plc污水提升井电气控制系统设计
【】某企业根据环保部门要求，对现有污水提升井进行升级改造，实现污水处理的自动化以及工作参数的在线报备。项目采用FX3U系列PLC为控制器，结合以太网适配器、RS485通信模块、FX3U-4AD模拟量输入模块以及各型传感器，实现在液位控制模式下两台潜污轮换工作，互为备用。通过按钮、触摸屏、远程组态王软件实现手动控制、自动控制和远程控制，并通过以太网通讯端口，可将数据上传。本项目的实施综合了电气控制、传感器、触摸屏、PLC及现场总线，主要研究内容包括系统硬件的选型，项目电气控制线路设计，PLC控制程序设计，触摸屏人机界面设计，组态王监控系统设计。通过仿真模拟、现场调试，实现了企业要求的各项功能，整体可靠性高，成本低。并为今后的功能扩展提供基础。
目 录
一、引言 1
（一）课题背景与研究意义 1
（二）毕业设计主要工作 1
二、污水提升井自动控制系统项目分析 2
（一）污水提升井控制系统设计要求 2
（二）污水提升井控制系统项目分析 2
三、污水提升井自动控制系统的硬件设计与选型 3
（一）硬件选型 3
（二）污水提升井电气控制线路设计 10
（三）PLC自控系统硬件接线 11
四、污水提升井自动控制系统的软件设计 12
（一）污水提升井自动控制系统PLC程序设计 12
（二）触摸屏人机界面设计 17
（三）组态王远程监控设计 19
五、污水提升井自控系统仿真与调试 20
（一）PLC程序与触摸屏仿真联调 20
（二）软硬件调试 21
（三）远程监控与硬件系统联调 22
六、总结 23
参考文献 24
致谢 25
一、引言
（一）课题背景与研究意义
环境治理是重大民生实事,必须紧紧抓在手上。地方政府对于企业生产污水的处理，有着严格的要求，要求企业的污水处理设备24小时不间断地工作。环境保护部门希望实时掌握相关企业的污水处理设备工作状况，要求生产企业报备相关数据，要求把污水处理设备的工作参数实时传送到环保部门。企业需要对现有污水 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
处理设备进行升级改造，实现实时数据报送功能。
常熟某企业根据环保部门要求，对现有污水提升井进行升级改造，实现自动化控制与数据在线报备功能。有两台潜污泵（轮换工作，互为备用）实现PLC自动控制，配套液位检测仪表，并通过预留的以太网通讯端口，可将数据上传，实现远程实时监控。系统的可以进行手动控制、自动控制和远程控制。
PLC是以高性能微型处理器为核心，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。经过近50年的发展，性能越来越好，功能越来越强，可以实现开关量逻辑控制、模拟量过程控制、机械件位置控制、现场数据采集处理、通信联网、多级控制，广泛应用于生活与生产中的自动化控制。
本项目的研究，涉及电气控制技术、PLC应用技术、现场总线技术、通信技术、传感器技术等。可以进一步深化PLC技术的应用，提高专业技术水平，提高解决实际工程问题的能力。
（二）毕业设计主要工作
通过本项目的研究与实施，要求完成以下工作任务。
（1）分析企业项目改造要求，撰写控制方案，制定项目预算，与企业沟通论证控制方案。
（2）根据控制方案与项目预算，对硬件系统进行选型，确定电气系统硬件，PLC系统硬件。
（3）根据控制要求设计电气控制线路和组态PLC控制系统。
（4）完成PLC系统的配置，编写PLC控制程序，进行系统的仿真与调试，验证控制功能。
（5）编制触摸屏人机界面，编写远程监控界面与PLC进行联调仿真模拟。
二、污水提升井自动控制系统项目分析
（一）污水提升井控制系统设计要求
1．污水提升井系统的总体目标
有两台潜污泵（轮换工作，互为备用）实现PLC自动控制，配套液位检测仪表，并通过预留的以太网通讯端口，可将数据上传，实现远程实时监控。实现以下控制要求：
a.手动控制方式：操作人员通过操作控制箱上的按钮，实现对设备的启停控制。
b.自动控制方式：设备的运行完全由PLC控制，根据预先编制的程序和现场的工况及工艺参数控制设备的启停，无需人工介入。
c.远程控制方式：操作人员可以通过监视操作站内的监控画面，根据情况用鼠标或键盘控制现场设备。
控制的优先级由高到低为：手动控制、远程控制、自动控制。
2．自控系统的功能要求
本设计自控系统运行控制的范围包括：潜污泵以及其他与工艺设计运行有关设备。
本设计设有潜污泵2台，交替运行，互做备用，当超过报警水位时备用泵自动投运。潜污泵根据超声波液位仪检测的提升井液位逐级启动/停止，水位低于最低液位时停泵；水位高于启泵水位时，启动潜污泵。水位高于最高液位时，系统报警，同时池内设置浮球液位开关1套，测量集水池超高、超低液位，其中超低液位直接接入水泵控制回路。其中，最低液位0.4米，启泵水位1.5米，最高液位2.9米。
（二）污水提升井控制系统项目分析
1．硬件系统设计分析
电气控制结合PLC实现系统的手动与自动控制。为了提高系统的安全性与可靠性，每台潜污泵配置潜水泵保护器，当潜污泵电机出现超温、漏油、漏水等情况时，进行停泵并报警。自控系统的硬件组成框图如图1所示。
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图1 自控系统的硬件组成框图
控制系统需包括核心控制器PLC、电源模块、两路以上模拟量输入、8点以上数字开关量输入、4点以上数字开关量输出，三个通道的通信接口：一是连接触摸屏；二是与多功能电表通信，读取电表数据；三是与远程监控PC通信。选用三菱FX3U系列PLC，功能上可以达到要求。用编程通信口连接三菱触摸屏；加FX3U485BD模块实现与多功能电表通信；加装FX3UENETADP以太网适配器与上位机PC端组态软件通信。AI模块选用FX3U4AD四路模拟量输入模块。
2．软件系统设计分析
软件系统设计包括PLC控制程序设计，触摸屏界面设计和远程监控客户端。PLC控制程序设计实现液位、流量的数据采集，实现自动投泵与停泵，读取多功能电表的数据。触摸屏界面设计，实现现场数据的设置功能，能显示系统工作状态，能实现报警功能。远程监控客户端，能远程控制系统的工作，显示工作状态等。
三、污水提升井自动控制系统的硬件设计与选型
（一）硬件选型
硬件的选型，主要考虑能满足设计要求，经济性，有一定扩展性。本项目的控制功能不复杂，要求的是基本的逻辑处理功能和模拟量输入功能。故选用小型PLC就能达到要求，并且经济性好。选择三菱小型PLC系统后的硬件框图如图2所示。
图2 三菱PLC系统硬件框图
1．FX3U48MR PLC
三菱电机的FX系列整体式可编程控制器，是国内使用得最多的PLC系列产品之一。FX系列PLC的相互连接不用基板，仅用扁平电缆，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，使其体积较小，适用于机电一体化产品。特别是FX3U系列PLC，内置了64K步的RAM内存，具有功能强大、应用范围广、性价比高等特点，除了浮点数、字符串处理指令以外，还具备了定坐标指令等丰富的指令，且有很强的网络通信能力，可编程控制器上直接接线的输入输出(最大256点)和网络(CCLink)上的远程I/O(最大256点)的合计点数可以扩展到384点，满足了大多数用户的需要。相对模块式PLC，成本低。FX系列产品在国内占有很大的市场份额。
目 录
一、引言 1
（一）课题背景与研究意义 1
（二）毕业设计主要工作 1
二、污水提升井自动控制系统项目分析 2
（一）污水提升井控制系统设计要求 2
（二）污水提升井控制系统项目分析 2
三、污水提升井自动控制系统的硬件设计与选型 3
（一）硬件选型 3
（二）污水提升井电气控制线路设计 10
（三）PLC自控系统硬件接线 11
四、污水提升井自动控制系统的软件设计 12
（一）污水提升井自动控制系统PLC程序设计 12
（二）触摸屏人机界面设计 17
（三）组态王远程监控设计 19
五、污水提升井自控系统仿真与调试 20
（一）PLC程序与触摸屏仿真联调 20
（二）软硬件调试 21
（三）远程监控与硬件系统联调 22
六、总结 23
参考文献 24
致谢 25
一、引言
（一）课题背景与研究意义
环境治理是重大民生实事,必须紧紧抓在手上。地方政府对于企业生产污水的处理，有着严格的要求，要求企业的污水处理设备24小时不间断地工作。环境保护部门希望实时掌握相关企业的污水处理设备工作状况，要求生产企业报备相关数据，要求把污水处理设备的工作参数实时传送到环保部门。企业需要对现有污水 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
处理设备进行升级改造，实现实时数据报送功能。
常熟某企业根据环保部门要求，对现有污水提升井进行升级改造，实现自动化控制与数据在线报备功能。有两台潜污泵（轮换工作，互为备用）实现PLC自动控制，配套液位检测仪表，并通过预留的以太网通讯端口，可将数据上传，实现远程实时监控。系统的可以进行手动控制、自动控制和远程控制。
PLC是以高性能微型处理器为核心，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。经过近50年的发展，性能越来越好，功能越来越强，可以实现开关量逻辑控制、模拟量过程控制、机械件位置控制、现场数据采集处理、通信联网、多级控制，广泛应用于生活与生产中的自动化控制。
本项目的研究，涉及电气控制技术、PLC应用技术、现场总线技术、通信技术、传感器技术等。可以进一步深化PLC技术的应用，提高专业技术水平，提高解决实际工程问题的能力。
（二）毕业设计主要工作
通过本项目的研究与实施，要求完成以下工作任务。
（1）分析企业项目改造要求，撰写控制方案，制定项目预算，与企业沟通论证控制方案。
（2）根据控制方案与项目预算，对硬件系统进行选型，确定电气系统硬件，PLC系统硬件。
（3）根据控制要求设计电气控制线路和组态PLC控制系统。
（4）完成PLC系统的配置，编写PLC控制程序，进行系统的仿真与调试，验证控制功能。
（5）编制触摸屏人机界面，编写远程监控界面与PLC进行联调仿真模拟。
二、污水提升井自动控制系统项目分析
（一）污水提升井控制系统设计要求
1．污水提升井系统的总体目标
有两台潜污泵（轮换工作，互为备用）实现PLC自动控制，配套液位检测仪表，并通过预留的以太网通讯端口，可将数据上传，实现远程实时监控。实现以下控制要求：
a.手动控制方式：操作人员通过操作控制箱上的按钮，实现对设备的启停控制。
b.自动控制方式：设备的运行完全由PLC控制，根据预先编制的程序和现场的工况及工艺参数控制设备的启停，无需人工介入。
c.远程控制方式：操作人员可以通过监视操作站内的监控画面，根据情况用鼠标或键盘控制现场设备。
控制的优先级由高到低为：手动控制、远程控制、自动控制。
2．自控系统的功能要求
本设计自控系统运行控制的范围包括：潜污泵以及其他与工艺设计运行有关设备。
本设计设有潜污泵2台，交替运行，互做备用，当超过报警水位时备用泵自动投运。潜污泵根据超声波液位仪检测的提升井液位逐级启动/停止，水位低于最低液位时停泵；水位高于启泵水位时，启动潜污泵。水位高于最高液位时，系统报警，同时池内设置浮球液位开关1套，测量集水池超高、超低液位，其中超低液位直接接入水泵控制回路。其中，最低液位0.4米，启泵水位1.5米，最高液位2.9米。
（二）污水提升井控制系统项目分析
1．硬件系统设计分析
电气控制结合PLC实现系统的手动与自动控制。为了提高系统的安全性与可靠性，每台潜污泵配置潜水泵保护器，当潜污泵电机出现超温、漏油、漏水等情况时，进行停泵并报警。自控系统的硬件组成框图如图1所示。
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图1 自控系统的硬件组成框图
控制系统需包括核心控制器PLC、电源模块、两路以上模拟量输入、8点以上数字开关量输入、4点以上数字开关量输出，三个通道的通信接口：一是连接触摸屏；二是与多功能电表通信，读取电表数据；三是与远程监控PC通信。选用三菱FX3U系列PLC，功能上可以达到要求。用编程通信口连接三菱触摸屏；加FX3U485BD模块实现与多功能电表通信；加装FX3UENETADP以太网适配器与上位机PC端组态软件通信。AI模块选用FX3U4AD四路模拟量输入模块。
2．软件系统设计分析
软件系统设计包括PLC控制程序设计，触摸屏界面设计和远程监控客户端。PLC控制程序设计实现液位、流量的数据采集，实现自动投泵与停泵，读取多功能电表的数据。触摸屏界面设计，实现现场数据的设置功能，能显示系统工作状态，能实现报警功能。远程监控客户端，能远程控制系统的工作，显示工作状态等。
三、污水提升井自动控制系统的硬件设计与选型
（一）硬件选型
硬件的选型，主要考虑能满足设计要求，经济性，有一定扩展性。本项目的控制功能不复杂，要求的是基本的逻辑处理功能和模拟量输入功能。故选用小型PLC就能达到要求，并且经济性好。选择三菱小型PLC系统后的硬件框图如图2所示。
图2 三菱PLC系统硬件框图
1．FX3U48MR PLC
三菱电机的FX系列整体式可编程控制器，是国内使用得最多的PLC系列产品之一。FX系列PLC的相互连接不用基板，仅用扁平电缆，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，使其体积较小，适用于机电一体化产品。特别是FX3U系列PLC，内置了64K步的RAM内存，具有功能强大、应用范围广、性价比高等特点，除了浮点数、字符串处理指令以外，还具备了定坐标指令等丰富的指令，且有很强的网络通信能力，可编程控制器上直接接线的输入输出(最大256点)和网络(CCLink)上的远程I/O(最大256点)的合计点数可以扩展到384点，满足了大多数用户的需要。相对模块式PLC，成本低。FX系列产品在国内占有很大的市场份额。
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