基于plc的生活污水处理系统毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的生活污水处理系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

控制。 （ 1）现场总线控制系统。 该系统通过对 DCS 和 PLC 的改进，得出自动化控制。 该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备之间，通过通信协议，运用智能设备与计算机的数据链接与传递，从 而实现了控制与管理。 优点表现为：丰富的硬、软件搭配，使计算机能快速反应，具有良好的实时性，公开的通讯协议实现了不同产品的互相连接。 （ 2） DCS 系统。 DCS 被叫做分布式计算机控制，业界简称为分散控制系统。 其包含了信号处理、测量监控、通信网络与计算机操作。 它 通过 过程控制级和过程监控级 构 成的以通信网络为 桥梁 的多级计算机 控制 系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，其 优点是实现了 分散控制 的需求，通过 集中操作 ， 分级 分层的 管理 ，又由于 配置灵活 并且其扩展能力强， 组态方便 ，软硬件资源丰富等一系列特点，使其运用颇多。 （ 3） PLC 系统。 PLC 也就是可编程逻辑控制器 ,其就是一种 可 编程 的 存储器 ，它不但实现了其控制系统的的需求，通过 内部存储程序 与 执行逻辑运算 ， 定时向用户 发布 指令，并通过模拟式控制各类型的机械或生产过程。 作为系统控制器，通过与上位机的连接，从而进行实时监控。 其功能特点是：编程简单、性能价格比高、适应性强、可靠性高、调试工作量少、维修方便、模块化结构和开发周期短等特点。 生活污水处理系统的功能要求 长期以来，生活污水处理系统的功能就是净化城市用水，使生活用水达到国家标准。 虽然污水处理技术水平在不断发展，但是还是赶不上城市的发展需求。 资金短缺和设备运行率低严重的阻碍了城市的发展。 为了实现高效率、低耗能、简单化的需求，而且能实现自动控制的要求，我们把目标定在了可编程逻辑控制器上，显然 PLC 是个更好的选择。 PLC 以其简单的设计和可靠的性能，使整个污水处理过程 变得轻松。 适应性强和维修的便利性更是实现了高效运行的特点。 凭借上机位与计算机的结合，实现了远程的实时监控，由于 PLC 的集成化设计，让整个系统配上了一个强劲的大脑，其中强大的网络覆盖面和通信网的形成，令污水处理系统的数据连接成为可能。 针对于 PLC 的功能要求，目前涉及到两个方面，控制信号输入和控制信号输出。 PLC 的控制信号输入主要包括按钮的输入、浮球的高液位输入、浮球的低液位输入、 PH 的输入。 其中按钮包括总开关按钮、粗细格栅除污机按钮、剩余污泥泵按钮、鼓风机按钮、滗水器按钮、进水阀门按钮、空气阀门按钮、潜水搅 拌机按钮、回流污泥泵按钮。 浮球高低液位输入则控制着空气阀门、潜水搅拌机和 4 回流污泥泵的启动与停止。 PLC 的信号输出则是控制各设备的接触器。 第三章 生活污水处理系统硬件 设计 生活污水处理系统的主要组成部分 本文所研究的污水处理流程如图 2 所示 图 2 粗、细格栅除污池 格 栅除污机就是通过物理手段将固体和液体分离的一种除污机机械。 它的工作原理就是一种连续自动拦截水中固 体的专业设施。 而除渣就是由格栅完成。 粗细格栅池内的粗细格栅是由不锈钢制成，并且进行了酸洗纯化处理。 该设备一般是污水处理的第一步，将其横在污水主通道上，由于其特殊的耙齿结构，截留下漂浮的固体，例如矿泉水瓶、泡沫板、塑料袋之类的生活垃圾。 其主要目的就是防止这些固体堵塞到污水处理其余深加工的设备。 通过粗细格栅的双层过滤，并且合理的控制其污水流动速度，进而满足初步的除污能力。 该除污机的 工作原理是 让电动机驱使耙齿链与水流方向做反向运动，通过运动使每个耙齿之间产生作用力，进而达到清理目的。 同时依靠清扫器把黏在耙齿的杂 物清理干净。 最后针对该格栅池设置反馈模块，由浮球来检测格栅池水位，如果超过临界值则通过传感器反馈到报 警装置，从而发出警报。 基于上机位良好的检测能力，实现安全生产。 调节池 由于人们生活的规律不尽相同，所以对于生活污水的排放也存在不确定性。 出水的时段也不尽相同，由于所有污水要经由污水厂处理，所以必须设置一个缓冲地带，也就是调节池。 有了调节池就可以控制污水量，进入规范流速，正常运行。 调节池的设立也是一个预留的防止突发事件发生的必要设置。 该池设置液位检测设备，避免污水溢出。 粗格栅间 进水系统 消毒池 细格栅间 滗水器 S B R池 沉砂池 浓缩池 污泥脱水 出水 泥 饼 外送 进水 5 SBR 反应池池 SBR 反应池集 齐了初步沉淀、生物降解、二次沉淀，并且运用到了污泥回流系统，利用间歇曝气的方法来实现活性污泥处理。 该池有曝气机，当设置好时间区段，则 PLC 实现对曝气机的自动化控制。 最后通过沉淀下来的污泥经过压缩处理，会得到大量的沼气和环保地砖，避免了二次污染。 在 SBR 反应池中，其过程包括进水（进水泵工作）、曝气（空气阀门工作）、沉淀（污泥泵工作）、排水（排水泵工作）。 从进水泵开始工作到排水泵结束为一个完整的周期。 其中通过生化反应达到脱磷、脱氮和脱氨等化学元素。 运用 SBR反应池可以提高生化反应效率，反应池内好氧、厌氧的轮换 交替从而提高了净化效果，并且该池运行稳定，在静止沉淀用时少，出水好。 简单的构造与处理设备使其操作更加方便，并且组合式的延展性，也可以扩大规模。 由于反应池的 DO、BOD5 浓度不同，所以有效的控制了活性污泥的膨胀。 最后该工艺设备价格便宜，且布置紧凑。 除盐池 经过 SBR 反应池处理过的污水，如果不经过除盐处理，那么水体中的盐含量就会升高，当盐浓度越来越高的时候，那么水体中的生物就会因为细胞水分流失过多而脱水死亡。 长此以往那么水体中的生物就会因为改变生存环境，而导致灭绝和死亡。 在该池中一般配备有余氯仪，该仪器就是 专门检测水中的盐类物质。 如果池中的盐浓度到达高临界点的时候，系统将控制阀门关闭，并且通过相关膜处理来除去反应池中的盐类物质。 如果池中的盐浓度到达低临界点的时候，则直接排入干净的水池中。 除盐池之间还设立了不同的区域，每个区域安装一个半透膜，这样既是为了防止膜两边的压力差致使膜破裂，也是为了提高效率，节约成本。 电气控制系统硬件设计 生活污水处理的电气控制系统设计要求 针对于该系统控制一般分为手动控制和自动控制。 如果当自动控制不能正常运行或针对于特定系统需要独立运行时，就可以采取手动控制。 而自动控制可以由操作人员远程控制实现对整个系统的运作状态实施监控。 自动控制由强大的PLC 程序调控，手动控制则是由操作员工直接在控制按钮上操作。 对此就污水处理的电气控制系统设计有以下几点： (1) 由于对控制系统要求高的特点，本设计采用可编程逻辑控制器 PLC 作为本控制系统的核心，同时完成 PLC 的选型并做好 I/O 接口。 (2) 按照该程序的工艺要求，针对其参数进行编辑，使其能自动完成任务。 (3) 由于要控制搅拌机的双向运转，所以必须在 PLC 控制中添加互锁。 (4) 根据 PLC 的工作要求，完成基本的设计思路 ，并且保证图文并茂。 (5) 设备之间必须加装保护装置，减少安全隐患。 (6) 寻找合适的电器元件，并且设计编排元件目录表。 6 (7) 针对设计绘制控制系统框图，完成 PLC 接线图、主硬件电路图、控制电路图、状态流程图等。 (8) 完成主控板和电控箱的排布图，以及各种配线图。 (9) 最后用 PLC 主控程序完成控制系统仿真图和各程序的梯形图。 控制系统总体框图 作为核心控件 PLC， 不但要检测各种传感器的输入，还要完成控制面板的输入操作命令，从而完成对各类阀门、泵等 相关设备 控制，使其能稳定运行、调整和终止 的 控制。 图 3 电气控制系统框图 工作过程 在注水的时候用搅拌机在水下进行操作 ，进水 阀门的开启与关闭完全由浮球来控制 ， 然后到达曝气阶段的时候，分别 根据 生化反应来控制曝气时间。 最后整个系统从注水开始直到滗水器完成工作把水排出作为一个完整的周期。 其具体操作如下： SBR 池排水之后，则新的周期开始。 开始往池中 注 水 ，通过浮球对液面的监控来控制进水的频率与大小，整个过程都是 通过液位 来 控制， 所以 进水 的 时间 会不停变换。 通过粗细格栅除污机 的筛选，将初步滤出 的污水 注入调节池中。 其中用液位计实时监控液位 ，当 细 格栅井液位 达到 高 位临界点时，停止注水 泵，相反若 为低液位 临界点，水泵进水开启。 可 编 程逻 辑 控制器PLC 格栅机运行 显示面板 各类传感器 各类泵运行 各类阀门运行 变频器 控制面板 7 ，通过 闲置 沉淀，从中观察废水的状态与变化程度。 经过实践，发现闲置期是不断变化的，正是对于该池的调整，从中得出合理的 SBR 池进出规律，一方面让该作业正常运作，另一方面控制了不同时段的污水量，同时再配合液位计，反馈控制进水量。 ，空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵同时开启并运行，然后开始 曝气，在曝气 个小时后，则可以关闭空气阀门。 污泥 沉淀 下来的 时间 由污泥沉降性能及混合液污泥浓度决定， 其沉淀下来 即为曝气 结束的时刻。 接着在反应池内污水被沉淀下来 ， 通过计算回流 污泥泵运行 大概 30min， 直到 排出污泥。 最后滗水器通过液位计的浮球反馈，从而决定关闭，滗水器的排水时间则是由其性能决定。 当反应池开始排水时，低位排水结束，水直接排进除盐池。 当除盐池的污水达到最高临界值时，排水结束。 ，低浓度时排水电磁阀开始排水，高浓度时停止排水。 除盐池里面有余氯仪检测设备，通过检测水中浓度来控制排水，低浓度排水，高浓度停止排水。 PLC 的工作原理 PLC 一般 是 按照 周期性 循环扫描的工作方式运行的。 该工作方式可以有效的避免线路繁杂 出现的问题，并且有效的防止各触点相互影响。 当 PLC 运行时， 按照原先编排好的存储程序，通过 CPU 按照指令一步一步的周期性循环扫描。 每当进行一次扫描， CPU 都要完成输入信号的采集与输出状态的刷新。 也就是说 PLC的扫描周期必须要输入采样、执行程序 和输出刷新 这 三个阶段。 循环扫描技术 PLC 的循环扫描周期分为以下 三种阶段 ： PLC 的输入采样阶段：首先 先进行 PLC 的自我检测，然后与 CPU 按顺序逐个扫描 并读取 信号数据 ， 并调取临时存在于锁存器的输入端子，完成对该端子的通断状态，并读取输入数据。 最后完成刷新后的输入采集 存入输入存储单元 ，并关闭输入端口。 PLC 的 程序执行阶段： PLC 按照操作指令逐个扫描， 分层次分梯度逐步提取，且严格执行每一条指令，自行完成 继电器、计数器、寄存器的状态与 数据 ，进行运算与 逻辑 处理，最后将结果写入输出 存储器。 输出 存储 器的各种指令， 也 会随着程序的改变而改变 ，而信号状态与数据会保持一致。 PLC 用 输出刷新阶段： 在全部指令执行完后，输出 寄存器 将会把是否通断的状态发送到输出锁存器上，再由该执行器通过合适的方 式输出，最后达到控制驱动相应的 外部 设备。 扫描周期 T=自检时间 +读入时间 *输入点数 +程序步数 *运算速度 +输出时间 *输出点数 8 PLC 的输入 /输出响应时间 PLC 输入 /输出滞后的时间又称其为系统响应时间，是指由可编程逻辑控制器输入信号，从产生变化的时刻开始，直到其控制的相关输出信号发生改变所需要的时间。 系统的响应时间分别包括扫描滞后时间、输出滞后时间、输入滤波时间。 PLC 的 I/O 响应时间比一般微型计算机构成的工业控制系统都满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。 输入电路滤波时间，它由 RC 滤波电路的时间常数决定。 改变时间常数可调整输入延迟时间。 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。 继电器输出方式的滞后时间为 10ms 左右，双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为 1ms，切断负载时滞后时间小于 10ms，晶体管输出方式的滞后时间小于 1ms。 PLC 的响应时间 很短，通过反应时间我们可以大概估算出一个范围，一般从新的输入信号扫描到下一个周期为最短的相应时间，由于输入输出都有延迟，所以略大于一个周期。 由于扫描的工作方式，最多可能也会达到两个多扫描周 期。 PLC 选型 根据该系统的需要， 既要满足处理快捷，又要满足可延展性，并且有特殊的单个模块需求，日本的三菱公司的产品 值得我们考虑。 其 FX2N 系列， 能满足该系统多个接入点。 由于该系统比较复杂，还要考虑到其的经济适用性和可靠安全的问题，并且保持较高的性能，故 选择该公司 FX2N48MR 型号。 由于生活污水处理系统有很多输出输入数字量化的端口，还要通过模拟量满足其功能要求，模块化组件的连接与模拟，使得对于 PLC 的要求非常高。 然而 FX2N48MR 正好满足这些要求，其的多样化使之成为生活污水处理系统 中的 核心部件。 污水处理系统主电路设计 电气控制系统主电路设计 生活污水处理 系统主电路如图。