专利名称：自来水沉淀池排泥控制装置的制作方法
技术领域：
自来水沉淀池排泥控制装置技术领域来实用新型涉及自来水沉淀池的排泥机构，为一种自来水沉淀池排泥控制装置。
技术背景自来水厂沉淀池排泥装置是水厂生产中的重要环节，提高其自动化水平，可以大大 减轻工人劳动强度，提高生产效率，同时通过对排泥装置的合理而精确地控制，不但可 提高水质而且可以大幅度地降低水耗、能耗。虽然，采用传统的继电控制方式也可以实 现控制，但是体积大，故障率高，需要人工控制，能源、水量浪费都很大，且使用寿命 较短。采用现代PLC技术控制沉淀池排泥装置，可以克服传统的继电控制系统之不足， 使控制精确，工况趋于合理，可靠性增加，故障率降低。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种采用可编程控制器技术合理精确控制 自来水沉淀池排泥机构的自来水沉淀池排泥控制装置。本实用新型所采用的技术方案是自来水沉淀池排泥控制装置，包括可编程控制器、 中间继电器KP1、 KP2、 KP3、 KP4、 KP5、 KP6、接触器KM1、 KM2、 KM3，可编程控制器的输出控制点分别连接中间继电器KP1、 KP2、 KP3、 KP4， KP5、 KP6 的线圈，接触器KM1和腿2的接触开关连接在排泥机正反向驱动电机的三相供电线路中，两 者的连接相序相反，接触器KM3的接触开关连接在吸泥泵电机供电线路中，中间继电器KP1、 KP2的接点、接触器腿l、 KM2的接点和线圈按接点串连接法连接 在梯形控制电路中构成排泥机电机正反转控制电路，中间继电器KP3、 KP4的接点、接触器KM3的接点和线圈连接在梯形控制电路中构 成吸泥泵起停控制电路。本实用新型所具有的积极效果是本实用新型采用PLC技术，通过对排泥装置的合 理而精确地控制，无需人工干预，不但可提高水质而且可以大幅度地降低水耗、能耗， 实现节能目的。体积小巧，可靠性增加，故障率降低。完全能满足自来水厂工程项目的控制要求。而且成本低，功能配置灵活。若在本系统基础上扩展，又极易构成水系统大 中型工程项目的控制系统，具有良好的扩展性。
图1是采用本实用新型的水厂排泥控制系统示意图，图2是本实用新型中的主回路和梯形电路图，图3是本实用新型中的PLC输入输出接点示意图，图4是排泥装置的运行线路图，图5是PLC主程序流程图，图6是PLC排泥子程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。 先对自来水厂沉淀池排泥系统动力设计要求作个简介。桁车式吸泥机广泛用于平流式沉淀池的污泥刮、吸。水厂沉淀池的功能是对从水源 抽吸进来的高浊度的原水经反应池加料形成矾花后进一步絮凝和沉淀沉淀用的。当矾花 裹带着水中细粒度的杂质污物逐渐加大并沉积在沉淀池的底部，其沉积量将沿着沉淀池 从反映池出口到沉淀池尾部呈梯形分布，传统的排泥机运行方式会造成在厚沉积区与薄 沉积区均匀用力，水量、电量浪费极大。为了减少浪费，节约成本并考虑到自动化运行， 本设计将采用如图4的运行线路图。为了加强在厚沉积区的排泥能力在不改变排泥机的运行速度的前提下增加其运行次数-----个二分之一趟， 一个三分之一趟。每一个整趟、二分之一趟、三分之一趟为一个工作循环，如有必要可再增加多个这样的循环。另外为 了提高灵活性每个循环也不一定皆由整趟、二分之一趟、三分之一趟组成，'可以是三者 之中的一个或二个构成。可以通过给定的长趟次数、二分之一趟数、三分之一趟数，由 系统自动分配循环的次数及每次循环的构成方式，这也是本设计的特点之一。所谓二分 之一趟，三分之一趟是相对与沉淀池的长度而言的，具体是通过运行时间来限定的，比 如说一整趟(单向)用120分钟，则二分之一趟定时为60分钟，三分之一趟40分钟。 由于桁车的轨道中间不易加装限位开关，故采用时间来限定半趟与三分之一趟的长度是唯一选择。为了使得该排泥机控制装置能适应所有长度的沉淀池，本排泥机控制系统的 PLC设计采用智能扫描的方式以秒为单位记录和保存排泥机运行一个整趟(单向)的时间，并作为计算半趟，三分之一趟的基准。这也是本设计的特点之二。由于排泥机前进 后退运行控制调速平滑性要求并不很高，根据经济性、适用性的要求，排泥机动力系统 仍然采样带齿轮减速的三相异步电动机。本实用新型是为实现上述动力设计要求开发的一种PLC控制装置。该装置可应用于 水厂的排泥装置的自控系统中，改善其工作性能。使用本实用新型的水厂排泥控制系统 示意图如图l所示。沉淀池排泥装置电气系统主要由吸泥泵电机、大跑行走驱动电机、 空开、接触器及热保护等部分构成。PLC控制系统由主机(上位机，用于控制室的运行操 作和监控)，PLC、吸泥泵控制，排泥机前进后退控制，故障报警等部分组成。本实用新型的具体电气结构如图2和图3所示。自来水沉淀池排泥控制装置，包括可编程控制器、中间继电器KP1、 KP2、 KP3、 KP4、 KP5、 KP6、接触器腿l、 KM2、 KM3。接触器KM1、 KM2、 KM3由接触开关、辅助接点、线 圈三部份组成。接触器KM1和KM2的接触开关连接在排泥机正反向驱动电机的三相供电 线路也就是图2左边所示的主回路中，两者的连接相序相反，接触器KM3的接触开关连 接在吸泥泵电机供电线路中。中间继电器KP1、 KP2的接点、接触器KM1、 KM2的接点和线圈按接点串连接法连接 在如图2右边所示的梯形控制电路中构成排泥机电机正反转控制电路，中间继电器KP3、 KP4的接点、接触器KM3的接点和线圈连接在梯形控制电路中构成吸泥泵起停控制电路。图2中，左边是380伏的电机供电主回路，其中的腹l、 KM2、 KM3分别是控制排 泥机正反向运行，吸泥泵电机运行的接触器，Ql、 Q2为空气开关。KH1、 KH2是热保护 继电器，在右边的梯形电路中是热保护继电器的接点。右边是梯形控制电路，其中KM1、 KM2、 KM3是相应的线圈及辅助接点。ST1、 ST2、 ST3分别是手动启动排泥机正、反向运 行、吸泥泵运行的启动按钮，ZX，FX分别是排泥机正反向运行的限位开关。KP1、 KP2、 KP3、 KP4是中间继电器的接点，其线圈由PLC控制(如图3)，它是PLC控制排泥机的 过渡继电器。KP1， KP2是PLC控制排泥机正反向运行的中间继电器，KP3是PLC控制吸 泥机的中间继电器，KP4是控制吸泥泵电机停止的中间继电器。KP1、 KP2、 KM1、 KM2在 梯形电路中的这种接法为接点串连接法，其作用是在手动运行时(PLC推出运行时)，实 现自锁功能。特点在于，在KP1、 KM1串接的支路中串接一个腿2常闭接点，在KP2、 KM2 串接的支路中串接一个KM1常闭接点。本电路既可以由PLC控制自动运行，也可以脱离PLC控制，由人工通过按钮来控制其运行。图3为PLC输入输出示意图。可编程控制器的输出控制点分别连接中间继电器KP1、 KP2、 KP3、 KP4， KP5、 KP6的线圈。图中GT1、 GS1、 ST、 SP、 ZX、 FX分别是总停按钮、 总启动按钮、排泥机启动按钮、吸泥泵停止按钮、正向限位开关、反向限位开关。 图中KP1、 KP2、 KP3、 KP4、 KP5、 KP6分别是正向、反向、水泵运行、水泵停正、总启 动、总停止中间继电器线圈，是24V中间继电器线圈，由PLC内部的输出继电器控制， 由它们去控制排泥机的正反向运行，吸泥泵的运行以及手动与自动的切换控制。总之，经过对系统控制量的研究及系统的控制要求，统计出其需6个信号输入点， 6个信号输出控制点。同时又对各种PLC性能指标、适用性、认知程度等进行比较，最 后选择了西门子公司的S7—200PLC，它是一种叠装结构的小型PLC，指令丰富，含有系 统时钟，功能强大，并带有485通讯输出口以便于远程通讯且可靠性高，适应性好，结 构紧凑，便于扩展，性价比较高。系统配置为主机CPU224(14点输入，IO点输出)将 输入信号和输出控制量置于其上。同时为了增加系统的可靠性以及PLC本身的安全，PLC 的输出不接触强电系统而是通过直流24的中间继电器进行中间过度。下面简述一下PLC控制的程序设计。根据沉淀池排泥系统的自动化、智能化以及节能、节水、工艺等诸多方面的要求， 再结合保护、安全、灵活性、易用性等因素综合考虑，设计出PLC程序控制程序。图5 为主程序流程图，图6为长趟、中趟、短趟排泥子程序流程图。自学习功能当本控制器首次投入运行时，其半趟、三分之一趟延时间为初始默认值，半趟运行 时间默认为20分钟，三分之一趟运行默认时间为IO分钟。该默认值一般不能满足不同池长的要求，本控制器具有自学习的功能可以通过一次从清水区开始运行至到浊水区限位开关处的试运行，以扫描该行程运行需要的总时间藉以计算出半趟及三分之一趟延 时时间，并计算出该循环设定次数下运行的总时间(精确到秒)。另外，该池长的时间 可以动态得到修正，每一次新的循环开始的每一趟从清水到浊水区运行到达浊水限位开 关处就刷新池总长运行时间值从而更新半趟及三分之一趟延时时间值，故"般重新启动 时不易选择排泥机处于沉淀池中间靠清水区部位，以防本循环的半趟、三分之一趟延时不准确，不过在PLC的内部已设置了重新预置池长时间的起点值30分钟或者说当运行的池长时间不大于30分钟时则本次执行循环的学习功能就被忽略，本次的半、三分之 一趟的延时时间自动以上一个循环的半、三分之一趟延时时间计算。 状态保护控制器的根据设定的次数与一个完整趟所用的时间自动计算出运行一次循环所需 要的总时间，当实际运行时间已达到该时间加一个完整趟的时间裕量而实际未停车时， 则说明桁车发生了爬轨之类的故障，控制器将实施保护性停车(位置不固定)；当单向 运行超过1. 5小时而未遇限位开关时，控制器同样将保护停机。工作模式排泥机启动后自动向浊水区运行一个整单趟，遇浊水限位开关后再向清水区运行一 个整单趟再到清水限位开关，这是一次长趟来回，当设定长趟运行次数大于或等于1时， 以上步骤完成运行，否则将被跳过而不运行。排泥机接着向清水区运行一个半趟行程，到达预定半趟时间后返浊水区，从沉淀池 中间位置返回到浊水限位处。本步骤为一次半趟来回，当设定半趟次数》1则运行。否 则该步骤也被跳过不运行。从浊水限位开关向清水区运行到达池长三分之一处，从池长三分之一处再返回浊水 限位开关处。该步骤为一次三分之一来回，返回第2步循环往下执行，长趟来回、半趟 来回，三分之一趟来回，每运行完成一次相应形式的来回趟，其设定的趟数就减l，当 某种形式的趟数为减到0时，就跳过该方式的运行转下一运行方式，直至所有趟数为零 后转最后一步骤。最后，从浊水限位开关处返清水区到达清水限位开关处停车(水泵也 停止)。使用过程中排泥机的运行线路如图4所示。启动方式按下现场控制箱上的运行按钮，排泥机即开始启动向浊水区运行；水泵不运行，按 人机界面上的运行按钮，排泥机即开始启动向浊水区运行，水泵随之启动运行；当前时 间到达循环设定天数的设定时刻时，不论排泥机处不处于运行状态，都开始一次新的运 行循环。比如当设定循环的天数为2天即48小时，设定的开机时间为上午8: 10分则 排泥机在运行完当前循环在清水区停止后一直待机，直到48小时后的8:10分自动启动 运行。停车方式按下现场或人机界面上的停车按钮排泥机立即结束当前运行循环，水泵随之停止 (当然停车位置是不确定的)；当排泥机运行完设定的长趟、半趟、三分之一趟设定的 次数后自然停止，水泵也随之停止运行，停车位置为清水区限位开关处；自然停电停机， 当交流电源调电后，排泥机自然停车，但其当前的运行状态及设定的参数被保存， 一旦 重新上电排泥机会立即投入运行，其运行方向，运行趟数将保持不变。对下一次启动的 时刻也无影响。 参数设定根据排泥装置的运行线路图，见图4，系统所用的参数既可以通过PLC编程时通过 系统参数文件方式输入或更改，也可以通过与PLC经485通讯电缆连接的上位机上运行 的组态软件实时动态的进行修改或更新。系统主要参数如下自动循环开停的时间间隔， 系统实时时间与日期，整趟、半趟、三分之一趟的次数与保护时间等。组态监控界面的开发应用系统所选用可在Windows98 / NT / 2000 / XP系统中运行的工控组态王软件作为上位 机监控平台，根据控制系统的要求进行组态监控界面的开发，系统组态监控界面如图5 所示。用组态方式完成远程监控的各种功能，如虚拟排泥机运行画面，可观察到排泥机实 时运行的位置及行走的时间；可通过界面上的对应的按钮对排泥机及排泥机上的吸泥泵 进行开停控制；从界面上还可以实时观察到累计的排泥水量；用户可以通过按下参数设 置按钮进行各种参数的设置。工控组态王软件能同时支持多种硬件厂家的仪器仪表、 PLC、变频器，可与之进行可靠的通讯，它与高可靠的工控计算机和网络系统结合，向 更高一级的控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，并进行有效系统集成。
权利要求1、自来水沉淀池排泥控制装置，包括可编程控制器、中间继电器KP1、KP2、KP3、KP4、KP5、KP6、接触器KM1、KM2、KM3，其特征在于可编程控制器的输出控制点分别连接中间继电器KP1、KP2、KP3、KP4，KP5、KP6的线圈，接触器KM1和KM2的接触开关连接在排泥机正反向驱动电机的三相供电线路中，两者的连接相序相反，接触器KM3的接触开关连接在吸泥泵电机供电线路中，中间继电器KP1、KP2的接点、接触器KM1、KM2的接点和线圈按接点串连接法连接在梯形控制电路中构成排泥机电机正反转控制电路，中间继电器KP3、KP4的接点、接触器KM3的接点和线圈连接在梯形控制电路中构成吸泥泵起停控制电路。
专利摘要本实用新型涉及自来水沉淀池排泥机构，为一种自来水沉淀池排泥控制装置。包括可编程控制器、中间继电器、接触器，可编程控制器的输出控制点分别连接中间继电器的线圈，接触器的接触开关连接在排泥机正反向驱动电机、泥泵电机供电主回路中，中间继电器的接点、接触器的接点和线圈按接点串连接法连接在梯形控制电路中构成排泥机电机正反转控制电路、吸泥泵起停控制电路。本实用新型克服了现有技术控制不合理不精确费水费电的缺陷，为一种采用PLC技术控制的自来水沉淀池排泥控制装置。具有合理精确地控制、降低水耗、能耗、体积小巧，可靠、成本低、配置灵活、扩展性好的优点。
文档编号B01D21/30GK201101910SQ20072004297
公开日2008年8月20日 申请日期2007年8月17日 优先权日2007年8月17日
发明者李善田, 李庆贵, 许广彬 申请人:李善田