水厂自动投钒系统改造

2017-03-13

电气开关 2017年4期

(广东省高级技工学校,广东惠州 516100)

1 引言

改造前该水厂已经在使用变频器控制三相电机人工手动的方法投放明矾，而且工作人员会根据待滤水(处理后的水)浊度高低，旋动电位器改变变频器的频率输出，进而改变明矾投放量。在此基础上，并按照厂方要求，采取公式法，用西门子S7-200PLC实现对投放明矾进行自动化改造。根据源水的温度、pH、流量、以及浊度自动控制明矾投入量。PLC广泛应用于自动化控制系统的控制器，其性能稳定、编程简单明了，使用方便，是实现机械与电气一体化的优良工具，因此以PLC作为控制器。而且能够与组态软件以及传感器进行良好的通信，抗干扰性强，给系统运行带来保障。

2 改造内容

水处理原理根据某研究所提供明矾投放的公式，并且安装好水质传感器(pH、温度、流量、浊度)。电气执行部分利用西门子S7-200PLC与传感器通信，读取上述数据，然后代入经验公式，计算出投矾量，经过PLC运算处理后，输出一个模拟量给变频器，投矾泵便以变频器输出频率工作；投矾泵的工作强度会随着上述各水质参数的变化而变化。电气监控部分是北京三维力控的组态软件，组太软件主要用于显示并记录各水质参数，以及明矾自动投放的启停控制。这样便于水厂员工日常水处理工作。

3 系统改造方案设计

3.1 水厂原来的控制系统

图1 改造前控制图

3.2 改造后系统原理图

图2 改造后系统原理图

改造后的系统主要用PLC采集传感器的测量值，把各个测量值代入一条经验公式，然后计算出投药量，通过公式转换后，投药量可以转化成变频器频率输出，最后再由变频器控制计量泵的转速。

3.3 控制系统用到的硬件

西门子S7-224CN PLC(1个)；CP243-1网络模块(1个)；EM232模拟量输出模块(1个)；施耐德继电器(4个)；西门子的触摸屏WINCC(1个)；24V开关电源(1个)；漏电断路器(1个)；上位机电脑(1台)。

3.4 控制系统用到的软件

(1)STEP7 Micro/WIN;(2)Force Control 7.0。

4 PLC的程序编写

4.1 MODBUS程序快

ASCI自由口通信需要对PLC的通信格式进行设置(波特率，奇偶校验，数据位I模式在西门子S7-200PLC里面是用自由口通信实现的。编程实现自由口通信的步骤如下：在西门子PLC里面，则需要对特殊寄存器SM30进行设置：本课题选择自由口通信，b1 b0为01；波特率为9600，则b4 b3 b2为010；数据位为8位，则b5为0；校验性为不校验，则b7 b6为00。综上所述SM30的值为000 010 01；16进制则为9。

4.2 S7-200的数字量与模拟量

西门子PLC的模拟量输出是比较简便的，在程序里只需要用一条MOV_W指令便可实现EM232模拟量模块的模拟量输出。首先需要确认模拟量模块(EM232)的位置，是PLC数起的第几个模块，本项目模拟量模块在第二个模块。再确定模拟量输出的通道，是通道#1还是通道#2。如果选择从通道#2进行模拟量输出，那么该通道对应的寄存器为AQW4之后把数字量的值赋给AQW4便可(如图3所示)。

图3 模拟量输出程序

关于AQW的寻址方法：第一个模块的第一个通道为AQW0，第二个通道为AWQ2；第二个模块的第一个通道为AQW4,第二个通道为AQW6。西门子S7-200PLC的数字量，单极性输入输出为0～32000，双极性输出输出量为-32000～32000。EM232的模拟量输出(该模块为模拟量输出模块，不支持模拟量输入)，该模块的模拟量输出分成电流输出与电压输出，电流输出的范围是4～20mA，电压输出的范围为0～5V或者0～10V，本次使用的是0～5V。