基于PLC的污水處理系統設計及其組態實現

李金懋，趙海多

基于PLC的污水處理系統設計及其組態實現

李金懋，趙海多

（黑龍江工業學院 電信系，黑龍江 雞西158100）

針對日益凸顯的污水問題，設計了以西門子S7-200PLC為控制核心的污水處理系統，該系統具有手自動切換、水泵保護、工作計時、自動報警等功能；并通過MCGS實現組態控制，擁有良好的人機交互界面。

S7-200PL；污水處理系統；MCGS；人機交互界面

改革開放以來，我國經濟取得了世人矚目的成就，伴隨著經濟的飛速發展，環境問題日益凸顯，污染物排放超過環境的承載力，作為人類生命之源的水資源污染尤為嚴重，為了改變現狀，近年來，國家將水環境的改善作為工作重點，加大投入。但我國污水處理存在起步晚、成本高，處理過的污水質量不穩等問題，因此提高污水處理系統的效率和質量迫在眉睫。

傳統污水處理系統的缺點是：易出故障、維護不便、運行壽命短、占用空間大、浪費人力、工作環境惡劣，存在安全隱患。與傳統系統相比，采用PLC邏輯控制的污水處理系統具有操作簡單迅速、工作可靠性高、抗干擾能力強、修改程序方便、維護量小等優點。因此，進行污水處理PLC控制系統的相關研究具有一定的經濟和理論研究價值。文章設計的污水處理系統主要應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，人機交互界面編寫采用MCGS組態軟件。

1　總體功能設計

文章設計的污水處理系統主要有四個功能，分別是手自動切換功能，水泵保護功能，工作時間記錄功能和自動報警功能。在電氣控制上采用PLC+上位機聯合控制，可靠性高。PLC與上位機采用串口通信，便于上位機對PLC的適時控制，能夠及時采集各電氣設備的運行信息，便于多機聯網控制。人機界面采用觸摸屏，可提供多種控制及狀態信息，使系統的可視性、維護性大大提高。

2　硬件系統設計

（1）系統PLC接線圖。系統的PLC接線圖如圖1所示。I0. 0用于選擇系統處于手動工作狀態還是自動工作狀態。I0. 1～I0.4分別用于在手動狀態下控制水泵1和水泵2的啟停。I0.5為故障復位按鈕，主要用于清除故障，使系統重新工作。I0.6和I0.7分別用于模擬水泵1和水泵2是否發生故障，系統工作時，如果出現故障泵，系統會自動使正常泵工作并使故障泵的故障標志位置位，同時發出報警；系統實際連接時，I0. 6和I0.7可以連接水泵1和水泵2，監控單機的轉速或熱繼電器等來獲得故障信號。I1.0為低液位標志，用于模擬污水處于低水位；I1.1為高液位標志，用于模擬污水處于高水位；I1.2為液位超高標志，用于模擬污水水位超高，當其值為1時，系統會自動報警；系統實際連接時，I0.6、I0.7、I1.0的信號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為系統報警指示燈。

圖1　PLC接線圖

表1　污水處理系統I/O及內部存儲器分配表

（2）污水處理系統I/O及內部存儲器分配。與PLC接線圖對應的I/O及內部存儲器分配表如表1所示。其中包括：污水池低液位延時接通延時定時器T37；污水池高液位延時接通延時定時器T38；用于記錄水泵1工作時間的加計數器C1；用于記錄水泵2工作時間的加計數器C2；水泵1和水泵2的故障標志位分別為M0.0和M0.1。

3　軟件系統設計

（1）PLC程序設計。手自動切換功能的程序設計采用復合開關和跳轉指令相結合的方式來編寫，通過此種方式來完成的切換功能，具有程序簡單明了，便于理解，應用性、可讀性強的特點。工作時間記錄功能的程序設計采用特殊存儲器（SM）的SM0.4位與加計數器聯合編寫。

水泵保護功能的程序設計與水泵工作時間、低液位狀態下工作延時間和故障是否清零有關。出現水泵工作時間設定值到、低液位情況下延時時間到和故障清除上述三種情況之一的，系統就會自動運行工作時間短的水泵。當出現水泵1運行時間到，并且水泵2無故障時，系統會自動啟動泵2，停止泵1，同時清除泵1運行時間C1值；當出現水泵1有故障，并且水泵2無故障時，系統會自動啟動泵2，停止泵1，同時清除泵1運行時間C1值，水泵1故障標志位置位，故障指示燈亮。泵2運行方式同理。部分程序如圖2所示。

圖2　水泵保護程序設計

（2）組態軟件設計。基于組態軟件MCGS設計的操作主界面如圖3所示。畫面包括污水池、沉淀池、水泵1、水泵2、水管、相關按鈕、水泵運行監視操作塊，報警指示燈等。在畫面工藝上可以顯示水泵運轉狀態，污水流動模擬等，同時可以對按鈕，水泵等設備進行操作。設置不同權限，按不同級別分級加密并記錄操作人員工號和所有操作信息，有效避免誤操作。發生污水池水位超高和水泵故障時，觸摸屏上的報警指示燈變成紅色并發出聲音報警。各種模擬信號如：泵1故障、泵2故障、液位超高、故障復位信號等；開關信號如手自動切換、手動啟停水泵1、手動啟停水泵2等；整個系統通過滑標、按鈕、開關、信號燈、顏色、填充等手段使運行過程實時生動地被表現出來。

圖3　污水處理系統操作主界面

4　結語

文章采用PLC作為系統控制核心，可靠性高，程序修改方便，可及時優化程序。系統帶有手自動兩種工作模式，可操作性強，具有水泵保護電路，報警電路及報警處理電路，同時加入觸摸屏，可實時監控污水存儲狀態、設備狀態等，及時發現電機損壞、污水水位過高等情況，系統控制方便，降低勞動強度，提高了工作效率，同時有效地保證了人身安全。

雖然本設計源于工程實際，但可以把它作為貼近生活的實際工程案例，應用于實踐教學，作為一個實驗、實訓項目，鍛煉學生動手能力的同時還可以激發學生們的創新思維。具有理論研究和教學推廣意義。

［1］李達.經濟增長與環境質量——基于長三角的實證研究［D］.上海：復旦大學，2007.

［2］卡米力江·阿不來.PLC控制的油田污水處理系統的設計［J］.中國化工貿易，2013，（8）.

［3］劉敏，鐘蘇麗.可編程控制器技術項目化教程（第2版）［M］.北京：機械工業出版社，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：現代電力電子技術在電力系統中的應用。