本科毕业论文：基于plc的企业污水处理电气控制部分(编辑修改稿)

本科毕业论文：基于plc的企业污水处理电气控制部分(编辑修改稿)内容摘要：

吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都是由微机触发指令通过 PLC 控制。 生化池好氧区的 DO 计、 MLSS 计、 ORP 计、空气调节阀和 HVTURBO 鼓风机是污水处理的重要设备。 曝气池溶解氧的控制、厌氧段与好氧段的控制、污泥浓度的控制是污水处理厂工艺的核心。 该系统控制思路： PLC 通过对 DO 的检测，自动调节空气阀的开度；当检测到空气阀的调节不能满足 DO 的需要时，再着行调整 鼓风机的出风导叶片的开度（目前各污水厂在该系统的应用都不理想，主要问题是溶解氧的测量值滞后、不稳定及空气阀门的选型）； PLC 检测 DO 计、 MLSS 计、 ORP 计的值传送上位机进行数据分析，实时掌握厌氧段与好氧段、污泥浓度等状况，及时调整工艺控制。 脱水机房 脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务。 污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的固体颗粒被凝聚成絮团，并分离出自由水，然后被输送到带式污泥脱水机上，经顶脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水 区后形成滤饼排出。 设备的控制思路是以时序的逻辑控制为主导，污泥和絮凝剂混合的比例通过污泥电磁流量计、清水流量计和投药泵投药量实现。 该系统流程控制原理图（如图 34 所示）。 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业论文 7 图 34 系统流程控制原理图 脱水机系统的联动控制时序： 条件：各设备准备就绪，无故障；空压机、自动配药池工作正常。 启动：皮带输送机运转 带式脱水机运转 投药泵运转 污泥泵运转。 停机：控制顺序与启动顺序相反。 时间：根据实际的运行状况，可在 PLC 中设置各设备联动间隔时间。 PLC 控制系 统 污水处理厂自控系统遵循 “集中管理，分散控制，数据共享”的原则，设计选型先进，安全可靠，经济合理，并能保证系统长期稳定高效地运行。 PLC 控制系统满足污水处理厂运行管理和安全处理的要求，即生产过程自动控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节、提高运行效率，降低运行成本，减轻劳动强度，对污水处理厂内各系统工艺流程中的重要参数、设备工作情况等进行计算机在线集中实时监测，重要设备进行计算机在线集散控制，确保污水处理厂的出水水质达到设计排放标准。 PLC 控制系统的基本构成及功能 污水处理厂 PLC 控制系统由两台计算机、 8 个现场控制站、工艺仪表 、电量变送器构成。 8 个现场控制站用于控制现场设备、采集动态工艺参数和设备工作情况。 现场控制站根据污水处理厂的实际工艺和构筑物的几何分布，设置在控制对象和信号源相对集中的几个单体中，并考虑在不影响控制功能和设备安全的前提下，尽量节省投资。 本控制系统由 8 个现场控制站组成。 它们分别位于：厂外 1泵站；厂外 2泵站；厂内中心控制室；厂内低压电房；鼓风机房（ 3 个站）；脱水机房。 0＃工作站～ 5＃工作站之间采用 A1SJ71AR21 模块通过同轴电缆通讯。 1工作站和 2工作站与厂内主工作站的距离 4～ 5 公里，且无人值班，故租 用电信公司无源电话专线通过调制解调器和 A1SJ71UC24 通信模块进行泵房设备控制和数据传输。 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业论文 8 系 统构成及其布局 根据工艺特点和控制要求，本系统采用分布式集散监控系统，按流程设两个 PLC分站，分别监控水区和泥区的设备运行和控制，设一个总站集中分站信息并控制分站工作。 具体控制分为 : (1) 现地控制，设现场箱或按钮站，由“现场 /遥控”转换控制状态，“现场”设点动按钮，用于调整和检修。 (2) 各开关柜 (包括 :10kV 进线柜、 进线柜等 )，由“自动 /停止 /手动”转换控制状态，“手动 ”设启 /停按钮，用于手动操作。 (3) 分站控制，用可编程控制器和工业控制计算机系统等自控设备，自动监控所属范围运行。 (4) 总站主机控制，多为计算机监控管理系统，集中分站信息，进行各种处理，并通过分站统一控制全厂运行，满足工艺测控要求，使全厂运行处于最佳状态，是监控管理的中心。 监控系统由操作员工作站、服务器工作站、投影仪、打印机、 2 个 PLC 工作站和现场一次设备。 通信网络采用西门子的过程现场总线标准 ， 它为分布式 I/O 站或驱动器等现场器件提供了高速通信所需的用户接口，以及提供了在主 站间大量数据内部交换的接口通信协议采用 SINEC L2，该协议遵从 DIN19245 标准。 SINEC L2 又分为如下子协议 :L2TF、 L2FMS、 L2DP 及 L2AP。 其中 L2DP 遵从 Profitbus 标准开放式结构，适用于对时间要求严格的现场，能够以最快的速度快速处理和传送网络数据。 所以本系统可以快速的采集和处理由 PLC 所采集的数据，符合控制系统要求的快速性。 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业论文 9 4 污水处理 电气 系统的设计 概述 设计包括厂界内预处理 、生物滤池、污泥处理及附属设施需要检测和控制应提供的仪表和有关的辅助装置等。 系统 设计综述 实用性： PLC 系统其目的在于满足污水厂生产控制和管理要求，在保证先进的条件下，设备和系统应符合实际要求。 可靠性：污水处理厂的生产过程要求 PLC 控制系统具有连续可靠性。 经济性： PLC 系统的技术含量高，设备复杂，因此，在设计时应进行技术经济比较。 先进性：网络技术、信息技术、 PLC 控制技术发展迅速。 根据某污水处理厂的设计规模和 BAF 生物滤池工艺的特点，本着技术先进，性价比高，适用可靠的原则进行设计。 依据集中监测为主，分散控制为辅的基本原则，设计采用以 PLC（可编程控制器）为基础的监测 控制和数据采集系统（ SCADA） ,在中央控制室利用 PC（工业级 PC）对厂内各工况进行实时监控，并有信号报警和联锁等设施以保证生产正常运行，生产的工艺过程 PLC 采用就地独立控制。 从安全生产的角度和操作人员技术掌握程度上考虑，设立三级控制层：设备就地手动、 PLC 子站现场监控和中控室远程监控（如图 41 所示）。 在综合楼设立中央控制室，下设 1预处 理 PLC 子站， 2BAF 生物滤池 PLC 子站和3污泥处理 PLC 子站等共 7 个现场处理子站。 在中央控制时可对主要设备实施开、停控制。 同时，设备运转状态也通过通讯总线送入上位 计算机，在计算机上对全厂设备运转情况进行监控。 中央控制室还设置了以太网交换器，与厂级管理 PLC 层以太信息网络相连接，并设置厂长办公终端、生产管理终端、化验室终端。 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业论文 10 一期生化池设备及仪表 一期沉淀池设备及仪表格栅间，沉砂池，鼓风机房设备及仪表电磁流量计、超声波流量计、水位计、空气流量计脱水机房设备及仪表二期生化池设备及仪表 二期沉淀池设备及仪表 打 印 机 打 印 机 计 算 机 厂 外 1 P L C 站 0 P L C 站 厂 外 2 P L C 站 中 控 室 远 程 监 控 P L C 子 站 现 场 监 控 设 备 就 地 动 手 图 41 PLC 子站现场监控和中控室远程监控 中央控制室 在办公楼设立中央控制室，中央控制室内设有两台 计算机操作站 、一台数据库服务器、三台打印机、一台网络设备。 两台计算机操作站互为备用，并可安装 PLC 编程软件，程序可方便地通过控制网络分别下载到指定的现场控制站，以便在调试 过程中随时修改程序。 中央控制室可对整个分控式控制系统进行系统组态管理、系统监测、实时监测、显示、处理、控制各 PLC 子站的状态、通信、数据和信息，完成报警和报表打印。 在厂级管理层可以通过 Inter 将结果、效益分析等发往主管局等政府机关（如图 42 所示）。 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业论文 11 P L C 监 控 主 程 序有 开 、 停 泵 指 令泵 机 控 制 方 式转 开 、 停 泵 监 控 程 序YNYN 停 泵 监 控 程 序1 关 泵 出 口 液 控 阀2 水 泵 定 时 器 清 零 ，开 始 计 时液 控 阀 全 关 最 长 关 闸 时 间1 停 水 泵 电 机2 停 泵 定 时 器 青 清零 ， 开 始 计 时水 泵 停 止 ? 最 长 停 泵 时 间返 回 P L C 监 控 主 程 序 报 警NNYNNYY 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业论文 12 开 泵 监 控 程 序泵 机 满 足 启 动 条 件1 、 启 动 电 机2 、 启 动 计 时 器 清 零 ， 开 始 计 时水 泵 运 行。 最 长 启 动 时 间1 、 开 泵 出 口 液 控 阀2 、 开 阀 定 时 器 清 零 ， 开 始 计 时液 控 阀 全 开 最 长 开 启 时 间返 回 P L C 监 控 主 程 序报 警NYNNYYNNY 图 42 系统 流程图 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业论文 13 主要功能： 生产工艺过程以工艺流程图方式显示， 图形可以取出每幅图的局部进行放大，便于分幅，分组组展示，流程上有相关的实时生产过程的动态参数值显示。 当动态显示值显示改变时，随之改变图形的数值。 分现场生产过程 PLC 控制系统 （ 1）预处理 PLC 控制及检测部 厂内 1预处理 PLC 子站位于污泥脱水间控制室内。 对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、闸门、粗格栅、细格栅、排砂装置等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。 通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 其主要设备有： 粗格栅、闸板，细格栅、螺旋输送 机 该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数 AI:11 DI:30 DO:22 粗格栅开、停控制 根据超声波液位差计测得的粗格栅前后水位差值自动控制回转式粗格栅的运行，即水位差达到设定值时，自动启动格栅。 当回转式粗格栅停止运行的时间超出设定值时，系统转为时间控制，此时限为可调式设计，并设置上限报警。 PLC 系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式粗格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。 细格栅开、停控制 细格栅 24 小时运行，并设置上限报警。 PLC 系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式细格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。 污水闸门控制： 两台闸门根据液位手动或电动，其运行信号送入中控室监控，不参加控制。 （ 2） BAF 生物滤池 PLC 控制及检测部分 厂内 2BAF 生物滤池 PLC 子站位于变电所低压配电室控制室内。 对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、风机反冲洗泵等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。 并可在中控室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功 能。 其主要设备有： 排砂阀，排泥阀，启闭机，砂水分离器，电动进水阀，电动排水阀，电动进气阀，电动气冲阀电动反冲洗阀，回用潜水泵，离心鼓风机。 天津工程师范学院 20xx 届本科生毕业论文 14 该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数 AI:14 AO:3 DI:124 DO:134 沉砂池和沉淀池 沉砂池和沉淀池定时开 /停排砂、排泥阀，砂水分离器设备控制由设备厂商自带可设定控制系统，砂水分离器应与排砂阀联锁。 BAF 生物滤池 工艺过程简述： 污水经强化预处理后进入第一级生物过滤（ C/N）池，污水通过滤池 进水管进入滤池底部，填料上的微生物利用进水中的溶解氧降解 BOD，同时， SS 也通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截留在滤床内。 流出填料层的废水进入第二级生物过滤池的污水流程同第一级，但在第二级生物过滤池中可根据运行情况不曝气并减少回流比以节能。 经二级生物过滤处理后的污水即直接进入接触池消毒。 第一级生物滤池按时间及水位差控制滤池的反冲洗。 在该级滤池有超声波液位计， DO 测定仪等国外仪表。 第二级生物滤池按吸附与过滤方式运行。 按时间及水位差控制滤池的反冲洗。 在该级滤池装有超声波液位计， SS 测定仪， DO 测定仪等国外仪表。 检测信号均送生物滤池处理 PLC 子站进行监控。 根据生物滤池水位差的反锁信号控制反冲洗机组开停，根据 DO 测量仪所测反锁信号控。