李金懋，趙海多

基于PLC的污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其組態(tài)實(shí)現(xiàn)

李金懋，趙海多

（黑龍江工業(yè)學(xué)院 電信系，黑龍江 雞西158100）

針對(duì)日益凸顯的污水問題，設(shè)計(jì)了以西門子S7-200PLC為控制核心的污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有手自動(dòng)切換、水泵保護(hù)、工作計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)警等功能；并通過MCGS實(shí)現(xiàn)組態(tài)控制，擁有良好的人機(jī)交互界面。

S7-200PL；污水處理系統(tǒng)；MCGS；人機(jī)交互界面

改革開放以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了世人矚目的成就，伴隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)境問題日益凸顯，污染物排放超過環(huán)境的承載力，作為人類生命之源的水資源污染尤為嚴(yán)重，為了改變現(xiàn)狀，近年來，國(guó)家將水環(huán)境的改善作為工作重點(diǎn)，加大投入。但我國(guó)污水處理存在起步晚、成本高，處理過的污水質(zhì)量不穩(wěn)等問題，因此提高污水處理系統(tǒng)的效率和質(zhì)量迫在眉睫。

傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：易出故障、維護(hù)不便、運(yùn)行壽命短、占用空間大、浪費(fèi)人力、工作環(huán)境惡劣，存在安全隱患。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，采用PLC邏輯控制的污水處理系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單迅速、工作可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、修改程序方便、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。因此，進(jìn)行污水處理PLC控制系統(tǒng)的相關(guān)研究具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究?jī)r(jià)值。文章設(shè)計(jì)的污水處理系統(tǒng)主要應(yīng)用于污水池向沉淀池注水過程，其控制核心為西門子公司的S7-200PLC，人機(jī)交互界面編寫采用MCGS組態(tài)軟件。

1　總體功能設(shè)計(jì)

文章設(shè)計(jì)的污水處理系統(tǒng)主要有四個(gè)功能，分別是手自動(dòng)切換功能，水泵保護(hù)功能，工作時(shí)間記錄功能和自動(dòng)報(bào)警功能。在電氣控制上采用PLC+上位機(jī)聯(lián)合控制，可靠性高。PLC與上位機(jī)采用串口通信，便于上位機(jī)對(duì)PLC的適時(shí)控制，能夠及時(shí)采集各電氣設(shè)備的運(yùn)行信息，便于多機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制。人機(jī)界面采用觸摸屏，可提供多種控制及狀態(tài)信息，使系統(tǒng)的可視性、維護(hù)性大大提高。

2　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)PLC接線圖。系統(tǒng)的PLC接線圖如圖1所示。I0. 0用于選擇系統(tǒng)處于手動(dòng)工作狀態(tài)還是自動(dòng)工作狀態(tài)。I0. 1～I(xiàn)0.4分別用于在手動(dòng)狀態(tài)下控制水泵1和水泵2的啟停。I0.5為故障復(fù)位按鈕，主要用于清除故障，使系統(tǒng)重新工作。I0.6和I0.7分別用于模擬水泵1和水泵2是否發(fā)生故障，系統(tǒng)工作時(shí)，如果出現(xiàn)故障泵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)使正常泵工作并使故障泵的故障標(biāo)志位置位，同時(shí)發(fā)出報(bào)警；系統(tǒng)實(shí)際連接時(shí)，I0. 6和I0.7可以連接水泵1和水泵2，監(jiān)控單機(jī)的轉(zhuǎn)速或熱繼電器等來獲得故障信號(hào)。I1.0為低液位標(biāo)志，用于模擬污水處于低水位；I1.1為高液位標(biāo)志，用于模擬污水處于高水位；I1.2為液位超高標(biāo)志，用于模擬污水水位超高，當(dāng)其值為1時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警；系統(tǒng)實(shí)際連接時(shí)，I0.6、I0.7、I1.0的信號(hào)輸入來自液位傳感器。Q0.0和Q0.1分別為泵1和泵2的工作指示燈，Q0.2為系統(tǒng)報(bào)警指示燈。

圖1　PLC接線圖

表1　污水處理系統(tǒng)I/O及內(nèi)部存儲(chǔ)器分配表

（2）污水處理系統(tǒng)I/O及內(nèi)部存儲(chǔ)器分配。與PLC接線圖對(duì)應(yīng)的I/O及內(nèi)部存儲(chǔ)器分配表如表1所示。其中包括：污水池低液位延時(shí)接通延時(shí)定時(shí)器T37；污水池高液位延時(shí)接通延時(shí)定時(shí)器T38；用于記錄水泵1工作時(shí)間的加計(jì)數(shù)器C1；用于記錄水泵2工作時(shí)間的加計(jì)數(shù)器C2；水泵1和水泵2的故障標(biāo)志位分別為M0.0和M0.1。

3　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）PLC程序設(shè)計(jì)。手自動(dòng)切換功能的程序設(shè)計(jì)采用復(fù)合開關(guān)和跳轉(zhuǎn)指令相結(jié)合的方式來編寫，通過此種方式來完成的切換功能，具有程序簡(jiǎn)單明了，便于理解，應(yīng)用性、可讀性強(qiáng)的特點(diǎn)。工作時(shí)間記錄功能的程序設(shè)計(jì)采用特殊存儲(chǔ)器（SM）的SM0.4位與加計(jì)數(shù)器聯(lián)合編寫。

水泵保護(hù)功能的程序設(shè)計(jì)與水泵工作時(shí)間、低液位狀態(tài)下工作延時(shí)間和故障是否清零有關(guān)。出現(xiàn)水泵工作時(shí)間設(shè)定值到、低液位情況下延時(shí)時(shí)間到和故障清除上述三種情況之一的，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行工作時(shí)間短的水泵。當(dāng)出現(xiàn)水泵1運(yùn)行時(shí)間到，并且水泵2無故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)泵2，停止泵1，同時(shí)清除泵1運(yùn)行時(shí)間C1值；當(dāng)出現(xiàn)水泵1有故障，并且水泵2無故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)泵2，停止泵1，同時(shí)清除泵1運(yùn)行時(shí)間C1值，水泵1故障標(biāo)志位置位，故障指示燈亮。泵2運(yùn)行方式同理。部分程序如圖2所示。

圖2　水泵保護(hù)程序設(shè)計(jì)

（2）組態(tài)軟件設(shè)計(jì)?；诮M態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)的操作主界面如圖3所示。畫面包括污水池、沉淀池、水泵1、水泵2、水管、相關(guān)按鈕、水泵運(yùn)行監(jiān)視操作塊，報(bào)警指示燈等。在畫面工藝上可以顯示水泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，污水流動(dòng)模擬等，同時(shí)可以對(duì)按鈕，水泵等設(shè)備進(jìn)行操作。設(shè)置不同權(quán)限，按不同級(jí)別分級(jí)加密并記錄操作人員工號(hào)和所有操作信息，有效避免誤操作。發(fā)生污水池水位超高和水泵故障時(shí)，觸摸屏上的報(bào)警指示燈變成紅色并發(fā)出聲音報(bào)警。各種模擬信號(hào)如：泵1故障、泵2故障、液位超高、故障復(fù)位信號(hào)等；開關(guān)信號(hào)如手自動(dòng)切換、手動(dòng)啟停水泵1、手動(dòng)啟停水泵2等；整個(gè)系統(tǒng)通過滑標(biāo)、按鈕、開關(guān)、信號(hào)燈、顏色、填充等手段使運(yùn)行過程實(shí)時(shí)生動(dòng)地被表現(xiàn)出來。

圖3　污水處理系統(tǒng)操作主界面

4　結(jié)語(yǔ)

文章采用PLC作為系統(tǒng)控制核心，可靠性高，程序修改方便，可及時(shí)優(yōu)化程序。系統(tǒng)帶有手自動(dòng)兩種工作模式，可操作性強(qiáng)，具有水泵保護(hù)電路，報(bào)警電路及報(bào)警處理電路，同時(shí)加入觸摸屏，可實(shí)時(shí)監(jiān)控污水存儲(chǔ)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)損壞、污水水位過高等情況，系統(tǒng)控制方便，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，同時(shí)有效地保證了人身安全。

雖然本設(shè)計(jì)源于工程實(shí)際，但可以把它作為貼近生活的實(shí)際工程案例，應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)，作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)還可以激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)新思維。具有理論研究和教學(xué)推廣意義。

［1］李達(dá).經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量——基于長(zhǎng)三角的實(shí)證研究［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2007.

［2］卡米力江·阿不來.PLC控制的油田污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)化工貿(mào)易，2013，（8）.

［3］劉敏，鐘蘇麗.可編程控制器技術(shù)項(xiàng)目化教程（第2版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

Design and Configuration of Sewage Disposal System Based on PLC

LI Jin-mao，ZHAO Hai-duo
（Department of Telecommunication，Heilongjiang University of Technology，Jixi，Heilongjiang 158100，China）

In view of the growing prob1em of sewage，sewage treatment system with Siemens S7-200 PLC as the contro1 core is designed.The system has functions such as hand automatic switching，protection of the water pump，timing，automatic a1arm.And configuration contro1 is rea1ized by the MCGS，which has a good human-computer interaction interface.

S7-200 PL；sewage disposa1 system；MCGS；human-computer interaction interface

TP 277

A

2095-980X（2016）03-0057-02

2016-03-08

李金懋（1986-），男，碩士，教師，主要研究方向：現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。