一種汙水處理plc過程自動控制系統的製作方法

2023-05-13 13:04:11 5

專利名稱：一種汙水處理plc過程自動控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於汙水處理控制系統，特別涉及一種汙水處理的PLC過程自動控制系統。
背景技術：
近年來，為了實現高質量、低消耗、穩定可靠的運行，國內外許多汙水處理廠採用了現 代先進自動控制技術和計算機技術，從而構成計算機監督、控制、管理系統，使系統優化進
行。而可編程邏輯控制器(PLC)則是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術 和通信技術而發展起來的一種新型、通用自動控制裝置。
現有汙水處理的PLC具有實現數據的採集、控制算法的實現、控制命令的下發以及工藝 信號的連鎖等功能，其通過各類傳感器和變送器將控制命令傳達給執行機構，以此完成所有 控制命令和數據採集。PLC自動控制系統具有性能優越、靈活通用和可靠性高等特點，但是 其通信距離有限，往往局限在小範圍內對汙水處理進行監督、控制和管理，並未實現真正意 義上的遠程控制。而且現有控制系統只能同時滿足有限幾個處理點的控制，不能實施對多個 處理站點的集中調度管理，效率較低。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題在於提高汙水治理機組運行效率，降低運行費率，提高 出水水質，並通過克服通信距離限制實現真正意義的遠程控制。控制單元和計算機(伺服器) 聯網後，在管理中心即可對各站點實施集中調度管理；該控制單元也可根據編程時所設定的 參數脫離網絡單機運行。
本實用新型的汙水處理PLC過程自動控制系統，由伺服器、在線式UPS、 RS232/RS485轉 換器、多個PLC控制單元以及每個PLC控制單元控制的多個測控點組成。其中伺服器由IPC (工業計算機)組成，用於運行測控軟體、下載控制參數、存放歷史數據和報警數據、顯示 各測控點的狀態，監惻各PLC控制單元運行情況；伺服器同時也可作為PLC控制單元的編程 器；在線式UPS為IPC提供穩定的電力供應，用於防止電源閃變、斷電引起的系統故障； RS232/RS485轉換器可將標準的RS232電平轉換為RS485電平，用於延長伺服器到PLC控制 單元的通信距離；PLC控制單元用於對汙水處理現場的傳感器、執行部件實施測控，主要包 括電源、CPU邏輯控制、模擬/開關量輸入、功率驅動等部分。在線式UPS與伺服器連接，同 時伺服器與RS232/RS485轉換器連接，所述系統還包括一 1轉XRS485集線器可再次延長通信 距離，還以星-星結構實現伺服器與PLC控制單元的多機通信，還可消除由於地電位不同帶來 的共模幹擾，該集線器一端與RS232/RS485轉換器連接，另一端與多個PLC控制單元連接， 同時多個PLC控制單元連接控制多個測控點。當所述系統只連接一個PLC控制單元時，PLC 控制單元可直接連接到RS232/RS485轉換器。
此外，本實用新型的汙水處理PLC過程自動控制系統，由伺服器、在線式UPS、 TCP/IP 一RS485協議轉換器、多個PLC控制單元以及每個PLC控制單元控制的多個測控點組成，該 系統還包括兩臺交換機，在線式UPS與伺服器連接，同時伺服器與其中一交換機，該交換機 另一端連接LAN區域網，LAN區域網連接TCP/IP — RS485協議轉換器，同時TCP/IP—RS485 協議轉換器連接另一交換機，該交換機另一端連接多個PLC控制單元，從而不再局限於RS485 的通信距離限制，同時多個PLC控制單元連接控制多個測控點，測控點為汙水處理現場的傳 感器和執行部件。本實用新型的伺服器同時連接有一印表機，印表機作為系統基本配置，可 用於各種文擋的硬拷貝。
本實用新型的汙水處理PLC過程自動控制系統具有聯網功能，可以對汙水處理過程中採用的各種傳感器的電壓、電流等輸入模擬量參數迸行測量；將測量數據實時傳送到伺服器進 行顯示和列印；可以對汙水處理過程中各種輸入開關量進行檢測；將數據實時傳送到伺服器 進行顯示和列印；可以輸出標準電流(電壓)信號用於驅動現場的電流(電壓)負載；具有 繼電器輸出接口，可以驅動現場的交直流負載；具有程序下載功能，根據不同的測控要求可 對PLC過程自動控制單元現場編程，因而具有技術上的先進性和很強的實用性，可能帶來的 技術效果和經濟效益顯著，具有廣闊的市場前景。


圖1表示PLC控制單元485網絡示意圖2表示PLC控制單元LAN-485網絡示意圖3表示PLC過程自動控制單元硬體組成圖4表示PLC過程自動控制單元用於中小規模汙水生化處理廠汙水治理自動監測系統圖； 圖5表示主機和一臺PLC過程自動控制單元連接圖； 圖6表示主機和多臺PLC過程自動控制單元連接圖； 圖7表示PLC過程自動控制單元模擬信號分配圖； 圖8表示PLC過程自動控制單元數位訊號分配圖9表示啟動相應的項目自動設定參數圖10表示在集成調試環境中鍵盤輸入參數圖。 圖中標註
l:伺服器；2:RS232/RS485轉換器；3: 1轉X RS485集線器；4:PLC控制單元1; 5: PLC 控制單元2;N: PLC控制單元N; 6: U. P. S. ; 7:印表機；8:交換機；9: LAN區域網；10: TCP/TP-RS485 轉換器。
具體實施例
下面參照附圖，結合實施例對本實用新型提供的汙水處理PLC過程自動控制系統進行詳 細的說明。
如圖1所示，汙水處理PLC過程自動控制系統，由伺服器l、在線式UPS6、 RS232/RS485 轉換器2、多個PLC控制單元以及每個PLC控制單元控制的多個測控點組成。其中伺服器1 由IPC (工業計算機)組成，用於運行測控軟體、下載控制參數、存放歷史數據和報警數據、 顯示各測控點的狀態，監惻各PLC控制單元運行情況；伺服器同時也可作為PLC控制單元的 編程器。在線式UPS6為IPC提供穩定的電力供應，用於防止電源閃變、斷電引起的系統故障， 在線式UPS6與伺服器1連接，同時伺服器l與RS232/RS485轉換器2連接，RS232/RS485轉 換器2可將標準的RS232電平轉換為RS485電平，用於延長伺服器1到PLC控制單元的通信 距離。該系統還包括一1轉XRS485集線器3可再次延長通信距離，還以星-星結構實現服務 器與PLC控制單元的多機通信，還可消除由於地電位不同帶來的共模幹擾，該集線器3 —端 與RS232/RS485轉換器2連接，另一端與多個PLC控制單元連接。PLC控制單元用於對汙水 處理現場的傳感器、執行部件實施測控，主要包括電源、CPU邏輯控制、模擬/開關量輸入、 功率驅動等部分，同時多個PLC控制單元連接控制多個測控點。當所述系統只連接一個PLC 控制單元時，PLC控制單元可直接連接到RS232/RS485轉換器2。
如圖2所示，汙水處理PLC過程自動控制系統，由伺服器1、在線式UPS6、 TCP/IP_RS485 協議轉換器IO、多個PLC控制單元以及每個PLC控制單元控制的多個測控點組成，該系統還 包括兩臺交換機8，在線式UPS6與伺服器1連接，同時伺服器l與其中一交換機8，該交換 機另一端連接LAN區域網9， LAN區域網9連接TCP/IP —RS485協議轉換器10，同時TCP/IP 一RS485協議轉換器10連接另一交換機8，該交換機另一端連接多個PLC控制單元，從而不再局限於RS485的通信距離限制，同時多個PLC控制單元連接控制多個測控點，測控點為汙 水處理現場的傳感器和執行部件。伺服器1同時連接有一印表機7，印表機7作為系統基本 配置，可用於各種文擋的硬拷貝。
PLC (可編程序控制器)是由中央處理器為核心，綜合了計算機和自動控制等先進技術發 展起來的一種工業控制器。它由主機(CPU+R0M+RAM)、輸入/輸出接口、電源、擴展接口和外 部設備接口組成。其中主機通常由工業級的微控制器為核心組成。
根據控制現場的實際需求，可以研製嵌入式系統組成性價比較高的PLC。也可使用眾多 廠家生產的標準配置的PLC，但成本較高。考慮到該項目目前處於樣機研究階段，在實際工 程系統應用中將可能出現的新問題，實際需求目前不能完全確定，不可能形成批量生產。我 們選擇後者，即選用著名廠家生產的成熟產品。雖然價格較高，某些功能未得到體現，但系 統擴展、維護、升級都較方便。待實際工程應用一段時間，需求完全確定，可研製微控制器 系統組成的PLC，以降低用於汙水處理PLC的生產成本。
目前暫時確定選用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列PLC,該系列的PLC具有豐富的 指令集和豐富的擴展模塊，通信組網方便。產品的質量和安全獲得VDE、UL、CSA、FM和IS09001 的認證。SIEMENS公司的該系列PLC的主機部分由80C51系列微控制器組成，世界上有數十 個廠家生產80C51系列產品，在下一步研製嵌入式系統時對微控制器選擇將十分有利。
PLC過程自動控制單元硬體系統暫定以SIMATIC S7-200系列的CPU224為核心部件，加 上模擬量擴展模塊EM235組成。則該硬體系統具有14輸入/10輸出共24個數字量I/O點， 具有4輸入/1輸出共5個模擬量I/O點。其硬體組成如圖3所示。
其中繼電器輸出和電流信號輸出用於驅動現場的電磁閥，比例泵、電機等執行機構，光 隔輸入和模擬信號輸入用於測量開關量與模擬量。
該硬體系統設計具有良好可擴展性，最大允許擴展7個模塊，其數字量I/0點最大可達 到16Q個，模擬量I/O點最大可達35個。可根據現場實際需求對硬體進行快速組態，使用非 常靈活方便。
主機和一臺PLC進行通訊即RS485轉換器的A+(DATA+)與PLC9針埠的第3腳連接， B- (DATA -)與PLC9針埠的第8腳連接，如圖5所示。
主機和多臺PLC進行通訊即RS485轉換器的A+ (DATA+)與總線上所有PLC9針埠的 第3腳連接，B- (DATA-)與總線上所有PLC9針埠的第8腳連接，如圖6所示。多臺PLC 進行通訊也可以通過485集線器與主機相連。
PLC過程自動控制單元樣機信號線連接如圖7和8所示。
PLC過程自動控制單元在運行過程中自動對通信口數據流進行探測以確定網絡是否暢通， 如果在10秒之內沒有檢測到網絡口的數據流，PLC過程自動控制單元則根據當前設置由聯網 運行方式自動轉入單機運行方式。
PLC過程自動控制單元有4種工作模式，根據主機設定的參數決定工作在那一種模式下。 4種工作模式和參數對應關係如表1。
表1 工〗乍模式和參數對應關係
參數工作模式
1PH值控制
2DO值控制
3比例控制
4溫度控制
工作模式修改方法有兩種
(1) 在主機運行相應的監控軟體，如"PH值控制"，則PLC將自動存儲參數"1"。如圖9。
(2) 在主機運行"汙水處理過程PLC智能單元集成調試環境"，在修改參數一攔中輸入相應 的參數即可，如圖IO。
權利要求1.一種汙水處理PLC過程自動控制系統，由伺服器(1)、在線式UPS(6)、RS232/RS485轉換器(2)、多個PLC控制單元以及每個PLC控制單元控制的多個測控點組成，其特徵在於在線式UPS(6)與伺服器(1)連接，同時伺服器(1)與RS232/RS485轉換器(2)連接，所述系統還包括一1轉XRS485集線器(3)以用於延長通信距離，該集線器(3)一端與RS232/RS485轉換器(2)連接，另一端與多個PLC控制單元連接，同時多個PLC控制單元連接控制多個測控點。
2. 根據權利要求1所述的汙水處理PLC過程自動控制系統，其特徵在於當所述系統只 連接一個PLC控制單元時，PLC控制單元可直接連接到RS232/RS485轉換器(2)。
3. —種汙水處理PLC過程自動控制系統，由伺服器(1)、在線式UPS (6)、 TCP/IP—RS485 協議轉換器(IO)、多個PLC控制單元以及每個PLC控制單元控制的多個測控點組成，其特徵 在於該系統還包括兩臺交換機(8)，在線式UPS (6)與伺服器(1)連接，同時伺服器(1) 與其中一交換機(8)，該交換機(8)另一端連接LAN區域網(9)， LAN區域網(9)連接TCP/IP 一RS485協議轉換器(10)，同時TCP/IP—RS485協議轉換器(10)連接另一交換機(8)，該 交換機(8)另一端連接多個PLC控制單元，同時多個PLC控制單元連接控制多個測控點。
4. 根據權利要求1或3所述的汙水處理PLC過程自動控制系統，其特徵在於測控點為 汙水處理現場的傳感器和執行部件。
5. 根據權利要求1或3所述的汙水處理PLC過程自動控制系統，其特徵在於伺服器(1) 同時連接有一印表機(7)。
專利摘要一種汙水處理的PLC過程自動控制系統，在線式UPS與伺服器連接，同時伺服器與RS232/RS485轉換器連接，所述系統還包括一1轉XRS485集線器可再次延長通信距離，該集線器一端與RS232/RS485轉換器連接，另一端與多個PLC控制單元連接，同時多個PLC控制單元連接控制多個測控點。當所述系統只連接一個PLC控制單元時，PLC控制單元可直接連接到RS232/RS485轉換器，並不再局限於RS485的通信距離限制。本實用新型的汙水處理PLC過程自動控制系統可提高汙水治理機組運行效率，降低運行費率，提高出水水質，並通過克服通信距離限制實現真正意義的遠程控制，因而具有技術上的先進性和很強的實用性，可能帶來的技術效果和經濟效益顯著，具有廣闊的市場前景。
文檔編號G05B19/418GK201402404SQ200820140078
公開日2010年2月10日 申請日期2008年10月22日 優先權日2008年10月22日
發明者劍 楊, 楊大勇, 奎 林, 趙坤榮 申請人:環境保護部華南環境科學研究所