基于plc的污水處理控制系統設計畢業設計論文-預覽頁

　

【正文】 rst introduces the purpose and significance of this topic, the state of development of the automatic control system at home and abroad sewage treatment, sewage treatment process control system and related processes, the overall control system design, system hardware architecture and design, working principle and system software PLC ladder programming, to illustrate the application of PLC in the sewage treatment process. First design of electrical control and automatic control circuit according to the sewage treatment process requirements, including start and stop equipment, status signal fault signal, the signal acquisition, the final design of PLC control system in accordance with the process requirements, including the selection of the PLC, the system allocation of resources, as well as the preparation of the PLC program.Finally, this design use the MCGS configuration software, and designs a reflection of the display system of the sewage treatment process.Key Words：Sewage treatment Oxidation Ditch PLCII緒論1）課題目的及意義我國是一個水資源匱乏的國家，而且時空分布上極不均勻，許多地區和城市嚴重缺水。國內外水環境恢復與再生的實踐表明，污水深度處理與再利用是通向健康水循環的橋梁，推進污水深度處理和普及再生水，利用人類與自然兼容協調，創造良好水環境，促進人類可持續發展的重要舉措。2）國外發展狀況國外的一些發達國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經濟發達，并較早的實現了工業現代化。國外污水處理自控系統主要存在以下幾個特點：（1）采用集散控制系統DCS和現場總線控制系統FCS。（3）生產過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據水質和水源的變化自動地調整相應的控制方式。從國外引進污水廠的自動控制系統已經廣泛采用集散式計算機監控系統，應用了自動化程度較高的檢測儀表，各種新工藝，新設備大量出現并得到應用。（3）各個控制站之間完全獨立，沒有信息的交換。 所要完成的任務和預期目標： （1）設計能夠實現污水處理的氧化溝系統方案。5）論文結構 根據以上的主要內容和預期目標，本次設計論文通過以下幾個方面進行闡述污水控制系統： （1）緒論。 （3）第二章 系統硬件設計。 （5）第四章 系統的MCGS組態。1 系統總體方案設計 系統主要組成部分工業污水處理系統的結構比較復雜，設備較多，在氧化溝中其控制過程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機的轉速來調節污水中的含氧量，其基本組成如圖11所示。進水泵房中的潛水泵運行及停止是通過安裝在泵房內的液位傳感器來決定的，當液位較低時只啟動一臺潛水泵，當液位較高時啟動兩臺潛水泵，若液位持續升高時，則輸出報警以示意有故障發生。沉砂池中分離機的運行和后續處理中的轉碟曝氣機的運行同步，即啟動轉碟曝氣機的時候同時啟動分離機，對沉砂池中的沙粒進行排除。潛水攪拌機的作用是推進水流，同時使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈的攪拌狀態，使他們充分混合接觸。沉淀系統主要設備為刮泥機，其功能是對進行氧化溝處理后的污水進行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機在整個系統啟動后就開始持續運行。 系統工作原理污水處理系統的電氣控制系統總框圖如圖12所示，PLC為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關模擬量的輸入，完成相關設備的運行、停止和調速控制。2）運行粗、細格柵機，間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環進行。6）污泥回流泵的運行與停止根據液面的高低進行控制。 數字量輸入輸出部分 在此控制系統中，所需要的輸入量基本上都屬于數字量，主要包括各種控制按鈕、旋鈕、傳感器輸入及過載保護輸入，共有49個數字量輸入，如表21所示。表24 模擬量輸地址分配輸出地址輸出設備AQW0經運算輸出 設備和器件的選型1）PLC及擴展模塊。由于本系統總共有49個數字輸入量和24個數字輸出量，CPU226具有24個輸入點和16個輸出點，因此采用4個EM223輸入/輸出混合擴展模塊，8點DC輸入8點輸出型，可以滿足控制系統的I/O需求。該系統選用的變頻器是西門子MM430變頻器，它是一種風機水泵負載專用變頻器，能適用于各種變速驅動系統，尤其是適用于工業部門的水泵和風機。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 3）各種電機和泵。轉碟曝氣機型號選用YHG1800A，經濟轉速：50 rpm，轉碟直徑：1800 mm，浸沒水深：680 mm。離心式脫水機型號選用SX系列三足式，轉速：1000 r/min，電機功率：11 kw，分離因數：560 Fr，工作容積：140 L。本次選用PH/溶解氧測量儀型號：SA29MP525。% FS 溶解氧：177。配用2503型pH電極，可用于離子強度較低、渾濁液體和膠體溶液的測量。5）各類按鈕。在進水泵房和污泥回流泵房都要安裝液位傳感器，本系統采用超聲波液位傳感器，均為數字量輸入。 7）接觸器。長壽命：機械壽命高達2000萬次；電壽命高達200萬次。模塊化：產品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。根據程序的執行或者操作面板上按鍵的情況，控制兩個格柵機的運行與停止。（3）潛水泵接觸器。根據污水中的溶氧量或操作面板上的按鍵的情況，控制兩臺轉碟曝氣機的運行及停止，以及在運行時是處于變頻還是工頻運行狀態。潛水攪拌機接觸器是連接潛水攪拌機和工頻電網的接觸器，通過程序的執行或操作面板上按鍵的狀態，控制潛水攪拌機運行與停止。污泥回流泵接觸器是連接污泥回流泵和工頻電網的接觸器，通過污泥回流泵房中液面的高低或操作面板上按鍵的狀態，控制污泥回流泵的運行與停止。聚合物泵接觸器是連接聚合物泵和工頻電網的接觸器，通過程序的執行和操作面板上按鍵的狀態，控制聚合物泵的運行與停止。本次硬件連線圖是用AutoCAD軟件進行繪制的，共繪有16張A4圖紙，包括主電路、PLC及擴展、PLC輸入回路和PLC輸出回路。接觸器KMKMKMKM4分別控制MMMM4的工頻運行；FRFRFRFR4分別為四臺電機用作過載保護的熱繼電器；QF1為主電路的開關；FU1為主電路的熔斷器。圖22 PLC及擴展 PLC輸入回路如下圖23所示，為其中一張PLC輸入回路圖。圖24 PLC輸出回路 其它詳細電路連線圖，請查看附錄2，包括4張主電路、1一張PLC及擴展、8張PLC輸入回路、3張PLC輸出回路。與各類人機界面的通信可完成PLC控制系統的監視，同時使用戶可通過操作界面功能控制PLC系統。1）按鈕輸入檢測。3）液位高低輸入檢測。5）含氧量輸入檢測。當溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴重時甚至導致處理失效，因此需要增加曝氣機轉速以增加供氧量；當溶解氧值偏高時，導致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內。2）模擬量輸出。在此控制模式下，可以通過按鈕對格柵機、清污機、污泥回流泵、轉碟曝氣機、潛水泵、離心式脫水機、潛水攪拌機、刮泥機，以及各類泵進行控制，對于轉碟曝氣機的控制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，也可以進行正反轉動，以檢測調試性能。3）啟動潛水泵系統。7）啟動污泥脫水系統。1）自動過程開始啟動粗格柵機，定時20min。5）液面差值低于設定值，停止1清污機運行。2）定時到，停止運行細格柵機2h。細格柵系統工作流程圖如圖35所示。3）定時到后，若仍低于最低位傳感器，則停止1潛水泵運行，否則1潛水泵繼續運行。潛水泵系統工作流程圖如圖36所示。 3）若還是含氧量小于設定值且變頻器速度大于等于100%，則2轉碟曝氣機工頻運行。圖37 曝氣系統流程圖 污泥回流系統污泥回流系統程序主要控制污泥回流泵的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面。4）檢測液面處于中位和高位傳感器之間時，開始定時防止誤判。圖 38 污泥回流系統流程圖 污泥脫水系統污泥脫水系統工作流程圖如圖39所示。3）定時到，啟動污泥機和切割機。其中，所用到的輸入輸出地址及中間寄存器地址如下表32所示。USS協議是主從結構的協議，規定了在USS 總線上可以有一個主站和最多30 個從站；總線上的每個從站都有一個站地址（在從站參數中設定），主站依靠它識別每個從站；每個從站也只對主站發來的報文做出響應并回送報文，從站之間不能直接進行數據通訊。調用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個子程序。通過Mode輸入值可選擇不同的通訊協議：輸入值為1，指定Port 0為USS協議并使用該協議；輸入值為0，指定Port 0為PPI并且禁止USS協議。如下圖311所示。組態環境相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設計和構造自己的應用系統。MCGS組態環境是生成用戶應用系統的工作環境，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。MCGS組態軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五部分構成，每一部分分別進行組態操作，完成不同的工作，具有不同的特性。l 設備窗口：是連接和驅動外部設備的工作環境。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量，作為數據采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。從中可以插入各種所需元件，繪制出污水處理系統。再拖動鼠標（可沿原來方向，也可垂直原來方向），生成下一段流動塊。圖41 污水處理系統組態運行界面如上圖所示，污水由進水系統中的進水管道和潛水泵通過粗格柵和清污機進行初步排除大塊雜質物體。同時在該系統中設置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對污水中的含氧量進行檢測，根據其反饋到PLC的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧的含量。污水經沉淀池處理最后到達脫水環節，離心式脫水機作用下進行脫水處理后排出清水。在MCGS組態軟件中實現實時曲線的具體操作如下：單擊“用戶窗口”標簽，在“用戶窗口”中雙擊“數據顯示”進入，在“工具箱”中單擊“實時曲線”圖標，拖放到適當位置調整大小。圖42 溶解氧濃度數據顯示界面 MCGS與PLC設備的連接控制1）MCGS與PLC設備的連接在MCGS系統中，由設備窗口負責建立系統與外部硬件設備的連接，使得MCGS能從外部設備讀取數據并控制外部設備的工作狀態，實現對應工業過程的實時監控。圖44 設備管理對話框2）對PLC的數據進行讀寫 前面我們已經建立了與PLC系統的的連接，因此要對PLC中的數據進行讀寫操作，只需要在PLC設備的設備屬性設置對話框中對其通道屬性進行設置，并建立起通道與MCGS實時數據庫中的數據的連接就可以了，具體操作如下： 雙擊設備組態窗口中父設備下的PLC子設備，彈出設備屬性設置對話框，再單擊“設置設備內部屬性”右邊的 ，則會出現“西門子S7200PLC通道屬性設置”對話框。 選中通道1，雙擊“對應數據對象”欄，在其中輸入在實時數據庫中建立的與之對應的數據名，單擊“確認”按鈕就完成了MCGS中的數據對象與PLC內部寄存器間的連接，具體的數據讀寫將由主控窗口根據具體的操作情況自動完成。 通過四個月的課題設計和調試，基本上完成了對PLC污水處理系統的設計，達到了預期的設計目標。由于污水處理系統的機械結構種類較多，而且不同類型的污水處理方法，其控制方法也有很大差異，因此需要首先確定采用什么形式的污水處理法，然后決定控制方式。在PLC的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護設備。然后通過模擬硬件的方式檢查程序，主要檢查程序是否存在邏輯上的錯誤。論文得以順利完成，要感謝的人實在太多了。在不斷完善和修改的過程中，也讓我更加懂得“一分耕耘才有一分收獲”的道理。雖然學生沒有能力和膽量去實踐自己心中的夢想，但是你們對我的寄語會一直在我的腦海里永存，有理想就有希望，有希望就能看到理想實現的那一天。無論我成功與否，你們總以鼓勵的言語告訴我很棒，謝謝你們，我會繼