基于plc的污水處理系統畢業設計論文-資料下載頁

　　

【正文】 需氧量（COD）是重要的水質指標。BOD是指在有氧條件下，降解有機物所需的氧量。COD是指在酸性條件下，用強氧化劑將有機物氧化成COH2O所消耗的氧量。BOD的測定需費時5天，且測定結果易受多種因素影響，誤差較大。COD的檢測比較精確，但方法繁瑣，耗時約2小時。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。另外，COD檢測儀的價格也較昂貴，增加了控制系統的成本。所以有必要找出簡單、可行的控制參數。在好氧反應過程中，參與工業污水處理的是以好氧菌為主體的微生物，決定其處理效果的關鍵因素是反應池中溶解氧的含量。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。如果供氧量少，處理的水質和污泥的活化就要降低如果供氧量過多，污泥的沉降性差，處理水質也差，另外也不經濟。由此可見，混合液中溶解氧濃度(DO)是好氧反應中一個重要的控制參數。如果控制曝氣設備的最佳溶解氧濃度，就能使處理水質優化，也能節約動力費用，并且由于DO的在線檢測簡單、可靠，因此把DO作為工業污水處理過程的控制參數。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。人工進行加氯量控制，不僅對操作工人不安全，而且投加量也難以準確控制。投加量少了，達不到殺菌消毒效果；投加量多了雖殺菌效果得到了保證，但水將呈氯臭味難以飲用，此外管道腐蝕將加劇，生產成本也上升。近年來，人工加氯逐漸被自動方式取代。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。為了精確控制投加的氯量，運用模糊自整定PID參數控制器對氯氣投加系統進行自動控制。氯氣投加自動控制系統如圖411所示。圖411氯氣投加自控原理圖在污泥脫水過程中為增加沉淀效果，使污水中懸浮顆粒能夠形成具有良好沉淀性能的絮凝體，達到泥水充分分離的處理效果，需進行絮凝劑投加。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。其PID調節的模糊控制過程與上述兩個非線性控制環節類似，具有大時滯、非線性的特點。由于混凝過程的復雜性和多變性，混凝投藥的自動控制一直受到控制行業和污水行業專家的普遍關注。 PID控制對于工業控制過程, 常規的 PID 控制器具有原理簡單、使用方便、穩定可靠、無靜差等優點，因此在控制理論和技術飛躍發展的今天，在工業控制領域仍具有強大的生命力。常規的PID控制器的描述如式（）所示：ni=0U n=kpEn+ki∑Ei+KdECn （）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。一旦輸入輸出有偏差，比例作用會立即產生控制作用，比例控制是用來調節系統的靜態增益的，它是基于偏差進行調節的，是有差調節。為了盡量減小偏差，同時也為了加快系統的響應速度，縮短系統的調節時間，需要增大kp值。但是因為kp值又受到系統穩定性的限制，所以kp值不能任意的增大。積分作用ki是為了消除靜差而引入的。然而，ki值的引入使得系統的響應的快速性下降，穩定性變差。尤其在系統出現大偏差階段時，積分往往使得系統的響應出現過大的超調，從而使調節時間變長。微分作用kt的作用使之能夠根據偏差變化的趨勢作出反應，它加快了對偏差變化的反應速度，能夠有效地減小超調，縮小最大動態偏差。但是，同時又會使系統容易受到高頻干擾的影響。在實際的系統設計中只有合理地整定上述三個參數，才能獲得比較滿意的控制性能。在污水的自動控制中，混凝劑投加、氯氣投加和曝氣環節由于過程的復雜性、多變性、非線性和大滯后的特點，采用的PID控制算法難以實現準確和高效的控制。為此在常規的PID控制基礎上，采用模糊推理的方法，對PID的控制參數進行在線自整定，從而完善PID控制器的性能，使其適應控制系統的參數變化和工作條。 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。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時給所有從站發送報文，從站在接收到報文并做出相應的響應后可不回送報文。在使用USS協議之前，需要先安裝西門子的指令庫。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。調用一條指令時，將會自動地增加一個或幾個子程序。（2）USS通訊協議庫編程之前一定要將USS協議庫添加進去，編程軟件默認安裝沒有USS協議庫的。USS_INIT指令：當EN輸入接通時，每一循環都執行該指令。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。Baud設置波特率為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200。Active指示哪個驅動激活，有些驅動只支持地址0到30。第五章 調試和運行結果工業污水處理廠自動控制系統設計、安裝完成后，進行系統的調試和試運行，確定符合實際進水水量和水質的各項控制參數，發現并解決設備、儀表、程序、工藝等方面出現的問題，檢驗系統是否實現工藝設計目標，即出水各項指標達到設計要求。按照系統設計要求將各硬件接線接好。調試過程首先檢查總供電及各設備供電是否正常，然后檢查設備的電氣控制是否正常，能否正常開機，各種閘閥能否正常開啟和關閉，檢查儀表及控制系統是否正常。在對系統進行必要的檢查后，開始具體調試。硬件功能調試主要是測試硬件的功能是否正常，這部分的調試內容包括：（1）供電線路的設置和檢驗，主要用萬用表檢測電路的連通是否實現，以及保證接線的正確性，防止220V與24V線路的錯位接線發生；（2）電機直接加三相電源調試，檢測電機工作狀態；（3）變頻器單獨調試，檢測能否正常進行參數設置；（4）變頻器加電機進行調試，檢測能否正常進行變頻調速，在外部控制模式下，控制端子是否能正常控制電機啟動，調節電機轉速等；（5）PLC單獨檢測，檢查PLC單元能否正常工作，指示燈是否正常，該部分工作實際上在計算機模擬調試前就己經完成；（6）PLC加變頻器聯機調試，檢查PLC、變頻器是否能實現對此系統控制；經過測試，結果表明上述功能一切正常，可以進行總體調試。在STEP7Micro/WIN32軟件中，通過編程，將編好的程序下載到PLC中進行運行調試，檢查程序是否有錯誤，是否能夠實現相應的功能控制。調試時，可根據功能模塊分類分別調試，最后進行總體調試。 在該控制程序中，需要根據外界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。通過系統調試，能夠實現PLC在系統控制中的手動、自動模式的控制。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。當在自動模式時，在自動方式下進行閉環控制，系統根據檢測到外部傳感器的狀態對設備進行啟停控制。自動控制系統過程包括：粗格柵系統、潛水泵系統、細格柵系統、曝氣沉砂系統、污泥回流系統、污泥脫水系統。啟動自動運行按鈕后，自動過程開始，啟動潛水攪拌器和刮泥機。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。在間歇運行過程時，粗格柵機運行20min定時到后停止運行2h，2h定時到后又開始運行20min。細格柵機粗格柵機相似。根據反饋回來的液位差狀態控制清污機的運行與停止。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。②檢測液面高度，低于最低位傳感器時，開始定時防止誤判。③定時到后，若仍低于最低位傳感器，則停止潛水泵運行，否則潛水泵繼續運行。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。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。而轉碟曝氣機根據溶解氧儀反饋的模擬量經PLC運算后通過變頻器控制其進行工頻運行還是變頻運行，進行加速還是減速運行，同時控制分離機的運行與停止。污泥回流泵的運行與停止根據液面的高低進行控制：①污泥回流系統啟動首先檢測液面高低，若低于最低位傳感器，啟動定時。②定時到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運行。③若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。④若液面高于最高位傳感器時，啟動定時。⑤定時到，若液面仍處于最高位傳感器時，輸出報警信號。在污泥脫水系統中，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設備?？刂葡到y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。各模塊程序在仿真軟件上進行調試時也能實現相應功能的控制?；旧线_到了系統設計的目標要求。 結 論宜賓職業技術學院工業污水處理控制系統是一個比較復雜的綜合系統，它包括與之相關的生產工藝流程、相關生產設備，現場計量自控檢測儀表的選用、控制流程的模型建立、對 PLC系統軟硬件應用研究等。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。通過四個月的課題設計和調試，基本上完成了對PLC工業污水處理系統的設計，達到了預期的設計目標。在這個過程中，使我學到了很多知識，積累了許多寶貴的經驗，鍛煉了自己的獨立思考能力和實踐動手能力。進一步加深了解了PLC在實踐當中的應用。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。在設計過程中主要從硬件和軟件兩個方面的問題進行，工業污水處理系統中，主要的硬件問題包括機械結構、硬件選型和PLC的外圍電路設計和接線處。在PLC的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護設備。由于輸出都是何接觸器等元件連接，接觸器的突然斷開和閉合會形成突波對PLC的輸出端子造成損壞，因此需要加裝一些保護裝置，例如，續流二極管等，增加觸點的壽命。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。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。調試時，可根據功能模塊分類分別調試，最后進行總體調試。在該控制程序中，需要根據外界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。參考文獻[1] [M].北京：機械工業出版社，2004. 1.[2]孫振強，王暉， [M].北京：清華大學出版社，.[3][D].廣州：廣東工業大學出版社，2005.[4] [M].北京：機械工業出版社，.[5]張培山，[J].控制系統,2006,5（1）：8283.[6]李英輝，趙豫龍，[J].石家莊職業技術學院報,2008,6（4）7678.[7][J].湖南冶金職業技術學院學報，2004，43（4）：8687.[8]（第3版）[M].北京：機械工業出版社，.[9] [M].北京：電子工業出版社，.[10]陶權， [M].廣州：.致 謝回想四個月的畢業設計過程，首先要感謝我的指導老師張國同老師對我的諄諄教導。他們在論文的前期準備、撰寫過程及收尾階段都給予了很多幫助和指導意見，并且為我的設計提供了各種必要的實驗設備和良好的環境。他教會我的一些學習方法和處理問題技巧使我受益終身，在此表示衷心感謝。同時也感謝在設計過程中給予我幫助的同學。