西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8产品规格

西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8产品规格

1  引言
        某工厂有多台上世纪90年代从闽台购进的真空成型机，主要用来制作玩具、五金、仪器等产品的包装袋。这些设备控制电路均采用传统继电器控制，操作复杂，定型时间不准，成型温度不稳定，漂移厉害。控制柜内部接线复杂，给设备维护和故障处理带来了很大的不便。为此该厂准备对改批设备进行改造。
        包装袋的生产过程中，成型的温度和加热、冷却时间是重要的环节，要求温度能够自稳定保持，加热、冷却时间可以设定显示，并要能够存储多种不同产品的成型时间。
        针对该情况，在设备的改造过程中该厂采用plc和触摸屏作为控制器。永宏fbs系列的plc以其体积小，性高，nc定位，通讯功能强大等特点，在工业控制领域得到了广泛的应用。fbs系列plc目前有3种机型：经济型主机ma\mat、高功能型mc\mct、nc定位型mn\mnt。本文采用fbs-40ma主机+gp37w2触摸屏来实现成型机生产过程中加热盘的加热时间、成型时间、冷却时间的设定和显示监控以及不同模具生产过程中所需工艺时间的存储和调用，实现了成型机的自动化。

2  改造设计
        该控制系统的操作部分采用触摸屏，控制部分采用永宏fbs-40ma系列plc，受控对象有加热管、汽缸和拉料电机。控制系统组图如图1所示。

图1  基于永宏plc的控制系统

3 温度控制实现
3.1  温控原理
        成型机的加热系统由6组加热管组成，由温控器和固态继电器来控制。
        永宏plc根据控制过程的需要，配合永宏的其它功能模块，灵活组合，可以实现多种控制需求。单台主机可以实现32路的温度测量，并有常用的热电偶及白金电阻等2大类共5种温度模块，选取永宏的8eat晶体管输出部分和温度采集模块tc6，经由温度pid控制指令fun：tpctl来实现成型机的恒温控制。
        温度pid控制利用温度模块配合温度规划表格将成型机加热盘内的当前温度同设定值进行比较，依据存在的偏差，经由软件pid数学式运算后，将运算转换为时间比例on/off（pwm），由晶体管输出点输出控制ssr所推动的加热回路，从而使加热盘内的温度保持在sv±1℃。tc模块的温度采集由温度规划表格来实现，如图2所示。

图2

        6路温度的采集由k型热电偶和tc6模块来实现，6路温度值储存在r30～r35这6个寄存器内，即6组加热管的当前值，6组温度设定值储存在r60～r65内部。程序部分用tpctl指令来完成，温度设定值，偏差值，各路的p、i、d均通过屏幕来设定，如图3所示。

图3

        plc内部执行过程中的p、i、d有默认参数，可以根据需要进行修改。见图4。

图4

4  成型时间的存储和使用
        不同的模型需要有不同的成型时间，所以需要plc对不同模型的时间进行记忆。可以通过画面来进行设置和调用。该功能由触摸屏和plc内部的寄存器配合实现。屏幕界面如图5。

图5

        程序部分可以放于子程序区，参数需要修改时才调用该部分的程序，可以节省plc的扫描周期时间。档案1号的程序存储、查询、调用程序如下，其它档案的程序部分依次类推。永宏plc具有将近7000多个普通的r寄存器、4000多个普通d寄存器，另外还有8192个档案缓存器可供使用，所以对于数据的存储绰绰有余。见图6。

图6

        依据温度pid、温度检测、参数设定、存储、调用等部分，进行程序的编写。

5  结束语
        该设备改造结束后，已经投入到生产中。实际生产中表明，永宏fbs系列的经济型主机fbs-40ma具有完好的性价比，强大的功能，能够符合当初改造的要求。温度能够保持在sv±1℃，定型时间准，并且能够存储99组左右不同产品的成型参数，调用方便，大大提高了产品的质量和产量。

随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的性直接影响到工业企业的生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统运行。

2.电磁干扰源及对系统的干扰是什么？

影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

3.PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？

(1)来自空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

(2)来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。

(3)来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后换隔离性能高的PLC电源，问题才得到解决。

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。

(4)来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

（5）来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

（6）来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路

互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

4．怎样才能好、简单解决PLC系统干扰？

1）选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源，动力线和信号线走线要加合理等等，也能解决干扰，但是比较烦琐、不易操作而且成本较高。

2）利用信号隔离器这种产品解决干扰问题。只要在有干扰的地方，输入端和输出端中间加上这种产品，就可有效解决干扰问题。

5．为什么解决PLC系统干扰都选信号隔离器呢？

1）使用简单方便、，廉。

2）可大量减轻设计人员、系统调试人员工作量，即使复杂的系统在普通的设计人员手里，也会变的非常。

6．信号隔离器工作原理是什么？

将PLC接收的信号，通过半导体器件调制变换，然后通过

光感或磁感器件进行隔离转换，然后再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理。保证变换后的信号、电源、地之间立。

7．信号隔离器功能是什么？

一：保护下级的控制回路。

二：消弱环境噪声对测试电路的影响。

三：抑制公共接地、变频器、电磁阀及不明脉冲对设备的干扰；同时对下级设备具有限压、额流的功能是变送器、仪表、变频器、电磁阀PLC/DCS输入输出及通讯接口的忠实防护。标准系列导轨结构，易于安装，可有效的隔离：输入、输出和电源及大地之间的电位。能够克服变频器噪声及各种高低频脉动干扰。

8.现在市场有那么多的隔离器，价格参差不齐，该怎么选择呢？

隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式（电压型、电流型、环路供电型等）适应前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑绝缘强度﹑总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗热量与性有关，这些需要使用者慎选。总之，适用、、产品性价比是选择隔离器的主要原则。

为把这一重要的交通工程建成代表都形象的工程，城铁总公司设计了大型电力监控及车站环境监控系统，和利时公司凭借在监控系统、变电站系统、PLC系统上的综合实力，一举拿下这一国内自动化公司在地铁/轻轨项目上获得的大的合同。其中FOPLC承担了16个车站的环控和全部变电站内380V部分的监控及负荷控制管理，使用量过3000个模块。

城铁监控系统是一个分层分布式的网络监控系统，FOPLC在车站内通过以太网和现场总线（Profibus－DP）把诸如给排水系统、暖通空调系统、电梯/扶梯系统、照明系统等子系统连接成一个整体，某些单元装置采用局部就地控制，而象灯光照明则采用集中控制，所有设备的运行信息都会聚在车站以太网传输道车站综控室。车站综控室内设有操作计算机，不仅可以监控、记录、打印本站内设备的工作情况，通过密码直接操控设备运转，而且还可以向设在西直门的城铁调度汇总数据，使调度可以监控全线的运行。

除监控系统外，车站内还包括很多子设备，如风机、电梯、锅炉等，这些设备大多采用PLC控制。由于FOPLC系统的通讯能力强，为使用户统一备品备件，便于将来维护，许多字设备供应商都用FOPLC替代原来的PLC进行控制，以Profibus-DP通讯协议接入环控系统。这样既节省了传统以干接点方式接入所需的大量电缆，又可以为环控系统提供传统方式提供不了的运行信息，如转速、轴温等。

FOPLC还承担了车站380V低压部分的控制，包括备自投、负荷联切和开关控制。在每个车站内分布安装了5个PLC控制柜，尽量靠近所控制的设备，每套PLC都带Profibus-DP从站接口，通过敷设在上下站台之间的通讯电缆与综控室内电力监控通讯控制器相连。5套PLC各自承担不同的功能，在出现意外情况时，彼此之间可以通过Profibus-DP总线传递动作指令。如当供电母线故障而导致备自投动作时，安装在380V开关柜的PLC会即使通知站厅配电室内的PLC切除所有的三级负荷。

北京城铁是未来环绕村的5条轨道交通线中的条，我们为能在城铁项目中中标，为北京会的成功举办组出贡献而感到骄傲。相信凭借和利时公司的技术和工程实力，必能帮助城铁总公司将城铁建设成为代表都形象的工程，为北京市民的生活带来大的便利。当您乘坐着舒适、、快速的轻轨列出出行时，和利时的FOPLC正在您身边默默的奉献着。

现用设备是由德国HAGGLUNDS DRIVES公司于93年底安装交付的，控制主机采用的是西门子代PLC产品S5-95U。控制机由双PLC构成，CPU和I/O模板均为冗余配置。控制机是双机一用一备，手动热备切换。由于S5产品正逐步退出市场，模块备件供应周期很长，性差，某些部件甚至有价无市。三台设备的PLC都已经配置不完整，只能单机维持运行。为了保证设备满足稳定生产的需要，决定将S5升级到S7。

原S5系统的构成：

控制主机采用的是西门子S5-95U，人机界面为DAA型ITT288-240S智能信息显示器。ITT信息显示器配带有操作按键和通讯口。可实现设备各种状态信息和报警的显示及确认，以及相关工作参数的设置和操作指令的下发。因设备期服役，人机界面现已经失效。虽然人机界面失效不会导致全系统停机，但系统只能默认在某一模式下工作，且无法在必要时候系统的状态和报警信息。柜内器件，除了PLC配置不完整外，其余器件状态尚可。系统所用压力，转速，温度及液位传感器的状态不明。由于人机界面失效，状态无法显示，而且设备一直在运行，无法检测，故系统所有传感器状态不明。器件勉强能维持工作，精度较差。

改造方案：

为恢复控制设备的可维护性、兼容性和可扩展能力，设备这些方面的不稳定对正常生产的影响和隐患，需要对现有控制系统进行改造升级。

经业主同意，对原有控制柜进行整体升级替换。一方面是全新换性能，同时为保证施工质量和进度，整体替换也是的选择；另一方面是原有柜体和低压器件已经没有保留的，在原柜体内改造，施工工期没；其三整体替换费用没有增加。设备新以控制柜端子为界，柜外保留不变，柜内全部新。新设备的功能不变，工艺原理和操作习惯立足原有规范，并根据积累的经验进行新设计升级。

PLC:根据设备的工艺性能要求，PLC采用西门子经济型产品S7-200。取消双PLC的运行模式。采用单PLC模式，辅以备件，保证系统在意外之时能快速恢复工作。

HMI：人机界面采用带按键的触摸屏。除保留系统原有功能，提供完备的信息提示和反馈，方便的操作。界面全部中文化。

原系统没有立于PLC的纯手动功能。从而系统失去了在PLC失效状态下，由操作人员进行立处置的灵活性。因此，在新的控制系统中，增设一套纯手动功能，手动逻辑与PLC无关。在手动模式下，只有液压主泵的启停和液压机构的换向操作可以由操作人员根据需要强制进行，没有其他连锁条件。其他部分比如提升机构，液压油温等不提供手动功能。

增设一旁路信号。用途是在特殊情况下，操作人员可以根据需要，在保证的情况下，人为地给其他系统一个允许开机的连锁信号。也就是在全系统的开机连锁逻辑中将炉渣破碎机的状态旁路掉。临时满足维持全系统的正常运行。

效果反馈：

控制系统S5升级改造工程于2007完工至今，设备状态及性能稳定正常，各项功能指标均达到用户的工艺要求。系统的扩充，性能的提升，设备的升级，服务的升级。

一、前言：中国工业领域一直以来对于国产PLC有一种排斥的心理：受制于的劣势，总是以低的价格去冲击市场，而由此造成的直接后果就是缩短研发周期，缩减研发经费，选择临界质量的硬件以达到压缩硬件成本的目的。一个恶性循环就此形成，似乎永远也不可能消失的劣势！当然，口号的力量永远微乎其微，而市场对于质量的认可与否才是建立有力的推手。作为国产大中型PLC的者，南大傲拓科技为了改变工业领域一直以来对于国产PLC的消费观念，我们力求研发团队的完整性，做到任何一个细节的至善至美。软硬件研发的自主知识产权及强大的自主能力，造就了产品坚若磐石的质量体系，我们可以在任何时候，任何场合接受市场的检验。

二、NA400PLC的通讯特点：

1、NA400PLC的CPU模块均配置串口和以太网口，其中以太网口支持MODBUS TCP/IP协议，用作工业以太网通讯接口，在整个网络配置中勿需专配以太网模块；串口支持MODBUS RTU及自由端口通讯协议，支持串口扩展。通过DP主站和子站模块可构成PROFIBUS DP网络，远程I/O可控。

2、便利的通讯指令：无论您使用何种通讯协议都可以做到编程简单，程序简洁，勿需再为通讯端口冲突、发送接收控制、通讯中断处理等问题烦恼。

三、三垦变频器通讯协议：

三垦变频器的通讯采用RS485串口，通讯协议；与通讯有关参数设置如下：

cd146:选择通信功能设定为1，有串行通讯功能

cd147:变频器编号在PPI时设定为1

cd148:通信速度选择与PLC的串口通讯波特率一致，此例设定5（19200bps）

cd149: 奇偶检验位设定0，无校验

cd150: 终止位的设定选择0，2位

三垦变频器的通信规约如下：计算机到变频器的信文规约：

参考：1、作为校验和的计算例，1号变频器的功能码设定为50.00Hz时

2、频率数据的整数部分固定为3位、小数部分固定为2位

写入命令：

数据的读取：

四、NA400 PLC与三垦变频器的通讯程序

对于通讯协议，NA400 PLC采用自由通讯协议与之通信，信文格式遵循原始格式。

例子完成3项任务：正转指令设定，输出频率写入及输出频率读取，变频器地址1，通信格式：19200bps 8 N 2

定义变量：选择序号，定义名称、维数及数据类型

1、 输出频率写入

三垦变频器输出频率设定信文格式（ASCII），转换为十六进制：40 01 50 24 0D 0A共6字节，该命令返回8字节

命令串放在以下定义的变量寄存器中：

返回数据存放在%MW0055至以后连续8个寄存器中

示例程序如下：XMT/RCV分别为发送和接收指令，发送方式可根据工况灵活设定。

2、 正转指令设定

三垦变频器正行指令信文格式（ASCII）（此例设定50Hz），转换为十六进制：40 01 4F 13 88 D5 0D 0A共8字节，该命令返回12字节

命令串放在以下定义的变量寄存器中：

示例程序如下：因为在实际工况下需要随时改变频率设定，所以可对示例程序中的SEND10[3]，SEND10[4]进行对应的变量运算，可以做到随时接收上位机的频率改变命令并发送变频器改变输出。

3、 输出频率读取

三垦变频器输出频率读取指令信文格式（ASCII），转换为十六进制：2A 30 31 43 0D 0A共6字节，该命令返回12字节

命令串放在以下定义的变量寄存器中：

返回字符串存放在以下定义的变量寄存器中：

示例程序如下：在实际工况下需要对接收的字符串进行相应的处理，所以需要进行变量的处理，从而可以在上位机显示采集的数值。

五、结语：自由端口通讯协议对于工业网络中不同设备之间的兼容提供了大的方便性。建立在此基础上的系统集成开发和设备使用维护，要求参与者读懂设备信文规约然后才有可能达到熟练程度，因此就要求软硬件开发商在使用说明中尽可能的详尽清楚的解释。

1.1污水处理简介

1、概况：相关资料显示，美国平均每1拥有1座污水处理厂，英国和德国则每7000~8000人就拥有1座污水处理厂，而中国每150才拥有一座污水处理厂。所以在中国污水处理是迫切的，而污水处理的市场也呈现出一派蓬勃的景象。

2、常用的污水处理工艺：污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，污水处理的方法一般以生物处理方法为主辅以物理处理法和化学处理法。常用的工艺有以下几种：

（1）传统活性污泥法。古老的污水处理工艺，关键组成部分为曝气池与沉淀池。污水中的物在曝气池停留的过程

图1

中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中微生物絮体下沉，经过一段时间后，就可以输出清水，同时为了保持曝气池中污泥的浓度，沉淀池中经过沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝气池中。

该工艺的优点有：物去除；污泥负荷高；池的容积小；耗电省，运行。

该工艺的缺点有：普通曝气法占地多，因而建设投资大；仅能满足污水处理标准中的相关指标；容易产生污泥膨胀现象；磷和氮的去除率低。

（2）A/O法。在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种污水处理工艺，其中A代表Anocix（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一种缺氧—好氧生物污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化—反硝化反应系统，很好地处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是硝化—反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了高的管理要求，这也形成了该工艺的一大缺点。

（3）氧化沟法。是活性污泥法的一种变形，属于低负荷、延时曝气活性污泥法。废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断地循环流动，因此又被称为“循环曝气池”。氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉淀池和污泥硝化池、物去除率较高、脱氮、除磷（沟前增设厌氧池）、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但存在负荷低、占地大、耗、运转费用偏高的缺点，适用于中小规模的低负荷污水处理厂。可根据构筑物不同分为：卡鲁塞尔氧化沟法、奥贝尔氧化法和一体化氧化沟法。

另外还有A2/O法，A/B法， SBR法及UNITANK法，在这里就不详尽介绍，，如需了解详细，请查阅相关资料。

3、污水处理系统控制形式

（1）DCS系统。是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。有计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：

①采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。

②实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，性提高。

③扩展能力较强。

④软硬件资源丰富，可适应各种要求。

⑤实时性好，响应快。

（2）现场总线控制系统。是由DCS和PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备与计算机之间进行和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点如下所示：

①可利用计算机丰富的软硬件资源。

②响应快，实时性好。

③通信协议公开，不同产品可互连。

（3）PLC系统。可编程逻辑控制器用于处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为上位机，通过网络连接PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：

①编程方便、开发、维护容易。

②通用性强，使用方便。

③控制能力强。

④模块化结构，扩展能力强。

二、 系统设计

1、 污水处理系统的工作原理

（1） 控制系统总体框架图：如图2所示，NA400 PLC为控制器，通过检测操作板按钮的输入、各类传感器的输入以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。

图2

（2） 工作过程：在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板的按钮输入来控制，无逻辑限制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下，进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启挺控制，其工作过程如图3

① 接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。

② 运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环运行。

③ 根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行和停止。

④ 进水泵房中的潜水泵根据液面的高低进行运行、停止及运行数量的控制。

⑤ 转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行和停止。

⑥ 污泥回流泵的运行和停止根据液面的高低进行控制。

⑦ 在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。

图3

2、 硬件系统配置

（1） PLC选型。根据污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、性等方面考虑，选择NA-400PLC作为污水处理系统的电气控制系统的控制主机。该系统涉及的数字量输入/输出点较多，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此也需要扩展模拟量输入/输出模块。具体配置如表1

表1

（2） PLC的I/O点资源配置

① 数字量输入部分，在此控制系统中，所需要的输入量基本上属于数字量，主要包括各种控制按钮、旋转按钮及数字输入，共31个数字量输入，如表2所示。

表2

② 数字量输出部分。在这个控制系统中，主要输出控制的设备有各种接触器、阀门等，共有19个输出点，其中具体分配如表3所示。

表3

③ 模拟量输入部分。由于需要采集一个溶解氧仪所反馈的数据，因此扩展了一个模拟量输入输出模块，具体如表4所示

表4

④ 模拟量输出部分。在此控制系统中需要将采集回来的模拟量进行数据处理，然后，通过模拟量输出口对变频器进行控制，进而控制其他设备的运行，如表5所示

表5

（3） 其他资源配置

① 接触器 此系统共需17个接触器：格栅机接触器、清污机接触器、潜水泵接触器、分离机接触器、转碟曝气机接触器、潜水搅拌机接触器、刮泥机接触器等。

② 变频器。使用SIEMENS MM430变频器，其为风机水泵负载变频器，。在此控制系统中，需要对变频器进行通信控制，因此需要先对变频器的参数进行设置，主要对以下几个参数进行调整，如表6所示。

表6

对于次系统的变频器，在进行手动调试时采用通信控制，因此需要改变变频器的参数。

③ 各类按钮、人机界面、液位差计、溶解氧仪等。

3、 软件系统设计 在设计程序过程中，会使用到许多中间继电器、寄存器、定时器等软元件，为了便于编程及修改，在程序编写前先列出可能用到的软元件，如表7所示。

（1） 手动控制程序 在系统上电后，控制方式选择手动方式时，可通过面板上的按牛控制每个设备的运行。设置手动主要是便于在生产线初装时进行调试，检测各个设备是否能正常运行，手动控制程序如下。

（2） 自动控制程序 在生产中，大多采用自动过程进行控制，系统通过传感器的反馈信号来控制设备的启动和停止，以及调速控制，自动控制程序如下所示。

（3）功能程序 在此系统中，采用模块化编程，功能块涉及粗、细格栅机，潜水泵，除污系统，污泥回流系统及变频器通讯等。这里只举例介绍其中几种并介绍与变频器通讯的功能块。

①粗格栅机系统程序，完成粗格栅机和清污机的控制，系统梯形图如下。

②曝气沉砂系统程序，完成对转碟曝气机运行、调速及停止的控制，曝气沉砂系统梯形图程序如下。

③变频器读取参数程序，用于变频器的输出频率，变频器读参数梯形图程序如下所示。

④PID指令，用于模拟量的处理，输出数据AOUT到%QW0001，用于输出模拟量来控制其他设备的运行。

三、 系统设计中的问题及解决方法。由于污水处理系统的机械结构种类较多，而且不同类型的污水处理方法，其控制方法也有很大差异，因此需要确定采用什么形式的污水处理法，然后决定控制方式。在电气控制方面的要求比较多，需要检测大量的数字量，而且需要采集模拟量。

（1）硬件方面的问题 在污水处理系统中，主要的硬件问题包括机械结构和PLC的外围电路设计和接线处。

机械结构上的问题主要是转碟曝气机的安装位置，需要根据氧化池的结构，放置在合适的位置上。若位置合适则可使用少量的曝气机就能完成供氧的功能。在PLC的外围硬件连线方面，主要是增加一些保护设备。由于输出都是和接触器等元件连接，接触器的突然断开和闭合会形成突变波形对PLC的输出端子造成损坏，因此需要加装一些保护装置，例如，续流二管等，增加触点的寿命。

（2）软件方面的问题 在程序编写完毕后，需要在电脑上对程序进行软件，主要是检查是否存在各种错误，可利用NAPro自带的软件。然后通过模拟硬件的方式检查程序是否存在逻辑上的错误。调试时，可根据功能模块分类分别调试，后进行总体调试。

四、设计小结 此控制系统采用了南大傲拓科技有限公司的NA400系列PLC作为控制设备。在该系统中利用定时器和计数器组合实现了长时间定时，变频器的控制方式采用模拟量控制，通过PID指令实现闭环控制，达到了污水处理系统的控制要求。在此要感谢山东飞洋环境工程有限公司的电气工程师张云峰，在他的大力下，是文章的内容得到大的丰富。