基于PLC的清污机自动控制改造与实践.pdf

第 3 期 总第 1 4 8期 2 0 0 8 年 6月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUTOM ATI ON No．3 J u n ． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 3 0 1 3 7 0 3 基于 P L C的清污机 自动控制改造与实践 石 裕 财 黄 石理 工学院，湖北 黄石4 3 5 0 0 3 摘要 结合 污水处理 厂生产工艺特点 ，依据 P L C强大的编程和控制功能 ，辅以接近开关及液位差计等监测元 件，对 清污机原 继电控制系统进行 了改造 ，实现 了污水 中的漂浮污 染物 自动去除的 目的 。详细介绍了 P L C编 程过程和 自动控制的特点 ，并根据实际使用经验 ，提 出了 P L C在安装及使用过程 中应注意 的几 个技术 问题 。 关键词P L C；自动控制 ；清污机 中图分 类号TP 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 清污机在污水处理行业 中用于拦截和清除污水 中 粗大的漂浮物 ，以减轻后续污水处理的有机负荷。某 污水处理厂 2 0 0 0年投入使用了 3台清污机， 最大过流 面积为 8 ． 1 6 m。 ， 单机 日处理污水量为 6 0 0 0 0 t ， 其控制 部分采用传统的继电器控制 ，控制线路复杂，继电器 多 ， 长时间运行后 ， 线路老化 ， 频繁出现控制故障。 为 此 ， 采用 P L C对其进行改造 ， 提高了自动控制的可靠 性 。其 核 心 控 制 系 统 选 用 日本 三 菱 公 司 生 产 的 F X1 N一4 0 MR型 可编 程控 制 器 I ／ O 输 入 2 8点 ， 输 出 1 8点 ， 辅 以接近开 关 感应 距为 5 mm 和 1 0 mm 和 F D U8 1 型液位差计进行信号采集。 经过 1 年多的实践 证明，P L C控制安全可靠 ，满足了污水处理工艺 自动 化的要求。 1 设备简 介及 工艺 过程 清污机主要 由驱动装置、 差动机构、 卸渣机构、 清 污抓斗、导轨、栅体框架、维修平台及电控装置组成。 这种机型每台有 3根钢丝绳索， 缠绕在同一根卷筒上 ， 其 中两侧钢丝绳牵引抓斗 沿导轨 上下滑动 ，由 1台 2 ． 2 k w 升降电机驱动；中间一根钢丝绳控制抓斗的开 闭，由 1台 0 ． 7 5 k w 启闭电机驱动 ，因此抓斗的升降 和齿耙开闭分别由 2个相互独立 的电机驱动 ，设备主 要 结构见 图 1 。抓 斗 的上下 限位 、钢 丝绳 松绳 和断 绳 、 开闭耙 到位均设 有 成对 的 接近开关 ， 与 P I C控 制器 一 起实现 自动除渣的动作 ，即抓斗下行 一开耙一闭耙 一 上行 一卸渣 一运行 计 时一停 机计 时 一下行 。 2 P L C控 制过 程 收稿 日期 2 0 0 7 一 l l 一 0 5 ；修回 日期 2 0 0 7 1 2 2 1 作者简介 石裕财 1 9 6 6 一 ， 男 ， 湖北大冶人 ， 硕士研究生 。 图 2 、图 3为清污机运行程序。 1 抓 斗下 行 。开机 前抓 斗位 于起始 位 置 ，提 升 到位接近开关接通 ， 常开点 X6闭合。 选择手动或 自动 开关 ，即常开点 X1 5或 X1 6闭合 ，按下启动按钮 ，常 开点 X2 0闭合 ，则辅助继电器 M3 9 2接通 ，升降电机 启 动 ，抓斗 下行 。 圈 1滑 污 机 结 构 简 圈 2 开耙 。定时器 T O接通开始计时 ，延时 2 s 后 TO常开点闭合 ，M3 9 3接通 ，启闭电机启动 ，抓斗开 耙 。开耙到位后 ，开耙到位接近开关 接通 ， 常闭点 X7 断 开 ，启 闭 电机停止 运转 。 3 闭耙 。抓 斗下 行至池 底 ，闭耙 到位 接近 开关 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 8 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 0 8年 第 3期 接通，则常开点 X4闭合 ，M0接通，升降电机停止运 转 ， 同时常开点 M0闭合， M3 9 4得电， 启闭电机启动， 抓斗闭耙 。闭耙到位时 ，闭耙到位接近开关接通，常 开点 X5闭合 ，M1接通 ，启闭电机停止运转。 l X 15 X 6 X 2 0 X 1 7 M 1 0 0 M 10 1 g 39 5 m M 3尬 。 2 一 X1 6 H 下 静 ／ TO I l I 急 停 自 动 远 控 l H I 停 止L r 卜 l 崛。 2 I ＼ ／ 卜 ] 自 H卜 _ _ T_ 卜 拌一 卜 目 矿 卜 I尬 。 4 5 x 1 7 m ∞ M 1 o 1 m H卜 。 。 丁 _ 卜 I 下行 l∞ 液位差控制 开耙 l e m 下行到位 闭耙 研．O 闭耙到位 图 3 清污机运行程序 2 4 抓斗上行 。闭耙到位后 ，常开点 M1闭合， M3 9 5得电， 升降电机开始运转 ， 抓斗上行 ， 提升到位 ， 常开点 X6闭合 ，M2接通 ，升降电机停止运转。 5 卸渣 。抓 斗上 行 到位后延 时 3 s ，通 过本 机差 动机构和卸料机构 自行将废渣排至小车外运，同时运 行计时器和停机计时器工作 ， 至此一个工作循环结束 。 限于篇幅， 输 出控制图略 3 P L C控 制特 点与 功能 1 根据工艺运行条件 ，实现了一系列准确的清 捞动作 。由于清污机是间断运行的，因此可通过 P L C 内部计 时器 ，严格 控制 清污机 的运 行 时间 、停机 时 间 和卸渣时间，所有输 出信号均可送至中央控制室实现 远程控制 ，方便值班人员夜间操作。 2 松绳保护。在抓斗上行 、下行过程 中，当遇 到障碍物时，出现松绳但耙没下放到位的现象，这是 一 种 非正常 状态 耙未 到达 池底 。 为此在 本机 P L C内 部 设 置 了一计 数 器 C O记 下松 绳 次数 ，即记 录指 定 时 间内出现这种状态的次数 ，如达到设定值 ，则常开点 C O闭合，M1 0 4工作 ，输出报警信号并控制相应输出 继电器 ，提请操作人员查看现场 ，采取措施排除障碍 物 。清污机故 障保护程序见图 4 。 3 开、闭耙保护 。当抓斗开耙、闭耙过程中出 现障碍时，开耙、闭耙到位开关不能按时接通，此时 P I C设 置 了 T1 、T2 见 图 4 ，限时 7 s 若 不能完 成开 耙、闭耙动作 ，则输 出故障信号 ，并控制相应继电器 输出，保证了清污机的安全运行。 图 4 清 污机故 障保护 程序 4 根据液位差灵活控制运行 。当拦截残渣数量 较 多时 ，清污机 前 、后 液位 出现较 大 的高度 差 ，此 时 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 3 期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 3 9 即使在停机状态也必须开机 ， 因此在 自动工作状态， 清 污机运行还受液位差控制器及定时时间的控制，见图 2 。即当设备处在间歇停止状态时 ， 栅体前 、 后 的液位 差达到一定的设定值或保持间断工作的定 时时间到 ， X2 2闭合 ， M3接通， M3 9 2工作 ， 设备即投入工作， 可 根据实际情况灵活运行操作 。 5 过 载保护 。当设备 发 生机械 过 载或 电机 过载 等故障时 ，X 2和 X1 0闭合 ，MI O 0得电，报警并控制 相应继 电输 出。 在每一动作程序均设有常闭点 X1 7 ， 急 停按钮启动后 ，所有常闭点 X1 7断开，相应电机停止 运 转 ，见 图 4 。 4 安 装及 使用 注意事 项 1 P I C要 求 环境 温度 在 0 C～5 5 C，安装 时不 能将其 放在 发热量 大 的元器 件下 面 ， 四周 通风 散 热的 空间应足够大。如果周围环境超过 5 5 lC，则应安装 电 风扇强 迫通 风 。 2 为了抑制加在电源及输入端、 输出端的干扰， 应给 P L C接上专用地线，接地点应与动力设 备 如 电 机 的接地点分开 ， 若达不到这种要求 ， 则必须做到与 其它设备公共接地 ，禁止与其它设备串联接地 。 3 对 电源 的要 求 。P I C供 电 电源 为 5 0 Hz 、 2 2 0 1 土1 0 ％ V交 流 电 。对 于 电源线 来 的干扰 ，应 安 装一台带屏蔽层的变比为 1 1的隔离变压器 ， 然后再 接入 P I C。若 现场 电源 质量 满足 不 了上述 要求 ，则需 设 置一个 精度较 高 的稳 压 电源 。 4 P L C在使用 中会因外界干扰 、后备电池电量 耗尽和硬件等因素丢失其内部程序。一旦发生此类情 况 ，若不能及时将原程序重新装入，则将造成设备的 全面瘫痪 ，这就需要做好程序的备份 。 5 结 束语 P L C应用于污水厂清污机的 自动控制 ， 实现了清 污抓斗下行、开耙、闭耙 、提升、卸渣 5 个机械动作 ， 按照预先设定的时间运行，直至限制各个动作的接近 开关接到信号为止 。运行实践证明，与传统继电器控 制相 比， P L C控制节省了大量时间继电器、 计数器 、 步 进控制开关等设备 ，提高了自动控制的准确性和可靠 性 ，同时保障了被控设备的运行安全 ，具有 良好的经 济效益和社会效益 。 参考文献 [ 1 ] 陈富安 ， 朱 运利 ， 申毅． 单 片机 与可 编程控制 器应用技 术 [ M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 宫 淑贞 ， 王冬 青 ， 徐世许 ． 可 编程控制器原理 及应 用[ M] ． 北京 人 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自动化与驱 动集 团． 深入 浅 出西 [ 3 3 贺平 ， 孙刚． 供热工程[ M] ． 第 3版． 北京 中国建筑 工业出 门子 7 --2 0 0 P L C [ M] ． I L F , ； 北 京航空航天 大学 出版社 ， 版社 ， 1 9 9 3 ． 20 03 ． I m p r o v e m e nt o f Co n t r o l S y s t e m f o r No r m a l Pr e s s u r e H 0 t wa t e r Bo i l e r wi t h S 7 2 0 0 PLC LI Qi p i n g ， WANG F u b i n ， LI Xi a o y i 1 ．Co mpu t e r a n d Au t o m a t i c Co n t r o l Co l l e g e，He b e i Po l y t e c h ni c Un i v e r s i t y．Ta n g s h a n 06 3 00 9 ，Ch i n a；2 ．Libr a r y，Nor t h Chi n a Co a l M e d i c a l U n i v e r s i t y， Ta n g s h a n 0 6 3 0 0 0， Ch i n a Abs t r a c t The s ho r t c omi ngs of c o nt r o l s ys t e m a nd wo r ke r s’un s ui t ab l e op e r a t i o n r e s ul t i n f a ul t t a ki n g p l a c e f r e q ue nt l y whe n t he f o r me r b o i l e r wo r k i n g ． To i mp r o v e t h e s e c u r i t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e b o i l e r s y s t e m ， t h e p a p e r a p p l i e d S7 2 0 0 PLC t O t h e b o i l e r c o nt r ol s y s t e m ． The i mpr o v e d s y s t e m wo r ks we l 1 ． Ke y wo r ds bo i l e r c ont r o l c i r c ui t； t e c h nol og y i mpr o v e m e n t； PLC 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m