专利名称：一种污水处理plc过程自动控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于污水处理控制系统，特别涉及一种污水处理的PLC过程自动控制系统。
背景技术：
近年来，为了实现高质量、低消耗、稳定可靠的运行，国内外许多污水处理厂采用了现 代先进自动控制技术和计算机技术，从而构成计算机监督、控制、管理系统，使系统优化进
行。而可编程逻辑控制器(PLC)则是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术 和通信技术而发展起来的一种新型、通用自动控制装置。
现有污水处理的PLC具有实现数据的采集、控制算法的实现、控制命令的下发以及工艺 信号的连锁等功能，其通过各类传感器和变送器将控制命令传达给执行机构，以此完成所有 控制命令和数据采集。PLC自动控制系统具有性能优越、灵活通用和可靠性高等特点，但是 其通信距离有限，往往局限在小范围内对污水处理进行监督、控制和管理，并未实现真正意 义上的远程控制。而且现有控制系统只能同时满足有限几个处理点的控制，不能实施对多个 处理站点的集中调度管理，效率较低。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提高污水治理机组运行效率，降低运行费率，提高 出水水质，并通过克服通信距离限制实现真正意义的远程控制。控制单元和计算机(服务器) 联网后，在管理中心即可对各站点实施集中调度管理；该控制单元也可根据编程时所设定的 参数脱离网络单机运行。
本实用新型的污水处理PLC过程自动控制系统，由服务器、在线式UPS、 RS232/RS485转 换器、多个PLC控制单元以及每个PLC控制单元控制的多个测控点组成。其中服务器由IPC (工业计算机)组成，用于运行测控软件、下载控制参数、存放历史数据和报警数据、显示 各测控点的状态，监恻各PLC控制单元运行情况；服务器同时也可作为PLC控制单元的编程 器；在线式UPS为IPC提供稳定的电力供应，用于防止电源闪变、断电引起的系统故障； RS232/RS485转换器可将标准的RS232电平转换为RS485电平，用于延长服务器到PLC控制 单元的通信距离；PLC控制单元用于对污水处理现场的传感器、执行部件实施测控，主要包 括电源、CPU逻辑控制、模拟/开关量输入、功率驱动等部分。在线式UPS与服务器连接，同 时服务器与RS232/RS485转换器连接，所述系统还包括一 1转XRS485集线器可再次延长通信 距离，还以星-星结构实现服务器与PLC控制单元的多机通信，还可消除由于地电位不同带来 的共模干扰，该集线器一端与RS232/RS485转换器连接，另一端与多个PLC控制单元连接， 同时多个PLC控制单元连接控制多个测控点。当所述系统只连接一个PLC控制单元时，PLC 控制单元可直接连接到RS232/RS485转换器。
此外，本实用新型的污水处理PLC过程自动控制系统，由服务器、在线式UPS、 TCP/IP 一RS485协议转换器、多个PLC控制单元以及每个PLC控制单元控制的多个测控点组成，该 系统还包括两台交换机，在线式UPS与服务器连接，同时服务器与其中一交换机，该交换机 另一端连接LAN局域网，LAN局域网连接TCP/IP — RS485协议转换器，同时TCP/IP—RS485 协议转换器连接另一交换机，该交换机另一端连接多个PLC控制单元，从而不再局限于RS485 的通信距离限制，同时多个PLC控制单元连接控制多个测控点，测控点为污水处理现场的传 感器和执行部件。本实用新型的服务器同时连接有一打印机，打印机作为系统基本配置，可 用于各种文挡的硬拷贝。
本实用新型的污水处理PLC过程自动控制系统具有联网功能，可以对污水处理过程中采用的各种传感器的电压、电流等输入模拟量参数迸行测量；将测量数据实时传送到服务器进 行显示和打印；可以对污水处理过程中各种输入开关量进行检测；将数据实时传送到服务器 进行显示和打印；可以输出标准电流(电压)信号用于驱动现场的电流(电压)负载；具有 继电器输出接口，可以驱动现场的交直流负载；具有程序下载功能，根据不同的测控要求可 对PLC过程自动控制单元现场编程，因而具有技术上的先进性和很强的实用性，可能带来的 技术效果和经济效益显著，具有广阔的市场前景。
图1表示PLC控制单元485网络示意图2表示PLC控制单元LAN-485网络示意图3表示PLC过程自动控制单元硬件组成图4表示PLC过程自动控制单元用于中小规模污水生化处理厂污水治理自动监测系统图； 图5表示主机和一台PLC过程自动控制单元连接图； 图6表示主机和多台PLC过程自动控制单元连接图； 图7表示PLC过程自动控制单元模拟信号分配图； 图8表示PLC过程自动控制单元数字信号分配图9表示启动相应的项目自动设定参数图10表示在集成调试环境中键盘输入参数图。 图中标注
l:服务器；2:RS232/RS485转换器；3: 1转X RS485集线器；4:PLC控制单元1; 5: PLC 控制单元2;N: PLC控制单元N; 6: U. P. S. ; 7:打印机；8:交换机；9: LAN局域网；10: TCP/TP-RS485 转换器。
具体实施例
下面参照附图，结合实施例对本实用新型提供的污水处理PLC过程自动控制系统进行详 细的说明。
如图1所示，污水处理PLC过程自动控制系统，由服务器l、在线式UPS6、 RS232/RS485 转换器2、多个PLC控制单元以及每个PLC控制单元控制的多个测控点组成。其中服务器1 由IPC (工业计算机)组成，用于运行测控软件、下载控制参数、存放历史数据和报警数据、 显示各测控点的状态，监恻各PLC控制单元运行情况；服务器同时也可作为PLC控制单元的 编程器。在线式UPS6为IPC提供稳定的电力供应，用于防止电源闪变、断电引起的系统故障， 在线式UPS6与服务器1连接，同时服务器l与RS232/RS485转换器2连接，RS232/RS485转 换器2可将标准的RS232电平转换为RS485电平，用于延长服务器1到PLC控制单元的通信 距离。该系统还包括一1转XRS485集线器3可再次延长通信距离，还以星-星结构实现服务 器与PLC控制单元的多机通信，还可消除由于地电位不同带来的共模干扰，该集线器3 —端 与RS232/RS485转换器2连接，另一端与多个PLC控制单元连接。PLC控制单元用于对污水 处理现场的传感器、执行部件实施测控，主要包括电源、CPU逻辑控制、模拟/开关量输入、 功率驱动等部分，同时多个PLC控制单元连接控制多个测控点。当所述系统只连接一个PLC 控制单元时，PLC控制单元可直接连接到RS232/RS485转换器2。
如图2所示，污水处理PLC过程自动控制系统，由服务器1、在线式UPS6、 TCP/IP_RS485 协议转换器IO、多个PLC控制单元以及每个PLC控制单元控制的多个测控点组成，该系统还 包括两台交换机8，在线式UPS6与服务器1连接，同时服务器l与其中一交换机8，该交换 机另一端连接LAN局域网9， LAN局域网9连接TCP/IP —RS485协议转换器10，同时TCP/IP 一RS485协议转换器10连接另一交换机8，该交换机另一端连接多个PLC控制单元，从而不再局限于RS485的通信距离限制，同时多个PLC控制单元连接控制多个测控点，测控点为污 水处理现场的传感器和执行部件。服务器1同时连接有一打印机7，打印机7作为系统基本 配置，可用于各种文挡的硬拷贝。
PLC (可编程序控制器)是由中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发 展起来的一种工业控制器。它由主机(CPU+R0M+RAM)、输入/输出接口、电源、扩展接口和外 部设备接口组成。其中主机通常由工业级的微控制器为核心组成。
根据控制现场的实际需求，可以研制嵌入式系统组成性价比较高的PLC。也可使用众多 厂家生产的标准配置的PLC，但成本较高。考虑到该项目目前处于样机研究阶段，在实际工 程系统应用中将可能出现的新问题，实际需求目前不能完全确定，不可能形成批量生产。我 们选择后者，即选用著名厂家生产的成熟产品。虽然价格较高，某些功能未得到体现，但系 统扩展、维护、升级都较方便。待实际工程应用一段时间，需求完全确定，可研制微控制器 系统组成的PLC，以降低用于污水处理PLC的生产成本。
目前暂时确定选用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列PLC,该系列的PLC具有丰富的 指令集和丰富的扩展模块，通信组网方便。产品的质量和安全获得VDE、UL、CSA、FM和IS09001 的认证。SIEMENS公司的该系列PLC的主机部分由80C51系列微控制器组成，世界上有数十 个厂家生产80C51系列产品，在下一步研制嵌入式系统时对微控制器选择将十分有利。
PLC过程自动控制单元硬件系统暂定以SIMATIC S7-200系列的CPU224为核心部件，加 上模拟量扩展模块EM235组成。则该硬件系统具有14输入/10输出共24个数字量I/O点， 具有4输入/1输出共5个模拟量I/O点。其硬件组成如图3所示。
其中继电器输出和电流信号输出用于驱动现场的电磁阀，比例泵、电机等执行机构，光 隔输入和模拟信号输入用于测量开关量与模拟量。
该硬件系统设计具有良好可扩展性，最大允许扩展7个模块，其数字量I/0点最大可达 到16Q个，模拟量I/O点最大可达35个。可根据现场实际需求对硬件进行快速组态，使用非 常灵活方便。
主机和一台PLC进行通讯即RS485转换器的A+(DATA+)与PLC9针端口的第3脚连接， B- (DATA -)与PLC9针端口的第8脚连接，如图5所示。
主机和多台PLC进行通讯即RS485转换器的A+ (DATA+)与总线上所有PLC9针端口的 第3脚连接，B- (DATA-)与总线上所有PLC9针端口的第8脚连接，如图6所示。多台PLC 进行通讯也可以通过485集线器与主机相连。
PLC过程自动控制单元样机信号线连接如图7和8所示。
PLC过程自动控制单元在运行过程中自动对通信口数据流进行探测以确定网络是否畅通， 如果在10秒之内没有检测到网络口的数据流，PLC过程自动控制单元则根据当前设置由联网 运行方式自动转入单机运行方式。
PLC过程自动控制单元有4种工作模式，根据主机设定的参数决定工作在那一种模式下。 4种工作模式和参数对应关系如表1。
表1 工〗乍模式和参数对应关系
参数工作模式
1PH值控制
2DO值控制
3比例控制
4温度控制
工作模式修改方法有两种
(1) 在主机运行相应的监控软件，如"PH值控制"，则PLC将自动存储参数"1"。如图9。
(2) 在主机运行"污水处理过程PLC智能单元集成调试环境"，在修改参数一拦中输入相应 的参数即可，如图IO。
权利要求1.一种污水处理PLC过程自动控制系统，由服务器(1)、在线式UPS(6)、RS232/RS485转换器(2)、多个PLC控制单元以及每个PLC控制单元控制的多个测控点组成，其特征在于在线式UPS(6)与服务器(1)连接，同时服务器(1)与RS232/RS485转换器(2)连接，所述系统还包括一1转XRS485集线器(3)以用于延长通信距离，该集线器(3)一端与RS232/RS485转换器(2)连接，另一端与多个PLC控制单元连接，同时多个PLC控制单元连接控制多个测控点。
2. 根据权利要求1所述的污水处理PLC过程自动控制系统，其特征在于当所述系统只 连接一个PLC控制单元时，PLC控制单元可直接连接到RS232/RS485转换器(2)。
3. —种污水处理PLC过程自动控制系统，由服务器(1)、在线式UPS (6)、 TCP/IP—RS485 协议转换器(IO)、多个PLC控制单元以及每个PLC控制单元控制的多个测控点组成，其特征 在于该系统还包括两台交换机(8)，在线式UPS (6)与服务器(1)连接，同时服务器(1) 与其中一交换机(8)，该交换机(8)另一端连接LAN局域网(9)， LAN局域网(9)连接TCP/IP 一RS485协议转换器(10)，同时TCP/IP—RS485协议转换器(10)连接另一交换机(8)，该 交换机(8)另一端连接多个PLC控制单元，同时多个PLC控制单元连接控制多个测控点。
4. 根据权利要求1或3所述的污水处理PLC过程自动控制系统，其特征在于测控点为 污水处理现场的传感器和执行部件。
5. 根据权利要求1或3所述的污水处理PLC过程自动控制系统，其特征在于服务器(1) 同时连接有一打印机(7)。
专利摘要一种污水处理的PLC过程自动控制系统，在线式UPS与服务器连接，同时服务器与RS232/RS485转换器连接，所述系统还包括一1转XRS485集线器可再次延长通信距离，该集线器一端与RS232/RS485转换器连接，另一端与多个PLC控制单元连接，同时多个PLC控制单元连接控制多个测控点。当所述系统只连接一个PLC控制单元时，PLC控制单元可直接连接到RS232/RS485转换器，并不再局限于RS485的通信距离限制。本实用新型的污水处理PLC过程自动控制系统可提高污水治理机组运行效率，降低运行费率，提高出水水质，并通过克服通信距离限制实现真正意义的远程控制，因而具有技术上的先进性和很强的实用性，可能带来的技术效果和经济效益显著，具有广阔的市场前景。
文档编号G05B19/418GK201402404SQ200820140078
公开日2010年2月10日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者剑 杨, 杨大勇, 奎 林, 赵坤荣 申请人:环境保护部华南环境科学研究所