plc污水處理系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　引言</b></p><p><b>　　課題來源</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市人口不斷增加，城市規(guī)模不斷擴大，城市水環(huán)境污染問題愈來愈突出，如何經(jīng)濟有效地控制城市污水造成的水環(huán)境污染，已成為協(xié)調(diào)社會經(jīng)濟和環(huán)境保護持續(xù)發(fā)展的關鍵問題之一。因此，加強環(huán)境意識、控制廢氣、廢水、廢物的排放；加強

2、環(huán)境保護監(jiān)測軟件的研究和開發(fā)，將有利于促進環(huán)境工作和社會經(jīng)濟的發(fā)展。</p><p>　　當今工廠污水處理正朝著大型化、現(xiàn)代化、和精密化的方向發(fā)展，處理工藝過程也日益復雜，對處理水質也提出了更高的要求，所有這些都對其運行管理與過程控制提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的控制方式已不能滿足現(xiàn)代化工程午睡處理的控制要求。</p><p>　　近年來，PLC（可編程序控制器）在其發(fā)展過程中，技術功能不斷

3、擴展，增加了數(shù)值運算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能?？删幊绦蚩刂破鞯倪\算速度提高，輸入輸出規(guī)模擴大，并開始與網(wǎng)絡和小型機相連，構成以可編程序控制器為重要部件的控制系統(tǒng)。目前的可編程序控制器已加強了模擬量控制功能，可以配備各種控制摸板，具有了PID調(diào)節(jié)功能和構成網(wǎng)絡系統(tǒng)、組成分級控制功能，實現(xiàn)了集散控制所完成的功能?？删幊绦蚩刂破鹘M成的控制系統(tǒng)已在給水排水工程中獲得越來越多的應用。</p><p>　　將PLC技術應用于工廠污水

4、處理系統(tǒng)中，可以提高工廠污水處理的自動化程度，便于工廠或當?shù)丨h(huán)保部門利用本地計算機與遠程計算機實行24小時連續(xù)監(jiān)控，本研究以PLC技術為核心的環(huán)保遠程數(shù)據(jù)終端設備應用于污水排放空總量監(jiān)控系統(tǒng)中，可以大大提高系統(tǒng)和環(huán)境數(shù)據(jù)的可靠性和精確性。將這一技術應用于工廠污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中，可以及時遠程報警，防止污染物事故排放，從而對提高環(huán)境質量有重要的意義。</p><p>　　綜上所述，以PLC技術為核心的工廠污水處理系統(tǒng)

5、和以PLC為基礎的遠程數(shù)據(jù)終端將是今后工廠污水處理技術的發(fā)展方向。PC-PLC遠程雙向通訊技術在工廠污水處理系統(tǒng)中的應用，將為污水處理技術更上新的水平；為全面完成“一控雙達標”任務，和全面完成“九五期間全面主要污染物排放總量控制計劃”的實施，做出積極的貢獻。</p><p><b>　　目前國內(nèi)外先進水平</b></p><p>　　PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領域中早已得到

6、了廣泛的應用。國外在80年代初期、中期，PLC系統(tǒng)也已在工廠污水處理設備中應用。僅以PLC的控制功能而言，PLC是嚴謹、方便、易編程、易安裝、可靠性極高的應用軟件平臺。PLC具有豐富的邏輯控制指令和高級應用指令；PLC即有自身的網(wǎng)絡體系又有開放I/O及通訊接口，而且?guī)缀跻呀?jīng)發(fā)展到了盡善盡美的地步。在工廠污水處理的過程控制方面，在遠程數(shù)據(jù)通訊和控制方面都具有無可爭議的優(yōu)勢。</p><p>　　我國工廠污水處理技術

7、開發(fā)、產(chǎn)品和裝備起步較晚，企業(yè)規(guī)模小，品種單一重復，可控性差，技術水平落后，用于工廠污水處理的儀表和系統(tǒng)更是寥寥無幾。污水處理數(shù)據(jù)往往采用人工抄寫、人工匯總、人工傳遞的方法。80年代后期，我國利用外資引進了國外成套的污水處理設備，從儀表和控制的可靠性和先進性方面來看，比國產(chǎn)儀表設備具有明顯的優(yōu)勢，但國外儀表價格昂貴，售后服務困難。同時，成套引進的污水處理設備，其儀表和控制系統(tǒng)的技術水平也僅僅是國外80年代初期、中期傳統(tǒng)的DCS和PLC系

8、統(tǒng)。</p><p>　　隨著微電子技術、通訊技術和控制技術的進步，工業(yè)發(fā)達國家90年代新建的 城市污水處理廠已普遍采用現(xiàn)場總線技術的網(wǎng)絡監(jiān)控裝置及其智能化、數(shù)字化現(xiàn)場儀表。</p><p>　　現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表、控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多點、多站的通訊系統(tǒng)。其技術特點是信號傳輸數(shù)字化，控制功能分散化，系統(tǒng)開發(fā)與可互操作，符合環(huán)境保護要求

9、，節(jié)能節(jié)材，造價低廉，維護成本低。</p><p>　　據(jù)調(diào)查，目前即使一些工廠采取了PLC，但絕大部分還都只利用了其傳統(tǒng)的 控制方式，并沒有充分利用PLC的遠傳功能，部具備環(huán)保功能。所以污水處理系統(tǒng)最好具有這方面的功能，本系統(tǒng)中以PLC為主要控制設備并利用了PLC的遠傳功能這樣就節(jié)省了一大筆費用。</p><p><b>　　本課題所做的工作</b></p&g

10、t;<p><b>　　課題應達到的目的</b></p><p>　　本課題為PLC應用課題，通過設計過程使同學學會針對工藝要求，查閱各自書籍、雜志期刊資料，掌握PLC的硬件設計方法，各種模塊的選型及學習其使用方法；并且能夠熟練的對設計方案進行編程調(diào)試；使學生經(jīng)過設計的全過程體會如何應用所學知識，并進行一定的自學訓練，使其掌握自學方法。為今后的科研工作打下良好基礎。</p

11、><p>　　課題任務的內(nèi)容和要求</p><p>　　設計PLC控制電路，要求：1、具有流量、液位等模擬量的檢測功能；2、能夠根據(jù)池水中的液位能夠實現(xiàn)自動進行反沖洗過程；3、根據(jù)檢測信息對設備的啟動與停止進行控制；4、對鼓風機、水泵、閥門等設備有保護功能。</p><p>　　設計應包含的內(nèi)容：1、設計主電路，選擇控制方案，編輯控制程序；2、設計控制電路；3、選擇PL

12、C及輸入輸出模塊，包括選擇輸入部分按鈕、檢測儀表、行程開關及輸出部分及電器、接觸器、信號燈等；4、進行硬件連接，并畫出控制框圖；5、對系統(tǒng)進行編程控制，并調(diào)試。</p><p><b>　　可編程控制器</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　可編程控制器的產(chǎn)生和功能特點</p>

13、<p>　　可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通訊技術容為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。目前以被廣泛的應用于生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程自動控制中。</p><p>　　繼電接觸控制能完成邏輯“與”、“非”等功能，實現(xiàn)弱電對強電的控制，且由于結構簡單，價格便宜，掌握容易等優(yōu)點，因而幾十年來已得到了廣泛的應用，并在工業(yè)控制領域中曾經(jīng)占

14、據(jù)過主導地位。但繼電接觸控制系統(tǒng)存在如下缺點：設備體積大，開關動作慢，功能較少，接線復雜，觸電容易損壞，改接麻煩，靈活性較差等。</p><p>　　隨著社會的發(fā)展，科技的進步，新的控制器件及其控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。1968年美國通用汽車公司（GM）公開招標研制功能更強，使用更方便，價格便宜，可靠性更高的新型控制器。1969年，美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)GM公司的招標要求，研制出世界第一臺可編程控制器，型號為PD

15、P-14，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應用成功。這就較好的使繼電接觸控制簡單易懂，使用方便，價格低等優(yōu)點與計算機功能完善、靈活性強，通用性好的優(yōu)點結合起來，并將繼電接觸控制的硬連線邏輯轉變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程的設想逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。可編程控制器出現(xiàn)以后，名稱很不一致。早期的可編程控制器在功能上只能進行邏輯控制，因此被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC。它只是用來取代繼電接觸控制，

16、僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時、技術等較少功能。</p><p>　　20世紀70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計算機，人們把微機技術應用到可編程序控制器中，使得它兼有計算機的一些功能，不但能用邏輯編程去取代硬連線邏輯，還增加了運算、數(shù)據(jù)傳送與處理及對模擬量進行控制等功能，使之真正成為一種電子計算機工業(yè)控制設備。</p><p>　　1980年美國電器制造協(xié)會把這種新的控制設備正式命名為可編程序控

17、制器PC。但為了與個人計算機的專稱PC相區(qū)別，故常常把可編程序控制器簡稱為PLC。1987年，美國電氣制造協(xié)會給出的可編程 控制器的定義為：“可編程控制器是一種帶有指令存儲器和數(shù)字或模擬I/O接口，以位運算為主，能完成邏輯﹑順序﹑定時﹑計數(shù)和算術運算功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置。”隨著科學技術的進步和可編程序控制器的不斷發(fā)展，功能不斷增強，其定義也會發(fā)生變化。</p><p>　　可編程控制器的

18、主要優(yōu)點：1、編程簡單，使用簡單；2、可靠性高，抗干擾能力強；3、通用性好；4、功能強；5、使用方便；6、設計、施工和調(diào)試周期短；7、體積小、重量輕、功耗低。</p><p>　　從上述PLC的功能特點可見，PLC控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，在許多方面可以取代繼電接觸控制。</p><p><b>　　可編程控制器的應用</b></p>

19、<p>　　長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟谩５玃LC也必須依靠采用其他新技術來應對市場份額逐漸減小所帶來的沖擊，特別是IPC（工控機）所帶來的沖擊。</p><p>　　在全球IPC領域，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)，開放式過程控制軟件，開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有PLC,但這種趨勢不會發(fā)展下去。隨著Soft

20、 PLC（軟PLC）控制組態(tài)軟件技術的誕生與進一步發(fā)展，安裝有Soft PLC組態(tài)軟件和基于IPC和過程控制系統(tǒng)的份額正在逐步得到增長，這些事實傳統(tǒng)PLC的技術發(fā)展與提高方面做出更加開放的姿態(tài)。對于控制軟件來講，這是PLC控制器的核心，PLC供應商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對于工業(yè)用戶表現(xiàn)的非常積極。此外，開放式通信網(wǎng)絡技術也得到了突破，其結果是將PLC融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)。</p><

21、p>　　PLC及其應用的發(fā)展，與信息化，數(shù)字化，智能化的世界潮流相聯(lián)系，與微電子技術的發(fā)展密切發(fā)展相關，與控制技術，計算機技術，網(wǎng)絡技術，顯示技術的發(fā)展互為因果，互相補充與促進，互相融合和滲透.</p><p>　　可編程控制器的基本結構</p><p>　　a)輸入與輸出部件：</p><p>　　這是PLC與輸入控制系統(tǒng)和被控制設備連接起來的部件，輸入部件

22、接受從開關、按鈕、繼電器觸點和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號。并將這些信號轉換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號。輸出部件接受經(jīng)過中央處理器處理過的輸出數(shù)字信號，并將它轉換成被控制設備或顯示裝置所能接受的電壓或電流信號，以驅動接觸器、電磁閥、指示器件等。</p><p><b>　　b)中央處理單元：</b></p><p>　　中央處理單元包括微處理器、系統(tǒng)程序處理器和

23、用戶程序處理器。微處理器是PLC的核心部件，整個PLC的工作過程都是在中央處理器的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的，它的主要任務是按一定的規(guī)律和要求讀入被控對象的各種工作狀態(tài)，然后根據(jù)用戶所編制的應用程序的要求去處理有關數(shù)據(jù)，最后再向被控對象送出相應的控制（驅動）信號。</p><p>　　存儲器是保存系統(tǒng)程序和用戶程序的器件。系統(tǒng)存儲器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必需的程序，如管理、監(jiān)控、指令解釋程序，這些程序與用戶無直接

24、的關系，已由廠家直接固化進EPROM中。用戶存儲器主要用于存放用戶按控制要求所編制的程序，可通過編程器進行必要的修改。</p><p><b>　　c)電源部件：</b></p><p>　　電源部件是把交流電轉換成直流電源的裝置，它向PLC提供所需要的高質量直流電源。</p><p><b>　　d)編程器：</b>&l

25、t;/p><p>　　編程器是PLC必不可少的重要外圍設備。它主要用于對用戶程序進行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。</p><p>　　可編程控制器的工作原理</p><p>　　CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等內(nèi)容。</p><p

26、>　　PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設備。他一直周而復始地掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。</p><p>　　典型的PLC在一個周期中可完成以下5個掃描過程。</p><p>　　自診斷測試掃描過程。</p><p&g

27、t;　　與網(wǎng)絡進行通信的掃描過程。</p><p><b>　　用戶程序掃描過程。</b></p><p>　　讀輸入、寫輸出掃描過程。</p><p>　　信號從輸入端子到輸出端子的傳遞過程。</p><p><b>　　PLC控制的特點</b></p><p>　　PLC

28、與繼電器控制系統(tǒng)比較</p><p>　　從某種意義上說，PLC是從繼電接觸控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。</p><p>　　a)繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點和“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點和“軟”線連接，為軟件控制。</p><p>　　b)繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；PLC控制系統(tǒng)結構緊湊，體積小。<

29、/p><p>　　c)繼電接觸控制全為機械式觸點，動作慢；PLC內(nèi)部全為“軟接點”，動作快。</p><p>　　d)繼電接觸控制功能改變，須拆線、接線乃至更換元器件，比較麻煩；PLC控制功能改變，一般僅需修改程序即可，極其方便。</p><p>　　f)PLC控制系統(tǒng)的設計、施工與調(diào)試比繼電接觸控制系統(tǒng)周期短。</p><p>　　g)PLC控

30、制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強。</p><p>　　h)PLC的應用范圍比繼電接觸控制的要廣泛。</p><p>　　i)PLC可靠性比繼電接觸控制的高。</p><p>　　此外，可編程序控制器與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同?？删幊绦蚩刂破魇且苑磸蛼呙璧姆绞焦ぷ?，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說可編程序控制器

31、是以“串行”方式工作的。而繼電-接觸器是按“并行”方式工作的，或者說是按同時執(zhí)行方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。繼電-接觸器控制的并行工作方式因觸點動作的延誤易產(chǎn)生競爭和時序失配等問題，這些在串行工作方式的可編程序控制器中不會發(fā)生。</p><p>　　表2.1 可編程序控制器與繼電器柜的區(qū)別</p><p>　　PLC與微型計算機的比較</p>&l

32、t;p>　　PLC也是隨著微型計算機的發(fā)展而發(fā)展，PLC實質上就是一臺專為工業(yè)生產(chǎn)控制設計的專用計算機。兩者既有相似處有差別，主要差別表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　a) PLC輸出輸入接口較多，中大型PLC輸出輸入接口更多，便于多路多點控制。</p><p>　　b) PLC編程簡便，因為PLC是采用易于用戶理解、接收和使用的梯形圖編程語言，指令又不太多，而計算機使用匯編

33、語言或其他高級語言編程，比PLC編程復雜。</p><p>　　c) PLC可靠性高，因為PLC是為工作環(huán)境條件比較惡劣的工業(yè)控制設計的，設計與制造PLC時已采取了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。</p><p>　　PLC技術較容易掌握，使用維護方便，對使用者的技術水平要求比使用計算機時低。</p><p>　　e)PLC采用掃描方式進行工作，加之其他一些原因，

34、所以PLC輸入輸出響應比計算機慢。</p><p>　　f)此外PLC體積較小，調(diào)試周期短。</p><p>　　2.3 S7-300介紹</p><p>　　本課題采用SIMATIC S7-300。SIMATIC S7-300系列可編程序控制器（PLC）是德國西門子公司的產(chǎn)品。S7-300 PLC是SIMATIC S7家族中的小型可編程序控制器，家族中還有中型可

35、編程序控制器S7-200系列以及大型可編程序控制器S7-400系列。</p><p>　　S7-300 CPU將一個微處理器、一個集成的電源和若干數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的封裝中，組成一個功能強大的PLC。它還提供多種類型的CPU以適應各種應用要求。不同類型的CPU具有不同的數(shù)字量I/O點數(shù)、內(nèi)存容量等規(guī)格參數(shù)。</p><p>　　S7-300的模塊品種齊全，因此，它能適合各種類型的

36、應用場合。</p><p>　　有以下類型的模塊可供選用：</p><p>　　數(shù)字量和模擬量I/O模塊，幾乎對所有類型的現(xiàn)場信號都適合，包括具有中斷處理和診斷功能的模塊</p><p>　　數(shù)字量和模擬量Ex I/O模塊，可用于危險防爆場所</p><p>　　功能模塊，供計數(shù)、測量、各種定位控制、凸輪控制和閉環(huán)控制使用</p>

37、<p>　　通訊模塊，供點對點的鏈接，或通過AS-i、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊</p><p>　　電源模塊，提供24V直流工作電壓</p><p>　　接口模塊，當用于SIMATIC S7－300多層機架配置時，連接主機架和擴展機架</p><p>　　S7－300的模塊具有以下特點。</p><p><b&

38、gt;　　安裝容易</b></p><p>　　傳感器和執(zhí)行機構是通過前連接器連到模塊的，如果模塊被置換，只需將該連接器插入相同類型的新模塊就可，其連線保持不變。前連器上的機械編碼能起到防止插入其他類型的模塊的作用。</p><p><b>　　組裝密度高</b></p><p>　　S7－300節(jié)省空間的原因之一在于每個模塊上帶有

39、大量的通道。帶有8～32個數(shù)字量通道或2～8個模擬量通道的模塊可供選用。</p><p><b>　　組態(tài)簡單</b></p><p>　　利用STEP 7，就可對模塊進行組態(tài)和參數(shù)賦值，不用做復雜的開關設定工作。數(shù)據(jù)是集中儲存的，在一個模塊被置換后，數(shù)據(jù)就被自動傳送到新的模塊上以防止轉送出錯。</p><p><b>　　診斷/中斷

40、功能</b></p><p>　　許多模塊還監(jiān)視信號的采集（診斷）和來自過程的信號（過程中斷）。這表明，系統(tǒng)能對任何采集出錯或過程事件做出快速響應。對于控制器是否應該做出響應以及做出什么樣的響應，用戶能在STEP 7中進行組態(tài)。</p><p>　　工業(yè)廢水處理系統(tǒng)簡介</p><p>　　工業(yè)廢水處理的工藝流程簡介</p><p&g

41、t;　　工業(yè)廢水處理工藝流程圖</p><p>　　工業(yè)廢水處理工藝流程簡介</p><p>　　制藥廠污水按濃度高低分別進行預處理，高濃度水先在沉沙池中進行沉淀，然后進行中和加藥做酸堿中和處理，再進入?yún)捬醭剡M行生物分解，最后流入調(diào)節(jié)沉淀池2。低濃度廢水經(jīng)沉沙池、中和池后直接進入調(diào)節(jié)沉淀池2，與高濃度廢水混合，進入調(diào)節(jié)沉淀池2之前，根據(jù)進水PH值及流量，自動控制變頻電機調(diào)速來調(diào)整加藥量，以

42、保證調(diào)節(jié)池出口處PH值穩(wěn)定在7左右。廢水由調(diào)節(jié)沉淀池2進入高效生物組合池進行兼氧－好氧曝氣，在微生物的作用下，污水中的有機污染物作為營養(yǎng)物質被微生物氧化分解，廢水得到凈化，同時微生物得到繁殖。經(jīng)過曝氣處理的廢水去處有機污染物后，在二沉池進行固液分離，分離后的水進入后處理池，加藥處理后將清水外排；分離后的污泥進入集泥池，經(jīng)濃縮、加藥混合、絮凝反應后，進入脫水工房進行脫水，泥餅外運。另外如果厭氧池或組合生物池中的沉淀池的污泥濃度不夠，還需要

43、進行污泥回流。</p><p>　　曝氣生物濾池主要依靠填料上生長的微生物的新陳代謝來分解污水中的有機物。因此，投運前應培養(yǎng)好濾料層中的生物膜。為盡快培養(yǎng)出良好的生物膜，一是要人工引入活性污泥菌種；二是要提供合理的氧氣量。在水氣比為1：3時出水質量好。曝氣量過大或過小都將影響出水的水質，因為氣量過小微生物新陳代謝緩慢。而進氣量過大，濾料表面的生物膜將影響微生物的新陳代謝。由此可見：曝氣生物氧化、氣浮法處理污水簡單

44、易行，出水水質好。曝氣氧化濾池的汽水比是否合理是影響其出水水質的關鍵指標，應下大力氣調(diào)試摸索，篩選出其最佳運行參數(shù)。</p><p>　　經(jīng)過曝氣處理的廢水去除有機污染物后，在二沉池進行固液分離，分離后的水進入后處理池，加藥處理后將清水外排；分離后的污泥進入集泥池，經(jīng)濃縮、加藥混合、絮凝反應后，進入脫水工房進行脫水，泥餅外運。另外如果厭氧池或組合生物池中沉淀池的污泥濃度不夠，還需進行污泥回流。</p>

45、<p>　　工業(yè)廢水處理過程中的PLC控制</p><p>　　污水處理廠的監(jiān)視控制方式應當考慮污水與污泥處理設施規(guī)模、布置、形式、擴建、維護管理體制、經(jīng)濟性等方面的問題來選擇。</p><p>　　為了提高效率，在污水處理廠中，應當引進遠距離監(jiān)視和自動控制方式、但考慮到建設費及維護管理體制，應盡可能選用簡單的監(jiān)視控制方式。</p><p>　　3.2

46、.1 工業(yè)廢水處理中的自動控制</p><p>　　圖3.2是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。系統(tǒng)中，采用德國西門子公司的SIMATIC S7系列PLC作為現(xiàn)場的控制設備，用于通過AD模塊處理模擬信號。同時，PLC作為下位控制器，通過通訊總結，直接與上位計算機進行通訊。PLC通過與上位計算機的通訊，可以修改PLC中的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，PLC也同時向計算機發(fā)送測得的參數(shù)數(shù)據(jù)，以便計算機顯示實時參數(shù)數(shù)據(jù)和存入數(shù)據(jù)庫。</

47、p><p>　　在本設計中我們應用S7-300。S7－300由多種模塊部件組成，各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設計更加靈活，滿足不同的應用要求。各模塊安裝在DIN標準導軌上，并用螺絲固定。這種結構形式既可靠，又能滿足電磁兼容要求。背板總線集成在各模塊上，通過將總線連接器插在模塊的背后，使背板總線連成一體，在一個機架上最多可并排安裝8個模塊（不包括CPU模塊和電源模塊）。</p><

48、;p>　　S7－300有各種不同性能檔次的CPU模塊可供使用。標準CPU提供范圍廣泛的基本功能，如指令執(zhí)行、I/O讀寫、通過MPI和CP模塊的通訊，緊湊型CPU本機集成I/O,并帶有高速計數(shù)、頻率測量、定位和PID調(diào)節(jié)等技術功能。部分CPU還集成了點到點或PROFIBUS通訊接口。</p><p>　　S7－300的指令集包括350多條指令，包括了位指令、比較指令、定時指令、計數(shù)指令、整點和浮點數(shù)運算指令等

49、。CPU的集成系統(tǒng)功能提供了例如中斷處理和診斷信息等這樣一類系統(tǒng)功能，由于它們使集成在CPU的操作系統(tǒng)中，因此也省了很多RAM空間。</p><p><b>　　系統(tǒng)組成及功能定位</b></p><p>　　污水凈化工程的儀表化、設備化、自動化有了迅速的發(fā)展。在現(xiàn)代化的污水處理廠中，自動化技術是實現(xiàn)工藝要求，維持設備正常運行，提高工作效率的重要保證，正如人的神經(jīng)系統(tǒng)

50、一樣，將全廠的工藝、設備連成一個統(tǒng)一的整體，協(xié)調(diào)運行。</p><p><b>　　整個系統(tǒng)分為四層：</b></p><p>　　第一層為現(xiàn)場測量、控制層，又叫現(xiàn)場PLC控制站，主要有現(xiàn)場PLC與遠程I/O鏈、在線檢測及分析儀表、電控設備、調(diào)節(jié)設備等組成。其直接面向生產(chǎn)過程，是自動化控制系統(tǒng)的基礎。污水處理使用大量在線檢測及分析儀表，這些儀表通常將測得的工藝參數(shù)如流

51、量、壓力、液位、PH值等以標準信號形式送入現(xiàn)場PLC控制站進行處理、分析、報警和信息傳遞。同時現(xiàn)場PLC控制站可發(fā)出同樣形式的標準信號來控制某些連續(xù)動作裝置如調(diào)節(jié)閥等；現(xiàn)場PLC控制站也可以控制繼電器話中間繼電器輔助觸點上取得開關量輸入信號，以獲得設備的狀態(tài)例如泵的運行/停止、閥門的開/關等；現(xiàn)場PLC還可以發(fā)出開關量輸出信號，此信號可用來觸發(fā)執(zhí)行機構，從而傳遞等任務均可由現(xiàn)場PLC控制站完成。</p><p>

52、　　第二層為集中監(jiān)視、操作層，又叫中心控制室，主要有工業(yè)控制計算機、網(wǎng)絡服務器、輸入/輸出設備等組成。它是整個自動化控制系統(tǒng)中人機信息交換的中心，工業(yè)控制計算機等設備長期在線運行，定時檢測各現(xiàn)場PLC控制站采集的數(shù)據(jù)，對各工藝參數(shù)、動力及變、配電設備的工作狀態(tài)實時顯示、記錄、存儲、打印、事故報警等。系統(tǒng)操作人員通過輸入設備可開/關或調(diào)整生產(chǎn)設備的工作狀態(tài)，方便地進行系統(tǒng)組態(tài)選擇控制方式、繪制顯示圖表、建立有關數(shù)據(jù)庫，自動生成生產(chǎn)所需的應

53、用軟件及幫助軟件。經(jīng)過系統(tǒng)組態(tài)后，把生成的應用軟件向下傳遞到各相關現(xiàn)場PLC控制站 ，就可以具體實施。根據(jù)以上要求中心控制室至少能顯示以下四類畫面：第一、過程狀態(tài)顯示畫面。其主要包括區(qū)域畫面、總貌畫面、回路畫面、三維立體等；第二、工藝流程運態(tài)顯示畫面。其包括工藝流程、工藝參數(shù)定時刷新、設備啟/停狀態(tài)畫面；第三、趨勢顯示畫面。其實顯示分為實時趨勢和歷史趨勢，其主要顯示形式為曲線圖和棒壯圖等；第四、文件顯示。其主要包括班、日、周、月、年生產(chǎn)

54、報表，報警匯總表，自定義時間清單等。中心控制室除以上功能外還應具備上呈下達的功能，能夠實時地將各類信號及時傳誦到現(xiàn)場PLC控</p><p>　　第三層為廠部生產(chǎn)管理層，它是一個小型的局域網(wǎng)，主要有若干計算機終端、輸入/輸出設備等組成。其主要負責污水處理廠的決策管理、辦公應用并建立數(shù)據(jù)庫，提高污水處理廠的綜合信息管理能力，實現(xiàn)出水水質的優(yōu)化和降低處理成本，從而取得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。</p>

55、<p>　　第四層為公司生產(chǎn)調(diào)設層，其主要有上位機、終端、輸入/輸出設備等組成。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)組成</b></p><p>　　根據(jù)工藝要求，本系統(tǒng)的電控系統(tǒng)采用以工控機顯示工藝流程控制、顯示報警信號等為上位機，PLC控制為下位機，控制儀表等設備為現(xiàn)場控制單元的三級分布式控制系統(tǒng)，下位機和上位機之間采用串口通訊，PLC和控制儀表之間采

56、用標準信號進行數(shù)據(jù)傳送，如圖2所示。</p><p>　　上位機為工業(yè)控制計算機，主要功能為顯示工藝流程、電機及電磁閥等的運行狀態(tài)及控制、故障報警、故障發(fā)生的部位及處理方法；顯示電機電流、溫度、液位、水泵流量、pH值等模擬量，并且能將上述值生成報表，以供查閱，其數(shù)據(jù)存入硬盤，供定時及隨時打印。軟件采用組態(tài)軟件，主要用來建立圖形、監(jiān)控畫面和各種圖形內(nèi)部的管理。驅動程序主要用來構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括主畫

57、面和分畫面，主畫面內(nèi)容包括所有設備及管線。畫面中各參數(shù)的設定都是依靠下位機PLC的改變而改變的。工作人員通過這些畫面隨時監(jiān)控各個電動機的運行狀態(tài)，主回路和控制回路的運行狀況，而且可隨時根據(jù)處理污水的狀況而直接控制電動機的運行。本系統(tǒng)采用兩臺上位機，一臺為工程師站，另一臺為操作員站，分別設定不同的權限。</p><p>　　下位機采用西門子SIMATICS7-300通用型PLC，并用ET-200擴展為4個機架，放置

58、于中控室。主要用于實現(xiàn)工藝邏輯控制及控制算法，并可直接控制電動機及電磁閥，同時通過A/D轉換采集現(xiàn)場控制單元的輸入信號。根據(jù)工藝要求，PLC得電自檢無誤后，根據(jù)外部傳送信號來控制電動機的啟停和報警。當電路發(fā)生短路、斷路或過載時電動機將停止，同時發(fā)出報警，或有超高液位時也報警。PLC將根據(jù)液位以及模擬量的狀態(tài)來決定電動機的啟停。</p><p>　　現(xiàn)場控制單元由控制儀表組成，用于控制系統(tǒng)中的模擬量，主要完成從現(xiàn)場

59、采集模擬信號，變送為標準信號，經(jīng)A/D轉換，送PLC進行數(shù)字PID調(diào)節(jié)運算后，控制各種執(zhí)行機構的功能。</p><p><b>　　元件具體控制要求</b></p><p><b>　　a)組合池</b></p><p>　　組合池共分4個區(qū)，每個區(qū)都由兼氧曝氣池、一氧池、一沉池和二氧池組成，包括1個反沖排水閥，2個反沖空

60、氣閥，4個排泥閥和2個污泥回流閥。4個區(qū)工作情況相同。</p><p>　　以組合池1為例，污水由調(diào)節(jié)沉淀池2提升至組合池1， 進行兼氧-好氧曝氣后，進入一沉池，在一沉池配水槽內(nèi)設有液位儀，當液位高于此高度時，開始反沖排水，反沖排水時，為了不使反沖污水進入下一道工序，先開反沖排水閥，再開兩個空氣閥反沖。反沖時間由現(xiàn)場調(diào)試確定，反沖時間到時，先關兩個空氣閥，再關排水閥。</p><p>　　

61、組合池1的4個排泥閥，根據(jù)現(xiàn)場需要開啟或關閉。</p><p>　　組合池1的2個污泥回流閥用來實現(xiàn)污泥回流，當一沉池污泥濃度不夠時開啟集泥池排泥泵，然后打開污泥回流閥使污泥回流。</p><p>　　組合池其他三個區(qū)工作情況同組合池1。</p><p><b>　　b)二沉池</b></p><p>　　二沉池共有6個

62、池子，每個池子結構相同，自控系統(tǒng)都包括一個液位儀，一個反沖排水閥，和一個反沖空氣閥。其工作情況和組合池反沖排水類似。當配水槽液位高于設定值時，開始反沖排水，反沖時先開排水閥，再開空氣閥，關閉時，先關空氣閥，再關排水閥。</p><p>　　在后處理池出口處，有COD在線儀，檢測排放水COD是否達標，檢測值要在上位機中顯示并要求能報警。</p><p>　　鍋爐房鍋爐要預留一些PLC輸入輸出

63、點，與鍋爐配合。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設計</b></p><p><b>　　軟件設計簡述</b></p><p>　　一個完整的PLC應用系統(tǒng)包括兩方面的內(nèi)容：PLC控制系統(tǒng)和人機界面。PLC控制系統(tǒng)對控制現(xiàn)場進行參數(shù)采集并完成控制功能；人機界面是人與控制系統(tǒng)進行信息及數(shù)據(jù)交流的一個窗口。設計人員不但要

64、熟悉PLC的硬件，還要熟悉PLC軟件，以及人機界面軟件的編制方法和遵循的原則。</p><p>　　a)PLC應用系統(tǒng)設計概述</p><p>　　PLC應用系統(tǒng)的設計分為PLC控制系統(tǒng)的設計和人機界面的設計。PLC的控制系統(tǒng)由系統(tǒng)的硬件及PLC軟件組成?？刂葡到y(tǒng)的硬件由PLC及I/O設備構成。PLC控制系統(tǒng)是實現(xiàn)控制的基礎，一個好的控制系統(tǒng)對提高產(chǎn)品質量及生產(chǎn)率起著非常重要的作用。<

65、;/p><p>　　人機界面指的是介于人與PLC控制系統(tǒng)之間的一個界面。操作人員可以通過人機界面與PLC控制系統(tǒng)進行信息數(shù)據(jù)的處理和交流。人機界面可以看成是人與硬件（計算機、PLC等）、控制軟件的交叉部分。人可以通過人機界面與計算機、PLC進行信息交換，向PLC控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、信息和控制命令；而PLC控制系統(tǒng)又可以通過人機界面，在可編程序的終端、計算機上回送控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和有關信息給用戶。由此可知，人機界面充分地體

66、現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)的I/O功能及用戶對系統(tǒng)工作情況進行操作的控制功能。</p><p>　　b)在進行應用系統(tǒng)設計時，應遵循以下的基本原則，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量:</p><p>　　最大限度地滿足被控對象的控制要求</p><p>　　設計人員在設計前，除了需理解被控對象的各種技術要求外，還應深入現(xiàn)場進行實地的調(diào)查研究、收集資料、訪問

67、有關的技術人員和實際操作人員，然后擬定設計方案，并請有關專家論證，最后確定設計方案。</p><p><b>　　系統(tǒng)結構力求簡單</b></p><p>　　在滿足控制要求的條件下，力求使PLC控制系統(tǒng)結構簡單、經(jīng)濟實用且維護方便。</p><p>　　系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠</p><p>　　控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠是提

68、高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量的必要保證，是衡量控制系統(tǒng)好壞的因素之一。</p><p>　　控制系統(tǒng)能方便地進行功能擴展、升級</p><p>　　在選擇PLC容量時，應適當留有裕量，以便日后發(fā)展生產(chǎn)和改進工藝的需要。</p><p><b>　　人機界面友好</b></p><p>　　對于包含人機界面的PLC應用系統(tǒng)，設計的

69、人機界面應使用戶感到方便、更容易操作和使用PLC控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　I/O點數(shù)分配</b></p><p>　　表4.1 PLC I/O點數(shù)分配圖</p><p>　　4.3 PLC控制的有關元素賦值如下：</p><p><b>　　PLC程序流程圖</b></p&