基于plc的污水处理控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc的污水处理控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。 这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力，进行水处理的研究。 这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。 这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。 国外污水处理自控系统主要存在以下几个特点： （ 1） 采用集散控制系统 DCS 和现场总线控制系统 FCS。 按照厂区的自身情况和工艺段来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以是上下级关系，站与站之间一般独立运行。 设立中控室，中控室有操作员和工程师站，负责全厂的数据管理与记录、报表等工作。 （ 2） 采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实行实时监测，并由上位机记录下来，提高了测量精度。 （ 3） 生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动地调整相应的控制方式。 （ 4） 大量采用遥测、遥控设备，并 开始有效地利用社会信息资源，如电话网武汉理工大学毕业设计（论文） 2 络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。 3）国内发展状况 解放初期 ，我国 由于工农业生产刚刚起步，当时的污水污染程度很低，且提倡利用污水进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利用作为经验进行推广，全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂在处理工艺有的还是一级处理，处理的规模也很小 ， 致使污水处理技术和管理水平处于较落后的状态。 与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表，实行集中巡检；八十年代应用分析仪表和 DCS 系统；至九十年代，随着一大批利用 国际贷款的大型污水处理厂的建设投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大的提高。 从国外引进污水厂的自动控制系统已经广泛采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺，新设备大量出现并得到应用。 可以说我国污水处理自动化的现状是：手动与自动皆备，自制和引用并举。 可以看出我国的污水处理自控系统有以下特点： （ 1） 对于新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统，手动与自动并存的控制方式。 （ 2） 国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在线仪表，但是由于进口仪表价格昂贵，所以 应用并不是很广泛。 （ 3） 各个控制站之间完全独立，没有信息的交换。 并且各个控制单元由于其内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制和逻辑控制。 通过对比，不难看出整体上和国外相比我国污水的自控系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。 4） 设计的主要内容和预期目标 本设计的主要内容是：了解污水处理的工艺方法，确定采用其中一种处理工艺（氧化沟法），根据其工艺要求及相关流程，选定设备的具体型号，设计系统的硬件连线图 和 PLC 梯形图程序，从而完成整个污水处理系统的设计。 所要完成的任务和预期目标： （ 1）设计能够实现污水处理的氧化沟系统方案。 （ 2）利用 AutoCAD，绘制污水处理系统的电气硬件连线图。 （ 3）根据控制流程图，完成系统的 PLC 梯形图程序。 （ 4） 设计控制系统操作与显示接口，利用 MCGS 组态软件设计界面。 5）论文结构 根据以上的主要内容和预期目标，本次设计论文通过以下几个方面进行阐述污水控制系统： （ 1）绪论。 主要概述课题的目的和意义，已 及 国内外的发展现状。 武汉理工大学毕业设计（论文） 3 （ 2）第一章 系统总体方案设计。 介绍氧化沟系统的组成部分、工 作原理和工作基本过程。 （ 3）第二章 系统硬件设计。 主要介绍 PLC 的 I/O 配置、设备选型和硬件电路连线图。 （ 4）第三章 系统软件设计。 介绍手动自动控制流程和梯形图程序。 （ 5）第四章 系统的 MCGS 组态。 设计系统的组态界面和 MCGS 与 PLC 设备的连接控制。 （ 6）结束语。 对本设计进行总结，并提出需要解决的问题和注意的方面。 武汉理工大学毕业设计（论文） 4 1 系统总体方案设计 系统主要组成部分 工业污水处理系统的结构比较复杂，设备较多，在氧化沟中 其控制过程及原理大致相同，都是通过控制曝气机的转速来调节污水中的含氧量，其基本组成如图 11 所示。 图 11 污水处理系统基本组成示意图 1） 进水系统。 进水系统主要有进水管道和进水泵房组成，进水管道主要由粗格栅机和清污机组成，进水泵房主要有两台潜水泵组成。 进水管道的主要功能是将污水中的大块物体排除，其中的粗格栅是根据程序设定的时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止是根据粗格栅两侧的液位差来决定的，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行。 进水泵房中的潜水 泵运行及停止是通过安装在泵房内的液位传感器来决定的，当液位较低时只启动一台潜水泵，当液位较高时启动两台潜水泵，若液位持续升高时，则输出报警以示意有故障发生。 2） 除砂系统。 除砂系统主要由细格栅系统和沉砂池组成，细格栅系统是由细格栅机和清污机组成，沉砂池的主要设备是分离机。 细格栅系统的主要功能是进一步净化污水中的颗粒物体，将污水中细小的沙粒滤除，其中的细格栅机是根据程序设定时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止则根据细格栅两侧的液位差来决定，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止 清污机的运行，这和粗格栅系统的运行方式一致。 沉砂池中分离机的运行和后续处理中的转碟曝气机的运行同步，即启动转碟曝气机的时候同时启动分离机，对沉砂池中的沙粒进行排除。 3） 氧化沟系统。 氧化沟系统由氧化沟和污泥回流系统构成，氧化沟是污水处理系统中最重要的环节，因此控制量较多，控制过程 较 复杂，包括转碟曝气机和潜水搅拌机， 污泥 回流系统主要有污泥回流泵构成。 氧化沟的功能是对污水进行生化处理，分解污水中的有害物质，使其达到一定的水质标准，其中 ， 转碟曝气机是关键设备，在氧化沟中设置有溶解氧仪对污水中的含氧量进行检测，根据 其反馈到 PLC 的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。 潜水搅拌机的作用是推进水流，同时使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈的搅拌状态，使他们充分混合接触。 使活性污泥的生化反应更加充分，这样才能最大程度地分进水系统 除砂系统 氧化沟系统 沉淀系统 污泥脱水系统 武汉理工大学毕业设计（论文） 5 解污水中的有害成分。 污泥 回流系统的污泥回流泵将剩余的污泥及使用过的污泥进行处理，该设备的运行与停止主要根据泵房内液位传感器的状态，当液位低于某个值时停止回流泵的运行；当液位持续高于某个高位时，回流泵停止运行同时输出报警信号；液位处于正常状态时，回流泵正常运行。 4） 沉淀系统。 沉淀系统主要设备为刮泥 机，其功能是对进行氧化沟处理后的污水进行物理沉淀，将污泥和清水分离，刮泥机在整个系统启动后就开始持续运行。 5） 污泥脱水 系统。 污泥脱水系统主要包括离心式脱水机，其主要功能是对氧化池中处理过污水的活性污泥进行脱水处理，由于对污水进行处理后，活性污泥中有新的微生物及其他杂质，因此需要先对活性污泥添加一定量的药物，便于污泥脱水。 离心式脱水机主要有聚合物泵、污泥机和切割机构成，以上设备按照顺序控制的方式启动，依次启动聚合物泵、污泥机和切割机，完成对污泥的脱水处理。 系统工作原理 污水处理系统的电气控制系统总 框图如图 12 所示， PLC 为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。 图 12 电气控制系统总体框图 在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不根据传感器的状态进行控制。 在自动方式下进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停控制，其工作过程如下。 1） 接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。 2） 运行粗、细格栅机，间歇运行，即运行一 段时间然后停止一段时间，循环进行。 3） 根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行与停止。 4） 进水泵房中的潜水泵根据液面高低进行运行、停止及运行数量的控制。 PLC 操作面板 传感器输入 模拟量输入 执行设备 变频器 武汉理工大学毕业设计（论文） 6 5） 转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经 P LC 运算后进行控制，同时控制分离机的运行与停止。 6） 污泥回流泵的运行与停止根据液面的高低进行控制。 7） 在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。 图 13 污水处理系统工作示意图 否 P LC 及其扩展 启动潜水搅拌机和刮泥机 间歇启动粗、细格栅机 根据设定程 序时间 启动离心式脱水机 变频器 转碟曝气机 氧化沟溶解氧 分离机 同步 溶解氧仪 反馈 潜水泵房液面是否低于设定值 停止潜水泵 启动潜水泵 是 否 液位传感器 采集液位数据 液位差是否 超过设定值 启动清污机 是 否 停止清污机 液位差计 采集液位差数据 污泥回流液面是否低于设定值 停止污泥回流泵 启动污泥回流泵 是 采集液位数据 液位传感器 武汉理工大学毕业设计（论文） 7 2 系统硬件设计 以上介绍了 污水处理系统的机械结构及其相关设备，根据其工作原理和控制系统的功能要求，本节主要介绍如何设计污水处理系统的控制系统和所需的各种硬件设备，在此控制系统中的核心处理器是 PLC，其主要输入和输出量主要为数字量，只有一组模拟量的输入和输出。 PLC 的 I/O 配置 根据系统 的功能要求，对 PLC 的 I/O 进行配置，具体分配如下所示。 数字量输入输出部分 在此控制系统中，所需要的输入量基本上都属于数 字量，主要包括各种控制按钮、旋钮、 传感器 输入及过载保护输入，共有 49 个 数字量输入，如表 21 所示。 表 21 数字输入量地址分配 输入 地址 输入设备 输入 地址 输入设备 急停 细格栅液位差计 手动方式 进水泵房液面高位传感器 自动方式 进水泵房液面中位传感器 自动启动确认 进水泵房液面低位传感器 手动粗格栅机启动 污泥回流泵房液面高位传感器 手动 1清污机启动 污泥回流泵房 液面低位传感器 手动 1潜水泵启动 粗格栅机过载 手动 2潜水泵启动 细格栅机过载 手动细格栅机启动 1清污机过载 手动 2清污机启动 2清污机过载 手动分离机启动 1潜水泵过载 手动 1转碟曝气机工频正转启动 2潜水泵过载 手动 2转碟曝气机工频正转启动 1转碟曝气机过载 手动 1转碟曝气机变频启动 2转碟曝气机过载 手动 2转碟曝气机变频启动 分离机过载 手动潜水搅拌机启动 潜水搅拌机过载 手动刮泥机启动 污泥回流泵过载 武汉理工大学毕业设计（论文） 8 续表 21 输入 地址 输入设备 输入 地址 输入设备 手动污泥回流泵启动 刮泥机过载 手动离心式脱水机启动 离心式脱水机过载 手动聚合物泵启动 聚合物泵过载 手动污泥机启动 污泥机过载 手动切割机启动 切割机过载 手动转碟曝气机加速 手动 1转碟曝气机工频反转 启动 手动转碟曝气机减速 手动 2转碟曝气机工频反转 启动 粗格栅液位差计 在这个控制系统中，主要输出控制的设备有各种接触器、报警和指示灯，共有24 个输出点，其具体分配，如表 22 所示。 表 22 数字输出量地址分配 输出地址 输出设备 输出地址 输出设备 粗格栅机接触器 刮泥机接触器 1清污机接触器 污泥回流泵接触器 1潜水泵接触器 离心式脱水机接触器 2潜水泵接触器 聚合物泵接触器 细格栅机接触器 污泥机接触器 2清污机接触器 潜水泵 房 报警 分离机接触器 污泥回流泵 房 报警 1转碟曝气机工频 正转 接触器 手动方式指示灯 2转碟曝气机工频 正转 接触器 自动方式指示灯 1转碟曝气机变频接触器 1转碟曝。