反馈得到的实际液位与系统控制要求的液位进行比较后再决定其运行或停止。

4、污泥回流泵根据沉淀池中反馈得到的实际液位与系统控制要求的液位进行比较后再决定其运行或停止。

3.2.2控制系统硬件主电路设计

1、电气控制主电路图[8]

本设计的污水处理系统的主电路如图3-2所示。

图3-2 污水处理系统主电路图

主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制进水泵、粗格栅机、细格栅机、曝气风机、搅拌机、污泥回流泵这六个电机的启动与停止。这六个电机分别由六个相对应的热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6分别实现对各自所在的电路中确保其安全的过载保护功能。

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QF0为整个电路中的电源总开关，其功能是既可实现对主电路的短路保护作用，又起到了对三相交流电源进行电源分流的作用，在使用和维修方面也很方便。电路中安装的断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6分别能够实现各自所在的与之相对应的分电路中所连接设备的安全方面的过载和短路保护作用的功能。控制电源路上的熔断器FU在电流过大时熔断自身切断电路起到保护作用。

其中主电路中的控制电源部分的电路图如图3-3所示。

图3-3 污水处理电源控制电路图

电路图的上方部分连接的器件是中间继电器KA，此继电器在电路中是具有一定的带负荷能力，上图中所示的电路中的中间继电器KA主要是为了替代小型接触器来实现其后者的功能。当接触器KM的线圈在不通电的情况下，与之相对应的KM接触点也一直保持着电路断开不导通的状态；KM线圈在通电的情况下，相对应的KM触点也就被接通，从而实现了由控制电路中的送电和断电来控制主电路中的各个电动机的启动与停止。电路中的热继电器FR在此电路中依旧是保护电路安全起到过载保护的功能。

2、PLC电路控制设计

根据上文中对整个工艺流程的介绍，对PLC的型号的选择，绘制的系统原理主电路图和控制电路中的电路连接图[9]，来绘制本系统的PLC控制连接电路的原理图，同时完成系统控制中的I/O口的分配工作，将其对应的功能用表格的方式绘制下来。图3-4为污水处理系统PLC控制电路原理图。

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图中的PE为接地，输入端连接的接触器起到电路的送电和断电的作用，接触器下方接入的热继电器FR则起到保护电路的作用，输出端串联的中间继电器KA在电路中起到了消除干扰，保证了输出信号的稳定性。

图3-4 污水处理系统PLC控制电路原理图

3.2.3 PLC的I/O资源配置

根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行配置[10]，具体分配见表3-1、表3-2。 1、数字量输入部分：

表3-1 数字输入量地址分配 输入地址 I0.0 I0.1 I0.2 输入设备 进水泵接触器 粗格栅机接触器 细格栅机接触器 输入地址 I0.3 I0.4 I0.5 输入设备 曝气风机接触器 搅拌机接触器 污泥回流泵接触器 2、数字量输出部分：

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表3-2 数字输出量地址分配 输出地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 输出设备 进水泵启动 粗格栅机启动 细格栅机启动 输出地址 Q0.3 Q0.4 Q0.5 输出设备 曝气机启动 搅拌机启动 污泥回流泵启动 3、软元件设置

在设计程序过程中，会用到许多中间继电器、寄存器、定时器等软元件，为了便于编程及修改，将用到的软元件列出，如表3-3所示。

表3-3 软元件设置 元件 M0.0 M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M1.5 M2.0 M2.1 T37 T38 T39 T40 C0 C1 C2 C3 VD208 意义 自动启动标志 进水泵手动启动标志 粗格栅机手动启动标志 细格栅机手动启动标志 曝气风机手动启动标志 搅拌机手动启动标志 污泥回流泵手动启动标志 进水泵自动启动标志 污泥回流泵自动启动标志 粗格栅机停止时间 粗格栅机运行时间 细格栅机停止时间 细格栅机运行时间 粗格栅机停止中间计数器 粗格栅机运行中间计数器 细格栅机停止中间计数器 细格栅机运行中间计数器 进水实际液位寄存器 内容 600 600 600 600 VW100 VW102 VW104 VW106 备注 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 On有效 1min 1min 1min 1min 10