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L1 L2 L3 N FU1 L12 QF1 L11 L12 L22 L21 L22 L31 L32 L32 03/D3 KM3 KM2 KM6 1 R S T 2西门子变频器 3 MM430 4U V W 10 L13 L 23 L33 KM9 L3L1 4 M1 PE FR1 FR3 M3 图3-3工业污水处理系统变频部分主电路图
3.4 PLC选型
根据工业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、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7—200系列PLC作为工业污水处理系统的电气控制系统的控制主机。由于工业污水处理电气控制系统涉及较多的输入输出端口，其控制过程相对复杂，因此采用CPU226作为该控制系统的主机。
CPU226在工业污水处理系统中使用的数字量输入点和输出点都比较多，因
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此除了PLC主机自带的I/O外，还需要扩展一定数量的I/O扩展模块。在此采用EM223输入/输出混合扩展模块。8点DC输入8点输出型。正好可以满足控制系统的I/O需求。
在该系统中，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此需要在扩展一个模拟量输入输出扩展模块。西门子公司专门为S7—200系列PLC配置了模拟量输入输出模块EM235，该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力，可满足控制系统的功能要求。
3.5 PLC的I/O资源配置
根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行估算配置，具体分配如下。 3.5.1数字量输入部分
首先需要一个紧急制动按钮,运行方式有两种自动和手动，所以有自动运行方式，自动方式启动确认，手动方式。手动方式针对各个部件，粗细格栅机有手动粗格栅机启动， 手动细格栅机启动。手动清污机、潜水泵、分离机、碟曝气机工频、转碟曝气机变频、潜水搅拌机、刮泥机、污泥回流泵、分离式脱水机、污泥泵、转碟曝气机加速、转碟曝气机减少、粗格栅液位差计、细格栅液位差计、进水泵房液面高位传感器、进水泵房液面低位传感器、污泥回流泵液面高位传感器、污泥回流泵液面低位传感，总共24个数字输入量。
表3-4 数字输入量地址分配
输入地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 输入设备 急停 手动方式 自动方式 自动启动确认 手动粗格栅机启动 手动清污机启动 手动潜水泵启动 手动细格栅机启动 手动分离机启动 手动转碟曝气机工频启动 输入地址 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 输入设备 手动刮泥机启动 手动污泥回流泵启动 手动分离式脱水机启动 手动污泥泵启动 手动转碟曝气机加速 手动转碟曝气机减少 粗格栅液位差计 细格栅液位差计 进水泵房液面高位传感器 进水泵房液面低位传感器 15
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续表
I1.2 I1.3 手动转碟曝气机变频启动 手动潜水搅拌机启动 I2.6 I2.7 污泥回流泵液面高位传感器 污泥回流泵液面低位传感器 3.5.2数字量输出部分
数字量输出主要是对接触器的启动提供信号,共13个
表3-5数字输出量地址分配
输出地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 输出设备 粗格栅机接触器 清污机接触器 潜水泵接触器 细格栅机接触器 分离机接触器 转碟曝气机工频接触器 转碟曝气机变频接触器 输出地址 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 输出设备 潜水搅拌机接触器 刮泥机接触器 污泥回流泵接触器 离心式脱水机接触器 潜水泵报警 污泥回流泵报警 3.5.3模拟量输入部分
由于需要采集一个溶氧仪所反馈的数据，因此扩展了一个模拟量输入输出模块，具体I/O分配，如下表3-6所示。
表3-6 模拟量输入地址分配
输入地址 AIW0 3.5.4模拟量输出部分
在此控制系统中需要将采集回来的模拟量进行数据处理，然后，通过模拟输出口对变频器进行控制，进行控制其他设备的运行，如下表3-7所示。
表3-7模拟量输出地址分配
输出地址 AQW0 输出设备 经PID运算输出 输入设备 溶解氧仪 根据控制系统的功能要求，设计出工业污水处理控制系统的硬件连线图如图3-8所示，此控制面板上的手动控制部分主要在调试系统时使用，调试完成后基本处于闲置状态。
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急停 I0.0 N
手动方式 I0.1 自动方式 I0.2 自动启动 I0.3 确认 手 动 操 I0.4 操作面板 作 面 板 I2.1 粗格栅液位计 I2.2 细格栅液位计 I2.3 进水泵高位 I2.4 进水泵低位 I2.5 回流泵高位 I2.6 回流泵低位 I2.7 P 1L Q0.0 KM1 粗格栅机启动 Q0.1 KM2 清污机启动 Q0.2 KM3 潜水泵启动 Q0.3 KM4 细格栅机启动 Q0.4 KM5 分离机启动 Q0.5 KM6 曝气机工频启动 Q0.6 KM7 曝气机变频启动 S7-200 Q0.7 KM8 潜水搅拌机启动 CPU 226 Q1.0 KM9 刮泥机启动 + Q1.1 KM10 污泥回流泵启动 EM223 2L Q1.2 KM11 离心式脱水机启动 Q1.3 潜水泵报警显示面 板 变频器 Q1.4 污泥回流泵报警
L N 3 MM430 4 U V W L+ 2M 1M M N AC220v L M L+ EM235 RA A+ A- 溶解氧仪 RS485 M1 潜水泵电机 M3 图3-8工业污水处理系统PLC 硬件接线图 此图同3-2电气控制系统总框图 17
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3.6 变频器与电动机
3.6.1变频器简介
变频器的功能是将频率固定的（通常为50Hz）的交流电变换成频率连续可调的三相交流电源。变频器的输入端接至频率固定的三相交流电，输出端输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电。
变频器主要分为间接变频和直接变频两大类，而间接变频又根据中间直流环节的主要储能元件的不同可分为电压型和电流型。电压型变频器主回路由相控整流器，中间直流环节和逆变器三个部分组成。
相控整流器将交流电压整流为可控的直流电压，经滤波由电容Cd输出直流电压Vd，逆变器将直流Ud变换成频率可调的交流电源供给电机进行变频调速。由于中间直流环节是Cd低阻抗输出相当于是恒压源，故称电压型。
电流型交-直-交变频器与电压型变频器的差别仅在于中间直流环节中的储能元件用的是电感而不是电容。由于中间直流环节是高阻抗输出相当于电流源，故称电流型。
3.6.2变频与变压（VVVF）原理
当在实际利用变频器调节电机转速的过程中，当频率f下降时，定子绕组的反电动势E有所下降，定子电流增大，但是转子侧的负载并未增加，故转子段电流不变，根据电流平衡方程可知，励磁电流比增大，因而磁通φm增大。φm增加将导致铁芯的饱和，进而引起励磁电流波形的畸变，这是不希望的结果，因此希望φm可以保持基本不变。要实现这个目标，只要在变频过程中使变频器输出电压Ul/f=const，则磁通φm可保持基本不变。因此变频的同时也要变压，常用VVVF表示。
VVVF实施的基本方法包括：脉幅调制（PAM）和脉宽调制（PWM）。 （1）脉幅调制（PAM）
实现方法就是调节频率的同时，也改变直流电压的振幅值。PAM需要同时调节两个部分：整流部分和逆变部分，两者之间还必须满足一定的关系，故控制电路比较复杂，因此比较少用。
（2）脉宽调制（PWM）
实现方法就是在每半个周期内，把输出电压的波形分割成若干个脉冲波，每
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基于PLC的工业污水处理控制系统设计--毕业论文
