【《基于PLC的污水厂混合液回流泵控制系统设计与仿真研究》7500字（论文）】

目录目录PAGEII-基于PLC的污水厂混合液回流泵控制系统设计与仿真研究摘要本文介绍了污水处理厂中混合液回流控制系统的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于PLC控制的混合液回流自动化运行的系统。结合OPC-MXConfigurator和组态王软件进行仿真，文章首先介绍PLC在污水处理搅拌器控制系统的工艺及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计PLC控制系统的基本原则和步骤，来说明PLC在污水处理过程中控制搅拌器运行的应用。从硬件选型到模拟运行。首先按照设计要求找到合适的实物选材，包括合适的水泵，变频器，以及液位传感器等核心物件的确定。再通过GXWorks2进行程序的编写，用CAD画出接线图方便后续实物连接时更为方便。进行模拟时需要通过OPC-MXConfigurator和组态王建立连接通讯，实现电脑对整个过程的模拟。达到控制启停，实现状态信号、故障信号、和信号采集等。关键词：自动化；PLC控制；水泵；目录TOC\o"1-2"\u摘要 I1.绪论 11.1选题目的和意义： 11.2国内外研究现状综述： 21.3选题研究内容 22系统硬件设计部分 32.1PLC的选型 32.1.1PLC的I/O资源配置 32.2数据传感部分 42.2.1过压保护器 42.2.2液位传感器 52.2.3变频器 52.3显示部分 63系统设计内容 74系统程序设计部分 104.1源程序见附录2 104.1.1电流部分程序 104.1.2电压部分程序 114.1.3温度部分程序 115组态仿真 135.1OPC与程序建立连接 135.2模拟运行和监控 166结语 19参考文献 20附录：源程序图 23PAGE41.绪论随着水资源的日益枯竭，水质的恶化也越来越明显。随着经济的发展，水资源价格也在不断上涨。然而，目前国内的工业用水消耗量大、再生水量低、中水使用量低。相关数据表明，在全国范围内，循环使用的水资源的比例在40%-50%之间。目前，我国的污水处理厂只有10%的污水达到了国家的排放要求，其他的污水全部进入了河流、湖泊和海洋。目前，我国的工业用水面临着高耗水量、低重复利用率和严重污染等问题。由于日益恶化的环境问题，水资源日益匮乏，水质日益恶化，这简直就是“雪上加霜”。根据数据显示，目前全国有约三亿人因水源受到污染而出现不安全问题。在这当中有1.9千万人饮用的水都是过多的。气候专家预计，2100年，随着气候变化的不断加深，地球表面三分之一的土地会变成荒漠，届时，世界上半数的人口都会面临旱灾。这一切都是造成水污染的重要原因，所以，实行工业废水治理工程势在必行。种种迹象表明，缺水必然会是制约我国经济可持续、和谐发展的“瓶颈”，因而，我国对水的处理与循环利用日益受到关注。采用多种技术手段，进一步改善了水质，增加了企业的经济效益。而在废水的治理中，采用了厌氧化、好氧化工艺，利用废水中的热量、沼气等回收的能量，能够为企业的生产带来二次能量，达到了“变废为宝”的目标。在环保要求日益提高的今天，废水治理显得尤为重要和紧迫，各类废水经过处置后的排入，已成为各个行业的基础工作。由于废水的不稳定性，废水中各类废水组成的复杂多变，使得废水的治理技术和治理方法日益受到重视。1.1选题目的和意义：该控制方案不仅分布范围广，设备分散，控制点多，控制信息多，控制信号多，控制信号多，控制输出多，控制信号多，仿真参数多。而以上正是PLC的优点。采用PLC废水再利用技术，解决了我国目前存在的大量废水、区域分布大、不能进行集中的问题。另外，

plc废水回收装置所需费用较少，可节约大量的人工和材料。使用更便捷、更安全，能用计算机进行远程监视和控制。如果能够将其应用到实际中，将会大大缓解国内在自主研发方面的困难。然后通过工厂技术的提升和生产的实际操作，逐渐弥补了我国的不足，并在这方面继续发展。然而，国内废水处理装置仍将长期处于滞后状态，存在诸多差距。许多仪器仍处于仿制品的水准，在其理论上的探索还远远不够。因此，国内的仪器在技术层面上还存在着一定的不足，因此，必须有更多的专家参与进来。引进国内的仪器。1.2国内外研究现状综述：在美国，日本和西欧等发达国家中，发达国家的工业化进程相对比较快。在我国，由于我国的发展速度比较快，因此，其所面临的主要问题，尤其是水的污染问题，在很短的时间内就显露了出来。在污水治理方面，我们花费了大量的人力物力。近年来，世界各国对废水治理技术进行了大量的探索，但对废水的自动控制技术也越来越关注。近年来，各国纷纷对高效、智能型、集约型废水处理装置及自动监控装置进行了研究。国外的废水自动控制技术具有如下特征：(1)利用在线监测的水质分析仪，实现了对整个工厂的水质的即时监控，并通过计算机进行数据录入。改进了检测的准确性。(2)在不同的生产工艺中，都有一定的智能化，能够根据水质、水源情况，进行相应的调节。与国际上其他国家的情况比较，国内的废水治理系统在70年代才出现了自动控制。实施集中巡视；80年代采用DCS及分析仪器；从国外引入的废水处理设备中，目前普遍使用了分散式微机监测，并使用了高自动化的仪器和新技术。新的装置大量问世并投入使用。可以说目前国内废水治理的自动化状况是：人工、自动化、自主性和引导性。国内废水自动控制的特征主要表现为：国内的联机控制不能满足需要，因此大多使用国外的联机控制，而国外的仪器成本较高。因此，它的用途并不是很大。所有的控制台都是独立的，没有任何的数据交流。而且因为自身的资源有限，每个控制器只能进行简单的时间和逻辑的操作。经过比较，我们发现与国际上的废水自动控制系统还有很大的距离，不过国内的废水处理设备有很大的发展空间和潜力，所以这一次的设计可以很好的解决废水的倒灌问题，让它更加的简单，更加的安全。1.3选题研究内容本文以PLC为核心，采用人机界面技术，对废水自动调节系统中的混料机进行了设计和操作。PLCPLC的工作性能好，适用范围广，通讯能力强，程序设计简单，模块化，应用范围广。在人机接口上采用了触感回馈的传动机构，取代了机械按键，便于操作。采用

PLC、人机界面等相关仪器，对小型废水的自动控制进行了计算机模拟和校核。并对模拟的效果进行了改进。自动控制系统的性能要求.废水的治理需要自动的进行，并且要有一个自动的控制。它必须具备简单的运行能力，可以处理突发事件，处理日常参数，调整数据；第二，系统界面清晰，便于工作人员观看。同时具有数据的处理功能，方便了系统的运行和运行。本文所述的电力自动监控装置是针对废水治理中的混合装置进行的。另外，该系统还包含了用PLC进行控制的相应的检测仪器和报警器等。然后根据各个仪器上的数据进行显示，对废水处理中的回流水泵进行了自动化的控制。2系统硬件设计部分2.1PLC的选型本项目采用三菱

PLC

(FX2N-4AD)PLC，采用三菱FX2N16PLC(FX2N16)(FX2N是三菱

PLCFX的一种。由日本三菱公司生产的PLC，具有快速的运算速度和大规模可扩充的专用功能，以适应单一的要求，具有很好的灵活性和较好的控制性。它的特点是：可靠度高，指令列表丰富，操作简单，内置丰富的内置组件和丰富的扩充模块等。有自动和人工两种方式，一般情况下，只要把它调成自动（设定好压力，水液面）,PLC就能对整个系统进行操作。有员工来解决就行了。在遇到特别的条件（停水、检修）时，可以由手工操作转为手工操作。2.1.1PLC的I/O资源配置本文所选取的控制器

PLC为三菱

PLC

(FX2N-4AD)，所选的模拟值为-10伏至10伏直流（5毫伏），或420毫安，-20毫安至20毫安（20毫安）FX2N-4AD与FX2N主装置间的缓冲区进行数据的交流，FX2N-4AD共32个缓冲区（各为16比特）FX2N-4AD（每一为16比特）FX2N-4AD(8比特）。这8个点位可以被配置为FX2N-4AD的FX2N主控或主动.扩充部5V供电槽30

mA。输入切换为手动、自动、手工启动。采用人工关机，可实现自动开机、自动停车等功能。泵发热、渗漏、故障重置，分别按X000X001X002、X003、X004进行相应的输出。X005X006、X007、X010。具有人工显示、显示、灯光控制等功能。水泵、电表、故障指示器、过载故障指示器。Y000、Y001、Y002等电流发生故障。Y003、Y004、Y005……Y006、Y007、Y010。体温讯号。与AI0、AI1、AI2相对应。AI3.下面的表格显示：表SEQ表\*ARABIC1I0分配表I/O分配表开关量输入开关量输出选择手动X000手动指示Y000选择自动X001自动指示Y001手动启动X002自动运行灯Y002手动停止X003水泵故障灯Y003自动启动X004过压故障灯Y004自动停止X005过流故障灯Y005水泵热继X006过热故障灯Y006漏水故障X007漏水故障灯Y007故障复位X010水泵运行Y010模拟量输入水位信号AI0温度信号AI3电压信号AI1电流信号AI22.2数据传感部分2.2.1过压保护器在过电压保护装置中，使用了一种自重过电压保护装置（见图2);其功能是防止线路电压过低，造成线路短路。其特殊的性能指标如下：工作电压：AC230V；工作电流：63

A；工作频率：50

Hz;额定电压：275~280

V;额定电压：160~165

V;合成的时间是：25~30秒。图2自复式过欠压保护器实物图2.2.2液位传感器液位传感器已被应用在水厂、炼油厂、污水处理厂、建材、轻工、机械等行业中，以检测流体的压强。在此方案中，液面传感器的主要功能是对储罐内的液面进行反馈，以实现液面的实时监测。这样，就可以让主控方对应这个程序执行了。（见图3）图3液位传感器实物2.2.3变频器它的功能是对直流电动机进行无极化的控制。比如吹风机，通过变频控制马达的速度，可以控制空气流量。在许多情况下，都要用变频控制，这样不仅方便而且省力。该控制装置要求采用变频调速器对流量进行调节和回馈。该设备采用西门子MM430变频调速器（见图6)，该变频调速器是一款适合于不同转速传动的调速器。特别适合在工厂中使用的泵和风扇。这种变频调速装置，在某些结构和性能上都得到了较好的提高。方便员工进行作业，具有很好的实用性。其操作可靠度高，功能多样化。它具有可选择的脉宽调节切换频率，从而减小了电机工作时的噪音。完整且完整的防护性能，可有效地保障变频及马达的安全。西门子MM430变频调速器适合各种不同的调速器使用.它的灵活性使得它的使用领域非常广阔。尤其适用于工业水泵及风扇。这种变频调制解调机的特点是：方便用户操作。与MICROMASTER420（带有手动和自动开关的最优操作面板）相比，该系统具有更多的输入和输出，而且具有适应软件特性的能力。它的参数设置为：

PID控制；快速的限流，避免在操作过程中发生意外的短路；6个数字信号，2个模拟信号，2个模拟信号。3个中继，15个固定的频率，4个可编程的跳跃；利用BiCo技术，使输入/输出接口的任意连通；内置RS485通信界面和PROFIBUS-DP通信模块；柔性的坡度函数产生，具有选择性的光滑特性；三套参数转换。图4变频器MM430实物图2.3显示部分就是内置了组态软件的屏幕，里面配置上驱动，它就会定时读取下位机的数据显示到屏幕中；本设计采用的组态屏（如图7所示）为今玺3.5寸触摸PLC组态屏。选择其为本次设计的组态屏的主要原因为其：操作软件结构简洁、各控件模块化、集成化高。软件运行稳定可靠，用户易懂，操作简单通讯画面转换流畅。支持多种控制器通讯协议，适配各种PLC，变频器，伺服控制器，单片机控制系统等（三菱、松下、欧姆龙、台达、信捷、永宏、西门子、基恩士、LG、等各大PLC）用户操作时只需要直接在软件上选择调用即可。支持RS232、RS485、RS422等多种通讯方式。产品功能齐全，常用控件有开关、数值显示、图片显示、历史趋势图、历史数据显示、消息显示、图标、趋势图、GIF显示、报警显示、流动快、文本、表格、各种图形等控件。支持多语言设器、多功能按钮、配方、资料传输、数据采集、曲线等高级功能。图5组态屏3系统设计内容依据设计需求要使本次设计实现远程控制，过压，过流，过热保护，以及自动运行的的前提下。本次设计的回流泵控制系统可根据现场的控制要求，选择自动控制还是手动控制，总体控制流程如图6所示.图6总体控制流程图在接通电源之后可认为选择自动运行或者手动开始，不管处于那种运行模式下，在运行途中遇到过热丶过流丶过压等情况时各个传感器会将数据传送到PLC使PLC作出反应，对应的故障灯会亮起。在手动控制模式下，可单独调试每个设备的运行；在自动控制模式下，须在系统内预水位高度，当液位达到了自启的条件则会自动启动抽水泵开始工作，若运行途中遇到漏水、过压、过流时警报灯亮起系统停止工作。水泵的自动控制下工作原理图如下：图7水泵工作图在整个系统的工作中，对传感器的检测非常关键，能够在最短的时间内作出相应的应对，从而减少人员和财物的不必要的损害。这就是此次的目的，即用遥控操作来控制实际的水泵。从选择硬件到仿真操作。根据设计需要选择适当的材料，如泵、变频调速器等。并决定了诸如液体水平感应器等的关键对象。然后利用GXWorks2编程，利用

CAD绘制接线图形便于以后实际的联接。在进行仿真时，必须用OPC-MX

Configurator与配置王进行通信，使计算机能够对全流程进行仿真。实现了启动、停止、状态信号、故障信号、信号采集等功能。在这一模块中，要对仿真数据进行收集，并通过仿真来满足控制的功能需求。三菱FX2N16型

PLC采用EM235模数转换器作为模数输入/输出，其解析度高、输出功率大，可以达到控制系统所需的性能指标。对各种装置进行人工控制，由按键在操作台上的按键进行，没有任何的逻辑控制。无需按传感器的状况进行调节。闭环控制采用了自动化模式，通过对外界感应器的探测情况，对装置进行起止，其工作流程为：(1)接通电源，启动自动控制方式。(2)进水泵房中的水泵根据传感器反馈液面高低进行运行、停止及运行数量的控制。(3)模拟量经PLC运算后进行控制污泥回流泵的运行与停止。图8系统软件控制4系统程序设计部分4.1源程序见附录24.1.1电流部分程序图9电流程序图电流部分程序会根据现场和自定义电流上限，来控制程序的运行与否，若当前电流大于电流上限则对应警报灯亮起，程序停止。4.1.2电压部分程序电压部分程序和电流部分一样，根据现场和自定义电压上限，来控制程序的运行与否，或在运行途中电压超量等情况发生时则对应警报灯亮起，程序停止。图10电压程序图4.1.3温度部分程序通过温度信号传达至主控器PLC，判断是否高于设定的安全值。若高于等于设定值，对应过热故障灯亮起系统停止运行。图11温度程序图当我们设定值等于或者小于实际运行值时，对应部分警报灯会相继亮起，若电压超过电流和温度正常，则对应过压故障灯会亮起，而过热和过流故障灯不会亮起，同理在三种情况同时发生时，则对应的三个故障报警等将全部亮起。图12警报全亮图当我们把电流电压温度的设定值分别设为320，400和80,且实际运行时各项数据均不过载时运行结果会是，水泵正常运行没有故障灯亮起。（如下图所示）图13正常运行图5组态仿真5.1OPC与程序建立连接要实行远程监控，就要建立相应的组态界面，组态界面应包含系统的启停，以及液面的时实监测，所以采用OPC-MXConfigurator软件实现对模拟PLC的控制演示：图14PLC控制步骤在实验条件的限制下我们只能采用模拟PLC完成污水回流泵的控制系统，在模拟的过程中需要，OPC文件，回流泵组态，和源程序。我们先打开OPC-MXConfigurator点击打开文件，在文件夹里找到OPC文件打开。如图15所示：图15打开OPC文件打开软件OPC-MXConfigurator软件中的连接监测此时的模拟PLC并未连接成功所以会显示BAD如图16所示：图16模拟PLC连接状态返回到组态王程序中点击仿真器如图17所示：图17组态王程序开始仿真连接过程如下图18所示：图18组态王与模拟PLC连接图19OPC-MXConfigurator上显示连接成功5.2模拟运行和监控在程序和OPC连接成功之后，打开组态王软件，进行模拟运行会实现以下的运行页面如图（20）所示在组态王界面可以实时监控程序运行时的状态和数据。图20组态王监控画面设有手动和自动两种模式在手动模式下可以手动启动，和手动停止，以及手动复位。在运转时，泵存在过温、流量、压力等问题。当相应的错误发生时。状态面板上，警报声响起。在自动化运行时，要预先按照实际工况预先设置好的水位，在达到一定的水位后，整个系统就会启动。当出现相应的错误时，系统的指示灯也会自动打开。必须要注意的是，无论在什么状态下，起动系统的预设电压上下、上下两个阈值都要按照电动机的型号来设定，这样才能保证系统的工作状态。图21报警界面图22是一个警告接口，在该面板上可以看到特别的电流，过载。温度太高。如果有什么问题，我们可以第一时间找到问题，然后再进行处理。在组态王的显示屏上，我们不但可以对整个系统进行更好的控制，而且可以实时地监测整个系统的工作状况，并根据传感器的回馈来判断出水位。在该装置的工作中，可以对各个部件的电流和电压进行实时监测，一旦发现故障，就能及时发现故障所在。图22运行状态检测图PAGE46结语通过对国内外废水处理自动化系统的研究和发展趋势的全面分析，对废水治理技术的技术、特性以及对其性能的需求进行了详细的分析。经过四个多月的项目的开发与调试，目前已基本实现了

PLC废水处理的总体方案，并实现了预定的设计目的。在此期间，我获得了大量的知识和宝贵的经历。培养了学生的自主思维和实际操作技能，并对PLC在实际工作中的运用有了更深刻的认识。熟练掌握PLC的基本硬件工作，并对其进行仿真和测试，并进行了仿真和测试。在主机PLC的控制下，实现了预期的设计，实现了由PLC实现了逆向水泵的全过程控制。尽管已经完成了自己的作品，但是因为自身的实力和限制，在这个项目中。还有许多问题有待处理，还有部分问题有待关注，以及在工程的安装和调试上还需小心谨慎，以便更好地将其应用于实际的生产和生活中。硬件部分，硬件部分包括机械结构、硬件选型、外部线路及终端等。在外部的软硬件连接上，主要是添加了一些保护性的装置。因为所有的输出部都是与接触机等部件相联结，一旦发生接通或关断，就会产生突波，从而导致PLC的输出端受到损伤，所以在实际应用中必须增加相应的防护措施。从而延长了接触器的使用时间。就软体而言。其关键问题是，编程完成后，必须对计算机进行计算机模拟，以检验有无各类故障。可以使用西门子公司提供的模拟程序.其次，采用仿真的方法对该软件进行检测，以检验该软件的逻辑故障。在进行试车时，可以按不同的功能模块进行不同的测试，最终完成整体的测试。在这个控制