基于PLC的污水处理系统设计及其组态实现

李金懋，赵海多

基于PLC的污水处理系统设计及其组态实现

李金懋，赵海多

（黑龙江工业学院 电信系，黑龙江 鸡西158100）

针对日益凸显的污水问题，设计了以西门子S7-200PLC为控制核心的污水处理系统，该系统具有手自动切换、水泵保护、工作计时、自动报警等功能；并通过MCGS实现组态控制，拥有良好的人机交互界面。

S7-200PL；污水处理系统；MCGS；人机交互界面

改革开放以来，我国经济取得了世人瞩目的成就，伴随着经济的飞速发展，环境问题日益凸显，污染物排放超过环境的承载力，作为人类生命之源的水资源污染尤为严重，为了改变现状，近年来，国家将水环境的改善作为工作重点，加大投入。但我国污水处理存在起步晚、成本高，处理过的污水质量不稳等问题，因此提高污水处理系统的效率和质量迫在眉睫。

传统污水处理系统的缺点是：易出故障、维护不便、运行寿命短、占用空间大、浪费人力、工作环境恶劣，存在安全隐患。与传统系统相比，采用PLC逻辑控制的污水处理系统具有操作简单迅速、工作可靠性高、抗干扰能力强、修改程序方便、维护量小等优点。因此，进行污水处理PLC控制系统的相关研究具有一定的经济和理论研究价值。文章设计的污水处理系统主要应用于污水池向沉淀池注水过程，其控制核心为西门子公司的S7-200PLC，人机交互界面编写采用MCGS组态软件。

1　总体功能设计

文章设计的污水处理系统主要有四个功能，分别是手自动切换功能，水泵保护功能，工作时间记录功能和自动报警功能。在电气控制上采用PLC+上位机联合控制，可靠性高。PLC与上位机采用串口通信，便于上位机对PLC的适时控制，能够及时采集各电气设备的运行信息，便于多机联网控制。人机界面采用触摸屏，可提供多种控制及状态信息，使系统的可视性、维护性大大提高。

2　硬件系统设计

（1）系统PLC接线图。系统的PLC接线图如图1所示。I0. 0用于选择系统处于手动工作状态还是自动工作状态。I0. 1～I0.4分别用于在手动状态下控制水泵1和水泵2的启停。I0.5为故障复位按钮，主要用于清除故障，使系统重新工作。I0.6和I0.7分别用于模拟水泵1和水泵2是否发生故障，系统工作时，如果出现故障泵，系统会自动使正常泵工作并使故障泵的故障标志位置位，同时发出报警；系统实际连接时，I0. 6和I0.7可以连接水泵1和水泵2，监控单机的转速或热继电器等来获得故障信号。I1.0为低液位标志，用于模拟污水处于低水位；I1.1为高液位标志，用于模拟污水处于高水位；I1.2为液位超高标志，用于模拟污水水位超高，当其值为1时，系统会自动报警；系统实际连接时，I0.6、I0.7、I1.0的信号输入来自液位传感器。Q0.0和Q0.1分别为泵1和泵2的工作指示灯，Q0.2为系统报警指示灯。

图1　PLC接线图

表1　污水处理系统I/O及内部存储器分配表

（2）污水处理系统I/O及内部存储器分配。与PLC接线图对应的I/O及内部存储器分配表如表1所示。其中包括：污水池低液位延时接通延时定时器T37；污水池高液位延时接通延时定时器T38；用于记录水泵1工作时间的加计数器C1；用于记录水泵2工作时间的加计数器C2；水泵1和水泵2的故障标志位分别为M0.0和M0.1。

3　软件系统设计

（1）PLC程序设计。手自动切换功能的程序设计采用复合开关和跳转指令相结合的方式来编写，通过此种方式来完成的切换功能，具有程序简单明了，便于理解，应用性、可读性强的特点。工作时间记录功能的程序设计采用特殊存储器（SM）的SM0.4位与加计数器联合编写。

水泵保护功能的程序设计与水泵工作时间、低液位状态下工作延时间和故障是否清零有关。出现水泵工作时间设定值到、低液位情况下延时时间到和故障清除上述三种情况之一的，系统就会自动运行工作时间短的水泵。当出现水泵1运行时间到，并且水泵2无故障时，系统会自动启动泵2，停止泵1，同时清除泵1运行时间C1值；当出现水泵1有故障，并且水泵2无故障时，系统会自动启动泵2，停止泵1，同时清除泵1运行时间C1值，水泵1故障标志位置位，故障指示灯亮。泵2运行方式同理。部分程序如图2所示。

图2　水泵保护程序设计

（2）组态软件设计。基于组态软件MCGS设计的操作主界面如图3所示。画面包括污水池、沉淀池、水泵1、水泵2、水管、相关按钮、水泵运行监视操作块，报警指示灯等。在画面工艺上可以显示水泵运转状态，污水流动模拟等，同时可以对按钮，水泵等设备进行操作。设置不同权限，按不同级别分级加密并记录操作人员工号和所有操作信息，有效避免误操作。发生污水池水位超高和水泵故障时，触摸屏上的报警指示灯变成红色并发出声音报警。各种模拟信号如：泵1故障、泵2故障、液位超高、故障复位信号等；开关信号如手自动切换、手动启停水泵1、手动启停水泵2等；整个系统通过滑标、按钮、开关、信号灯、颜色、填充等手段使运行过程实时生动地被表现出来。

图3　污水处理系统操作主界面

4　结语

文章采用PLC作为系统控制核心，可靠性高，程序修改方便，可及时优化程序。系统带有手自动两种工作模式，可操作性强，具有水泵保护电路，报警电路及报警处理电路，同时加入触摸屏，可实时监控污水存储状态、设备状态等，及时发现电机损坏、污水水位过高等情况，系统控制方便，降低劳动强度，提高了工作效率，同时有效地保证了人身安全。

虽然本设计源于工程实际，但可以把它作为贴近生活的实际工程案例，应用于实践教学，作为一个实验、实训项目，锻炼学生动手能力的同时还可以激发学生们的创新思维。具有理论研究和教学推广意义。

［1］李达.经济增长与环境质量——基于长三角的实证研究［D］.上海：复旦大学，2007.

［2］卡米力江·阿不来.PLC控制的油田污水处理系统的设计［J］.中国化工贸易，2013，（8）.

［3］刘敏，钟苏丽.可编程控制器技术项目化教程（第2版）［M］.北京：机械工业出版社，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，硕士，教师，主要研究方向：现代电力电子技术在电力系统中的应用。