污水處理系統電氣控制系統設計_畢業設計-資料下載頁

【導讀】為了提高污水處理廠的運行管理水平，PLC也成。結合污水處理廠自動化控制系統的運行情況，PLC對污水廠的。系統能夠自行報警。設計包含了污水處理廠的設備組成、自動化控制方式和PLC各工。減少現場操作人員、提高安全性發揮的良好效果。

　　

【正文】 （ 2) 泥區分布的一次設備及其功能 排污泵 :主要是將沉砂池中的污泥送入初沉池中，進而對污泥進行處理。 配電設備 :用來給排污泵供電。 傳送機 :用來將處理好的泥餅從脫水泵房運送出去。 各種傳感器 :用來采集現場的模 擬量。 以上所說各種設備均為系統中 PLC 的監控對象，系統一次設備與 PLC 的連接 : 其中配電設備通過傳感器與 PLC 進行通訊，使 PLC 能監測到配電設備的各種開關量和模擬量，進而達到監控配電區的作用 。 污水處理系統電氣控制系統設計 23 PLC 具體配置情況 編程設備：編程器是 PLC 開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控 PLC 及 PLC 所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。 人機界面：最簡單的人機界面是指 示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）一體式操作員終端應用越來越廣泛 。 輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網絡就是控制器 的觀點說法。 PLC 具有通信聯網的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數 PLC 具有RS232 接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。 PLC 的通信，還未實現互操作性， IEC 規定了多種現場總線標準， PLC 各廠家均有采用。 對于一個自動化工程 (特別是中大規模控制系統 )來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統規模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統成本、設備兼容性、現場環境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。 根據具體情況， 本監控系統的 PLC 分成水區 PLC 和泥區 PLC 兩個分站。根據水區和泥區的監控對象的點數的多少，對 PLC 分別配置如下 : 本項目水區與泥區 PLC 配置相同，均采用 SIEMENS 的 S7200 系列。根據具體要求， PLC 總體配置如下 : 中央處理模塊 (CPU)選用 CPU226，共有 24 點輸入和 16 點輸出，滿足自動控制所需的輸入輸出要求。 24V DC 輸入， 24V DC 輸出，本機集成 24 點輸入和 16 點輸出共 40 個數字量 I/O點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數字 量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。13K字節程序和數據存儲空間。 6個獨立的 20KHz高速脈沖輸出具有 PID控制器。 RS485通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協議、 MPI 通訊協議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排很容易 整體拆卸。用于較高要求的控制系統，具有更多的輸入 /輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行 速度 和合功能更強的內部集成特殊功能。 污水處理系統電氣控制系統設計 24 系統構成及其布局 根據工藝特點和控制要求，本系統采用分布式集散監控系統，按流程設兩個 PLC分站，分別監控水區和泥區的設備運行和控制，設一個總站集中分站信息并控制分站工作 。具體控制分為 : （ 1) 現場就地手動控制，設現場箱或按鈕站，由“現場 /遙控”轉換控制狀態，“現場”設點動按鈕，用于調整和檢修。 （ 2) 各開關柜 (包括 :10kV 進線柜、 進線柜等 )，由“自動 /停止 /手動”轉換控制狀態，“手動”設啟 /停按鈕，用于手動操作。 （ 3) 分站控制，用可編程控制器和工業控制計算機系統等自控設備，自動監控所屬范圍運行。 （ 4) 總站主機控制，多為計算機監控管理系統，集中分站信息，進行各種處理，并通過分站統一控制全廠運行，滿足工藝測控要求，使全廠運行處于 最佳狀態，是監控管理的中心。 監控系統由操作員工作站、服務器工作站、投影儀、打印機、 2 個 PLC 工作站和現場一次設備。通信網絡采用西門子的過程現場總線標準 (Profibus)，它為分布式I/O 站或驅動器等現場器件提供了高速通信所需的用戶接口，以及提供了在主站間大量數據內部交換的接口通信協議采用 SINEC L2，該協議遵從 DIN19245 標準。 SINEC L2又分為如下子協議 :L2TF、 L2FMS、 L2DP 及 L2AP。其中 L2DP 遵從 Profibus 標準開放式結構，適用于對時間要求嚴格的現場， 能夠以最快的速度快速處理和傳送網絡數據。所以本系統可以快速的采集和處理由 PLC 所采集的數據，符合控制系統要求的快速性。 監控系統的軟件部分 計算機操作系統采用 Microsoft Windows 2020 Professional 中文版操作系統。歷史數據庫采用 Microsoft SQL Server 2020 中文版軟件。上位機監控軟件采用當前流行的美國 GE 公司的 組態軟件來實現。 （ 1） 操作系統軟件 Windows 2020 Professional 中文版操作系統提供了一個快速、 高效的多用戶、多任務操作系統環境，是目前使用廣泛的工控操作系統。數據庫服務器采用 Windows 2020 server 中文版配合 Microsoft SQL2020 使用，用來保存歷史數據。各工作站均采用 Windows 2020 Professional 中文版操作系統。 （ 2） 監控軟件 實現了對整個系統的開關量、狀態量、電量、模擬量的采集和處理，并顯示在主工作站的界面上 。對一些污水處理廠重要的物理量如各個進水泵的電流、頻率、出口壓力等都實時顯示在主工作站的主界面上，便于調度員及時污水處理系統電氣控制系統設計 25 掌握系統的 運行情況 。 （ 3） 數據庫軟件 數據庫服務器上安裝 Microsoft SQL 2020 中文版，用來儲存整個電站重要的歷史數據，通過 與 Microsoft SQL 2020 的通訊來讀取歷史數據。單獨設計一個數據庫服務器可以避免因為系統局部故障導致歷史數據丟失現象的發生。 （ 4） STEP7 可以利用 IEC1131 標準中八種編程語言中的六種 (STL、 LAD、 FBD、CFC、 SFC 和 SCL)進行編程。本系統利用 STEP7 對西門子可編程序控制器進行配置、編程。 污水處理系統電氣控制系統設計 26 第 3 章 PLC 設計 PLC 構成的控制系統 在廠區電氣自控的總體設計上，應在允許的條件下，提高污水處理廠的自動化程度。盡量做到無人值守。這一點對減少小型污水處理廠的單方經營成本有很重要的意義。因為，盡管污水廠較小，如果沒有自動化程度較高的自控系統，往往需要按崗定員，這樣 300020200 噸 /日的污水處理廠也需要 1030 人。實際上，對于規模稍大的污水廠，定員也不過如此，所以相對人力成本很高。在條件允許的情況下，盡量提高污水廠的自動化程度。有條件時，還可在反應池等重要地方安裝攝像頭，以監視污水廠的運行狀況。 在電纜布置 上，也有著與大型污水處理廠不同的特點。各處理構筑物的電氣與信號電纜的鋪設應盡量結合構筑物上的管溝和渠道，從整體效果來看，整個處理構筑物表面看不到任何電纜和管線的敷設，只有走道板及蓋鍍鋅鋼格板的管溝，既美觀又便于維護管理。在某些情況下，全廠的電纜溝可以借助某個構筑物實現。一般來講，配電與信號傳輸從輔助處理單元（包括辦公及變配電）要到水處理和泥處理單元，無論是先經過哪個處理單元，都可以在處理構筑物的側壁上向池內挑出管溝， 作為 管道與電纜的通道，服務于本處理單元的同時，又可使電力和信號到達另一個處理單元。這樣既方便 了總圖的布置，又節省的工程造價 。 污水處理系統電氣控制系統設計 27 系統控制設備框圖如圖 31 所示 。 圖 31 系統控制設備框圖 污水處理系統電氣控制系統設計 28 PLC 構成的控制系統 設計步驟如圖 32 所示 。 圖 32 PLC 構成的控制系統設計步驟 課題報告 系統構成的確定 I/O 點數的確定 決定運行方式 確定控制 方式 I/O 分配 確定存儲器容量 選擇 I/O 模塊 控制回路設計 程序設計 調試運行 外圍電路設計 選擇外設 控制盤、柜設計 污水處理系統電氣控制系統設計 29 此種設計方法與常用的繼電器控制邏輯設計比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設計代替了原來的硬件設計。 我們采用一臺 PLC 控制多臺監測儀器的集中控制系統。該系統用于監測對象（儀器）所處的地理位置比較接近，且相互之間有一定聯系的場合 如圖 33 所示。 圖 33 集中控制系統 用 PLC 構成的監測控制系統，有自動和手動 兩 種運行方式。在進行完總體設計以及具體的硬件系統設計和軟件系統設計后，除要分別對其進行調試外，必須對整個系統進行聯合調試和試運行，反復進行硬件系統和軟件系統的修改調整，使整個系統全 部投入正常工作為止。 PLC 在監測系統中要完成信號實時采樣、脈沖量累計、預警報信號監測與報警輸出等，并通過各種傳感變送器與傳感器連接。 PLC 作為一種控制設備，用它單獨構成一個監測系統是有局限性的，主要是無法進行復雜運算，無法顯示各種實時圖形和保存大量歷史數據，也不能顯示 漢字和打印漢字報表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用上位微機來彌補。上位微機完成監測數據的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現場進行動態模擬顯示、分析限值或警報信息，驅動打印機實時打印各種圖表 。 對于環保要求較嚴格的污水處理廠，可考慮在處理構筑物增設上部建筑或加蓋的方式，以隔絕臭氣。如果增設上部建筑，可采用透光陽光板或彩色壓型鋼板的罩棚， 外形做成圓拱形。其特點外形美觀，視覺效果好，設備設在室內，便于維護管理。在高出地面的池子部分，做成天藍色或湖綠色彩帶。既與罩棚相呼應，又減弱了純構筑物的僵硬、呆板。 構筑物上部加蓋的方式，是在其上設混凝土蓋板，在可能的情況下，在蓋板上可填 300500mm 的土，種植綠化，增加全廠的綠化面積。這種處理辦法特別適用于需采用自重抗浮的情況。 兩種方法比較各有優缺點，采用陽光板或壓形鋼板拱形罩棚的辦法，外形美觀，管理方便，但為了日常的檢修，往往需要增加吊車，另外，采用這種圓拱頂應注意在嚴寒地區冬季結露的問題；第二種方案造價較省，但需在混凝土蓋板上開孔，以便池內設備的安裝及維護管理。另外由于上部加了混凝土蓋，對于表曝機不太適合。 采用傳統 SBR 處理工藝 ： 控制器 控制對象 控制對象 控制對象 污水處理系統電氣控制系統設計 30 （ 1） 具有占地省，處 理效果可靠，自動化程度高等優點。 （ 2）各處理構筑物布置緊湊 。 （ 3）采用旋流沉砂池，與 四 座 SBR 池合建，由 SBR 池中間的渠道給 四 座 SBR 配水。 （ 4） 泥處理單元由濃縮池與脫水機房合建組成。全廠占地面積 較少 ， 但并不顯擁擠，系統的設計步驟如圖 34 所示 。 圖 34 系統的設計步驟 系統構成 CPU 模塊的選擇 編程器的選擇 I/O 模塊的選擇 電源框架的選擇 消耗電流計算計算 模塊排列的決定 安裝和配線 N Y 選擇標準 程序存儲器容量 功能存儲器容量 通訊功能的必要性 特殊功能 調試功能的必要性 選擇標準 程序編制方法（圖示或命令語句） 圖面化的必要性 保存方法 選擇標準 輸入輸出規格 I/O 點數 接線（端子臺 /插座） 特殊模塊（安裝位置） 選擇標準 I/O 槽數 +5V 電源容量 +24V 傳感器用電源容量 選擇標準 AC/DC 線路 輸入輸出線路 耐噪聲 污水處理系統電氣控制系統設計 31 控制軟件 PLC 梯形圖所用邏輯符號與繼電器、接觸器系統原理圖的相應符號極其相似，人們能迅速熟悉該種編程語言。一般設計梯形圖程序大都采用繼電器系統電路圖的設計方法。對 于復雜的系統，在梯形圖設計中采用大量的中間單元來完成記憶、 連鎖 、互鎖等功能，由于需要考慮的問題較多，分析起來非常困難，并且很容易遺漏一些該考慮的問題，且修改和閱讀也很困難。根據功能圖表設計 PLC 的梯形圖程序，可以有效地解決以上問題，達到事半功倍的效果。 我們在課題研究中下位機 PLC 采用梯形圖來編制程序。 下位 PLC 軟件用來實現數據采集、脈沖計數轉換、限值邏輯判斷及聲光報警輸出、通信數據格式的轉換。 數據通訊與分離模塊完成 PLC 與微機間數據和命令的雙向傳送，并將得到的數據按系統要求的格式分離成系統 變量。 顯示