摘 要：該文結合實際工況，采用s7-200系列小型PLC進行控制系統(tǒng)改造。

關鍵詞：PLC 控制系統(tǒng) s7-200

中圖分類號：TG581文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0108-02

目前，自控行業(yè)主推的控制系統(tǒng)是分布式系統(tǒng)，該類系統(tǒng)的主要特點是分散控制、集中管理。清河污水處理廠整體也采用了這類的控制系統(tǒng)。而像移動式除砂機這樣的分布式智能從站也應有如下主流的功能特點：獨立PLC程序、完善的監(jiān)控系統(tǒng)及故障報警系統(tǒng)、組態(tài)靈活、可靠性高、操作方便等。顯然，清河廠的移動式除砂機自控系統(tǒng)和主流的分布式從站系統(tǒng)還相差較遠，需改進。

因此，本次自控系統(tǒng)開發(fā)的主要內容是：（1）電氣自控系統(tǒng)，報警停機系統(tǒng)設計。（2）程序編寫。（3）自控制圖。（4）更換元件，接線、施工、配電箱改造等。

1 可行性研究及效益分析

該系統(tǒng)的研發(fā)主要分為兩方面，一是PLC硬件更換、梯形圖程序重新編寫，二是狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)的設計及開發(fā)。

目前S7—200系列PLC已在工控行業(yè)廣泛應用，其特點是：實用性強、編程方便、指令功能強大 、結構緊湊 、擴展性良好 、價格低廉、更換方便完全適應該設備的運行需要，同時提供了相對的可靠性和適應性?；趕7-200的tp、op監(jiān)控、診斷系統(tǒng)相關軟硬件也早已技術成熟，廣泛應用于小型自動化系統(tǒng)中。

預計該項目的完后主要有如下效益：

（1）優(yōu)化控制，降低故障率。

（2）節(jié)約采購、維修成本。

（3）提高故障排除效率，節(jié)約人力成本。

2 系統(tǒng)詳細設計與具體實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體設計

移動式除砂機安裝在曝氣沉砂池上，曝氣沉砂池的功能是去除污水中比重較大，易沉淀分離的顆粒物質。這些物質如果進入后面的構筑物和管道，將給污水廠的運轉造成困難，并使設備過度磨損。同時，又不希望有機污泥和砂礫一道沉淀，使沉砂難于處置。另外還有一個功能，就是在除砂的同時進一步去除水中含油物質。

移動式除砂機上的氣提泵、空壓機、電磁閥等設備由成套的就地控制箱控制。吸砂橋沿池往返運行，24 h連續(xù)工作。吸砂橋的等待位置在進水側，啟動后從等待的位置出發(fā)，任何時候停車都會自動返回等待位置。當發(fā)出開機指令，吸砂橋的刮浮渣板處于下降位置，橋以1.1 m/min的速度有進水側向出水側運動。到達出水側，停留一定時間，刮浮渣板高抬，橋折返向進水側以1.1 m/min運動，最后到達等待位置，停留一定時間。完成了一個周期的運行，接著再開始下一個周期。

在吸砂橋運行過程中，橋上的空壓機連續(xù)工作，氣提泵將池底的沉砂混合液氣提到池旁的出砂槽中，然后自流進行2個獨立砂泵井，將含水砂提升進入位于洗砂間的砂水分離器。在自控條件下，除砂泵與除砂橋聯(lián)動，并受安裝在除砂池內的浮球液位開關控制和保護。吸砂橋從進水側運行時，下降的刮浮渣板將池表面的浮渣刮向向下游，進入出水側的浮渣槽，進入浮渣井。井中的浮渣由浮渣車定期抽送至廠外處置。

沉砂池出砂經(jīng)出砂槽進入洗砂車間內的2臺無軸螺旋式洗砂機。洗砂機與吸砂橋車聯(lián)動將砂和水分離，出砂進入砂斗外運，水溢流入廠區(qū)污水管道。在自動控制條件下，砂水分離器與砂泵井內的除砂泵連鎖運行。其工作狀態(tài)和故障信號送入PLC。

控制原理：當工作人員進入移動式除沙機，確認機械電氣設備完好正常時開啟總電源開關Q101三相電源供電，主回路得電，電源指示燈亮起，再合上操作回路電源開關F101、F102、F103、F104使操作部分得電，同時PLC得電。

PLC上電后，馬上自檢，檢測是否有故障或報警，若出現(xiàn)上述情況，Q0.4報警燈開始閃爍。如無故障，當工作人員選擇到自動位置時。PLC輸入通道I0.1得電動作，程序中自動運行程序塊開始執(zhí)行，正轉輸出通道Q0.0吸合，由電氣原理圖可知，這時接觸器KM1線圈得電KM1常開觸點變常閉，行走電機得電，電機開始運轉，同時KM1另一對輔助接點的常開接點變成常閉接點得電供給卷線軸電機，接觸器線圈得電吸合卷線軸電機運轉開始卷線軸動拖攬動作，同時除砂的鼓風機接觸器線圈得電，鼓風機電機開始工作，除砂工作開始進行。

當行駛到一端的行程限位點時，光電感應限位開關SP1常開變常閉，PLC輸入通道I0.5得電，PLC收到到達限位信號，外部正傳接觸器線圈失電斷開，同時卷軸電機接觸器失電斷開，鼓風機接觸器失電斷開，卷軸電機停止工作，鼓風機停止運行，PLC內部定時器T37得電并保持180 s后線圈動作，執(zhí)行反轉程序段，反轉輸出通道Q0.1吸合，給外部反轉接觸器線圈KM2送電，反轉接觸器KM2得電吸合，行走電機開始反方向運轉，同時反轉接觸器的輔助接點常開變常閉卷軸接觸器吸合開始卷線，鼓風機接觸器得電，鼓風機開始運轉。與正轉相同，等到達另一限位位置接近開關SP2常開變常閉，PLC收到到達限位信號，外部正傳接觸器線圈失電斷開，同時卷軸電機接觸器失電斷開，鼓風機接觸器失電斷開，卷軸電機停止工作，鼓風機停止運行。PLC內部定時器T38得電并保持30 s后線圈動作，使得程序又開始執(zhí)行正轉程序段，如此交替運行。

程序設有多重保護，如KM1、KM2的互鎖、限位開關故障報警、脈沖傳感器防啃軌報警、鼓風機報警、非正常停機報警等。保證當出現(xiàn)上述等故障時，能及時報警停機，避免設備故障進一步擴大。

2.2 控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

基于s7-200CPU224的小型PLC，采用西門子Step7-Micro/win進行設計編程，以下是具體步驟。

2.2.1 根據(jù)控制要求確定符號表及PLC點號表

首先在軟件中確定PLC中的符號及地址表如表1。

2.2.2 運行控制程序設計

本系統(tǒng)的控制流程較為簡單，左行、右行分別與空壓機運行連鎖，上電后PLC系統(tǒng)首先自檢，當無報警時，手自動操作有效，可正常啟停設備。根據(jù)運行及設計需求參照符號地址表開始編寫程序如下：系統(tǒng)自檢、自動運行控制、手動運行控制程序段。

2.2.3 故障停機控制程序設計

故障停機系統(tǒng)，是設計編程的重點，當設備出現(xiàn)故障或運行于非正常狀態(tài)，故障停機系統(tǒng)啟動，將設備停下來并發(fā)出報警信息將故障損失降低到最小，是至關重要的。故障停機程序編寫如下：報警停機實現(xiàn)、急停報警、接觸器故障報警、限位開關故障報警、非正常停機報警、脈沖報信報警。

2.3 系統(tǒng)整體測試及施工

編程及WinCC系統(tǒng)完成后，采取車間內整體調試好后，再配電箱整體更換的辦法，保證停機時間低于4 h，不影響工藝運行。

在車間內調試時，將配電箱組裝好，將PLC及各電器元件在柜內安裝完畢，配線完畢，臨時接上限位開關、脈沖傳感器、連入筆記本電腦模擬上位機，進行系統(tǒng)整體模擬測試。首先模擬設備正常運行過程，測試結果正常，無論手動、自動設備均能按照設計流程進行工作。之后進行了故障模擬及診斷系統(tǒng)測試，模擬各種故障測試系統(tǒng)是否能夠及時停機保護及故障診斷系統(tǒng)是否能準確判斷故障點，效果也較好，當發(fā)生故障且不能自動復位的時候，系統(tǒng)能立即停機并且在診斷系統(tǒng)通能進行常規(guī)故障的診斷，給予檢修人員必要的信息。

測試完畢后，在現(xiàn)場進行了施工，將現(xiàn)場配電箱整體進行了更換，新的控制系統(tǒng)在安裝后運行良好，故障率大大降低，實現(xiàn)了優(yōu)化控制系統(tǒng)，提高設備可靠性的目的。

3 結語

本次目標是通過自控改造更新清河污水處理廠移動式除砂機自控系統(tǒng)，克服以往系統(tǒng)的弊端?？傮w看來，系統(tǒng)具有如下優(yōu)越性：

（1）將智能繼電器更換為西門子PLC，硬件故障率大大降低。

（2）重新編寫了控制程序，使設備運行更符合現(xiàn)場實際且更滿足工藝需要。

（3）在程序中加入大量停機保護措施，當出現(xiàn)故障時能及時停機，避免損失擴大。

（4）整體更換了電氣、自控系統(tǒng)，更換了全新的電氣元件，進一步提高了系統(tǒng)可靠性。

（5）所有設計、編程、制圖、施工自主完成節(jié)約了資金。

參考文獻

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