基于plc污水處理控制系統畢業論文(1)-預覽頁

　

【正文】 湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 8 工業污水處理系統的功能要求 工業污水處理系統的主要功能是完成對城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統處理后，輸出符合國家標準的水質。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。曝氣過程是工業污水處理系統中最重要的環節，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機增加或減少其含氧量。 （ 1）數字量輸出。 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 31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湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 11 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。離心式脫水機主要有聚合物泵、污泥機和切割機構成，以上設備按照順序控制的方式啟動，依次啟動聚合物泵、污泥機和切割機，完成對污泥的脫水處理。操作面板主要包括手動、自動、各類設備的啟動按鈕等。電氣控制柜是電氣控制的核心設備，主要包括變頻器、各類傳感器的輸入信號、 PLC 及其擴展模塊等。 (1）接通電源，啟動自動控制方式，啟動潛水攪拌器和刮泥機。 湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 13 (5）轉碟曝氣機根據溶解氧儀反饋的模擬量經 PLC 運算后進行控制，同時控制分離機的運行與停止。三臺電機分別為潛水泵電機（ M1）、清污機電機（ M2）、轉碟曝氣機電機（ M3）。由于工業污水處理電氣控制系統涉及較多的輸入輸出端口，其控制過程相對復雜，因此采用 CPU226 作為該控制系統的主機。正好可以滿足控制系統的 I/O 需求。 數字量輸入部分 表 34 數字輸入量地址分配 輸入地址 輸入設備 輸入地址 輸入設備 急停 手動刮泥機啟動 手動方式 手動污泥回流泵啟動 自動方式 手動分離 式脫水機啟動 自動啟動確認 手動污泥泵啟動 手動粗格柵機啟動 手動轉碟曝氣機加速 手動清污機啟動 手動轉碟曝氣機減少 手動潛水泵啟動 粗格柵液位差計 手動細格柵機啟動 細格柵液位差計 湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 15 手動分離機啟動 進水泵房液面高位傳感器 手動轉碟曝氣機工頻啟動 進水泵房液面低位傳感器 手動轉碟曝氣機變頻啟動 污泥回流泵液面高位傳感器 手 動潛水攪拌機啟動 污泥回流泵液面低位傳感器 數字量輸出部分 表 35 數字輸出量地址分配 輸出地址 輸出設備 輸出地址 輸出設備 粗格柵機接觸器 潛水攪拌機接觸器 清污機接觸器 刮泥機接觸器 潛水泵接觸器 污泥回流泵接觸器 細格柵機接觸器 離心式脫水機接觸器 分離機接觸器 潛水泵報警 轉碟曝氣機工頻接觸器 污泥回流泵報警 轉碟曝氣機變頻接觸器 模擬量輸入部分 由于需要采集一個溶氧儀所反饋的數據，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體 I/O 分配，如下表 36 所示。 4 軟件系統設計 采用西門子公司為 S7— 200 系列 PLC 開發的 STEP7— Micro/WIN32 作為編程軟件，上面介紹了工業污水處理控制系統的結構、工作原理和電氣控制部分的結構，硬件結構的總體設計基本完成后，就要開始軟件部分的設計，根據控制系統的控制要求和硬件部分的設計情況及 PLC 控制系統 I/O 的分配情況，進行軟件編程設計。 圖 41 模式選擇流程圖 手動模式 在手動模式下，可單獨調試每個設備的運行，如圖 52所示。 （ 2）啟動粗格柵系統。 （ 6）啟動污泥回流系統。 BOD 是指在有氧條件下，降解有機物所需的氧量。雖然有 COD 濃度在線檢測儀可以在線檢測，但仍存在滯后（ 30 分鐘左右 ） ，測量結果嚴重滯后于實際運行時間，不能及時反映實際情況。為了使微生物的活動最佳化，應該使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。 氯氣投加環節 氯氣投加消毒效果的好壞與原水 PH 值、水溫、濁度和接觸時間有直接的關系。 氯氣投加系統具有大慣性、大滯后的特點，其過渡過程和純滯后時間均較長，并且系統的干擾因素較多，對這樣一個系統，使用一般的 PID 調節很難滿足控制要求。其控制過程主要是通過污泥濃度、污水流量、絮凝劑濃度等因素控制 來完成的。常規的 PID 控制器的描述如式（ ）所示： （ ） 其中各參 數代表的意義是： Un：控制器的輸出 En：控制器偏差輸入 ECn：系統誤差變化率 kp：比例增益 ki：積分增益 n i=0 U n=kpEn+ki∑ Ei+KdECn 湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 21 kd：微分增益 比例增益 kp 使控制器的輸入輸出成一一對應比例關系。積分作用 ki 是為了消除靜差而引入的。但是，同時又會使系統容易受到高頻干擾的影響。 PLC 和變頻器通訊 （ 1） USS 通訊協議簡介 USS協議（ Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口協議）是SIEMENS 公司所有傳動產品的通用通訊協議，它是一種基于串行總線進行數據通訊的協議。 USS 協議指令在STEP7— MICRO/WIN32指令樹的庫文件夾中， STEP7— MICRO/WIN32指令庫提供 14個子程序、 3個中斷程序和 8條指令來支持 USS協議。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 協議并使能該協議；輸入值為 0，指定 Port 0 為 PPI 并且禁止 USS 協議。 硬件系統的調試 按照系統設計要求將各硬件接線接好。 軟件系統的調試 在 STEP7Micro32 軟件中，通過編程，將編好的程序下載到 PLC 中進行運行調試，檢查程序是否存在錯誤，是否能夠實現相應的功能控制。以及污泥脫水系統程序，以下將分別介紹各個子程序的工作過程。 （ 3） 2h 定時到，運行粗格柵機 20min，循環進行。 湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 24 圖 37 粗格柵系統工作流程圖 潛水泵程序主要控制潛水泵的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面： （ 1）自動過程開始啟動潛水泵。 （ 5）定時到后，若液面仍持續處于高位傳感器，則輸出報警信號。 （ 3） 2h 定時到，運行細格柵機 20min，循環進行。 圖 310 曝氣沉砂系統工作流程圖 湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 27 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）若液面高于最高位傳感器時，啟動定時。 （ 1）自動過程開始首先啟動離心式脫水機，啟動定時。 湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 28 圖 312 污泥脫水系統工作流程圖 污水處理的相關程序如下所示。啟動電源后按下手動或自動模式選擇按鈕，當在手動模式時，可通過各控制按鈕實現對工業污水處理系統中各電機的控制運行同時相應的指示燈亮。運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環進行。而進水泵房中的潛水泵根據液 面高低進行運行、停止及運行數量的控制： ① 潛水泵系統啟動首先開始啟動潛水泵。 ⑤ 定時到后，若液面仍持續處于高位傳感器，則輸出報警信號。 ③ 若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。控制系統能根據外界溶解氧儀檢測反饋的模擬量信號輸入的狀態來控制清污機、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計反饋來的信息進行判斷處理，然后再進行輸出控制。本文詳細闡述了工業污水處理工藝流程、控制系統總體方案以及具體的軟硬件實現。熟悉了 PLC 硬件的工作原理，完成了整個系統的模擬調試，通過對系統的不斷修改和調試，基本上達到了預期的設計要求。軟件方面主要問題在于程序編寫完畢后，需要首先在電腦上對程序進行軟件仿真，主要檢查是否存在各種錯誤，可利用西門子公司配套的仿真軟件。 湖南鐵路科技職業技術學院畢業設計 （論文） 34 參考文獻 [1]常曉玲 .電氣控制系統與可編程控制器 [M].北京：機械工業出版社 ， 20xx. 1. [2]孫振強，王暉，孫玉峰 .可編程控制原理及應用教程 [M].北京：清華大學出版社 ， . [3]唐宇毅 .電廠含油工業污水處理的 PLC 控制系統設計 [D].廣州： 廣東工業大學出版社 ，20xx. [4]廖常初 .PLC 編程及應用 [M].北京：機械工業出版社 ， . [5]張培山 ， 鐘昆 .基于 PLC 的工業污水處理廠自控系統的實現 [J].控制系統 ,20xx,5（ 1） ：8283. [6]李英輝 ， 趙豫龍 ， 戴青云 .基于 PLC 的中水處理系統 [J].石家莊職業技術學院報 ,20xx,6（ 4） 7678. [7]何獻忠 .工業工業污水處理的 PLC 控制應用 [J].湖南冶金職業技術學院學報 ， 20xx， 43（ 4） ： 8687. [8]張燕賓 .SPWM 變頻調速應用技術（第 3 版） [M].北京：機械工業出版社， . [9]程玉華 .西門子 S7200 工程應用實例分析 [M].北京：電子工業出版社， . [10]陶權，吳尚慶 .變頻器應用技術 [M].廣州：華南理工大學出版社 ..