【正文】 、傳感檢測技術(shù)。 作者簽名： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 基于 PLC 的污水 處理 控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)院（系）： 自動化學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化 0807 學(xué)生姓名： 陳明恩 指導(dǎo)教師： 楊胤鐸 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 3. 掌握 PLC 編程方法、系統(tǒng)硬件集成技術(shù)。 3. 設(shè)計污水處理系統(tǒng)的輸入檢測環(huán)節(jié)，進行 PLC 設(shè)備選型及其擴展。 7. 根據(jù)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計工作管理辦法 ， 完成論文的撰寫工作 ，制作演示 PPT，做好答辯準備工作 。原有的污水處理廠其控制部分采用傳統(tǒng)的繼電器控制，控制線路復(fù)雜，繼電器多，長時間運行后，線路老化，頻繁出現(xiàn)控制故障。這些國家在研究水處理新理論和工藝的同時，也重視污水處理自控系統(tǒng)的研究。其特點有：大量采用在線監(jiān)測的水質(zhì)分析儀表，對全廠的水質(zhì)實時監(jiān)測并有上位機記錄下來，提高了測量精度；生產(chǎn)過程中不同程度的采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動的調(diào)整相應(yīng)的控制方式；大量采用遙測、遙控設(shè)備，并有效地利用社會資源，如電話網(wǎng)絡(luò)、移動電話網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。因而 ,國產(chǎn)化設(shè)備將會在未來相當(dāng)長時間內(nèi)在技術(shù)水平上處于劣勢 ,特別是先進設(shè)備的技術(shù)保密與知識產(chǎn)權(quán)保護意識的加強 ,其競爭力將在未來市場中不斷接受考驗。 圖 1 污水 工藝流程圖 如上圖所示， 污水由進水系統(tǒng)中的進水管道和潛水泵通過粗格柵和清污機進行初步排除大塊雜質(zhì)物體。潛水?dāng)嚢铏C的作用是推進水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應(yīng)更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。 進度安排 第 12 周 及時完成外文翻譯工作，英文文獻不少于 20200 字符 ； 第 3 周 對城市污水處理做詳細的需求分析，掌握污水處理工藝，提出污水處理系統(tǒng)的總體方案 ； 第 45 周 學(xué)習(xí) PLC 指令的編程 ，進行 PLC 設(shè)備選型及其擴展 ，并包括水泵、電機等型號的選定； 第 67 周 設(shè)計污水處理系統(tǒng)的輸入檢測環(huán)節(jié)，根據(jù)污水處理工藝過程，完成控制系 統(tǒng)控制流程設(shè)計 ； 第 89 周 根據(jù)系統(tǒng)控制流程及相關(guān)工藝，繪制程序流程圖，編寫程序， 利用 PLC 編程軟件 STEP 7Micro/WIN， 得出梯形圖程序， 要求手動與自動控制 ； 第 1011 周 設(shè)計控制系統(tǒng)操作與顯示接口 ，利用 MCGS 軟件設(shè)計界面； 第 1213 周 繪制污水處理系統(tǒng)的電氣硬件電路，圖紙規(guī)范，并不少于三張； 第 1415 周 根據(jù)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計工作管理辦法，完成論文的撰寫工作，制作演示 PPT，做好答辯準備工作 。 本文詳細介紹了一種基于 PLC 的污水處理控制系統(tǒng)。 最后， 本次設(shè)計 還利用 MCGS 組態(tài)軟件，設(shè)計了一個反映污水處理工藝流程的顯示系統(tǒng)。與此同時，在我國大部分城市和地區(qū)，本已極為有限的水資源還受到水質(zhì)惡化和水生態(tài)系統(tǒng)破壞的嚴重威脅。 目前，我國大 多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動化水平不高、安全性低、管理不當(dāng)，效率普遍低于世界標準。這些國家經(jīng)濟發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問題特別是水資源污染的嚴重性也較早的體現(xiàn)出來，同時也得到了 這些國家政府的重視，投入了大量的人力、物力，進行水處理的研究。按照廠區(qū)的自身情況和工藝段來劃分若干個控制站，站與站之間可以平級關(guān)系也可以是上下級關(guān)系，站與站之間一般獨立運行。 （ 4） 大量采用遙測、遙控設(shè)備，并開始有效地利用社會信息資源，如電話網(wǎng)JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 絡(luò)、移動電話網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等?？梢哉f我國污水處理自動化的現(xiàn)狀是：手動與自動皆備，自制和引用并舉。并且各個控制單元由于其內(nèi)部資源的限制，只是實現(xiàn)了簡單的時間控制和邏輯控制。 （ 2）利用 AutoCAD，繪制污水處理系統(tǒng)的電氣硬件連線圖。主要概述課題的目的和意義，已 及 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。主要介紹 PLC 的 I/O 配置、設(shè)備選型和硬件電路連線圖。設(shè)計系統(tǒng)的組態(tài)界面和 MCGS 與 PLC 設(shè)備的連接控制。 圖 11 污水處理系統(tǒng)基本組成示意圖 1） 進水系統(tǒng)。 2） 除砂系統(tǒng)。 3） 氧化溝系統(tǒng)。使活性污泥的生化反應(yīng)更加充分，這樣才能最大程度地分進水系統(tǒng) 除砂系統(tǒng) 氧化溝系統(tǒng) 沉淀系統(tǒng) 污泥脫水系統(tǒng) JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 解污水中的有害成分。 5） 污泥脫水 系統(tǒng) 。 圖 12 電氣控制系統(tǒng)總體框圖 在手動狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制是根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀 態(tài)進行控制。 3） 根據(jù)反饋回來的液位差狀態(tài)控制清污機的運行與停止。 7） 在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設(shè)備。 表 21 數(shù)字輸入量地址分配 輸入 地址 輸入設(shè)備 輸入 地址 輸入設(shè)備 急停 細格柵液位差計 手動方式 進水泵房液面高位傳感器 自動方式 進 水泵房液面中位傳感器 自動啟動確認 進水泵房液面低位傳感器 手動粗格柵機啟動 污泥回流泵房液面高位傳感器 手動 1清污機啟動 污泥回流泵房液面低位傳感器 手動 1潛水泵啟動 粗格柵機過載 手動 2潛水泵啟動 細格柵機過載 手動細格柵機啟動 1清污機過載 手動 2清污機啟動 2清污機過載 手動分離機啟動 1潛水泵過載 手動 1轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻正轉(zhuǎn)啟動 2潛水泵過載 手動 2轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻正轉(zhuǎn)啟動 1轉(zhuǎn)碟曝氣機過載 手動 1轉(zhuǎn)碟曝氣機變頻啟動 2轉(zhuǎn)碟曝氣機過載 手動 2轉(zhuǎn)碟曝氣機變頻啟動 分離機過載 手動潛水?dāng)嚢铏C啟動 潛水?dāng)嚢铏C過載 手動刮泥機啟動 污泥回流泵過載 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 續(xù)表 21 輸入 地址 輸入設(shè)備 輸入 地址 輸入設(shè)備 手動污泥回流泵啟動 刮泥機過載 手動 離心式脫水機啟動 離心式脫水機過載 手動聚合物泵啟動 聚合物泵過載 手動污泥機啟動 污泥機過載 手動切割機啟動 切割機過載 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機加速 手動 1轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻反轉(zhuǎn) 啟動 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機減速 手動 2轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻反轉(zhuǎn) 啟動 粗格柵液位差計 在這個控制系統(tǒng)中，主要輸出控制的設(shè)備有各種接觸器、報警和指示燈，共有24 個輸出點，其具體分配，如表 22 所示。 根據(jù)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子 S7— 200 系列 PLC 作為污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機。 在該系統(tǒng)中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此需要在擴展一個模擬量輸入輸出擴展模塊。該型變頻器，具有能源利用率高的特點，優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)功能強。 在此控制系統(tǒng)中，需要對變 頻器進行通信控制，因此需先對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置，主要對一下幾個參數(shù)進行調(diào)整，如表 25 所示。格柵機型號選用 WLGS3001500，標準溝深為 1535 mm，粗格柵柵隙： 22 mm，細格柵柵隙： 6 mm。潛水?dāng)嚢铏C型號選用 QJB， 最高介質(zhì)溫度不超過 40℃，介質(zhì)的 PH值在 59 間，長期潛水運行，潛水深度一般不超過 20 m。 4）溶解氧儀。測量范圍： pH：（ ~）pH mV：177。 mg/L 溫度：177?？稍O(shè)定高純水和加氨純水二種特殊的 pH 測量模式，適合電力、石化等行業(yè)使用。在這個控制系統(tǒng)的自動操作中，采用三種機械按鈕，控制污水處理系統(tǒng)的啟動和停止，手動 /自動按鈕使用旋鈕，即旋到一邊接通，旋到另外一邊就斷開；自動啟動按鈕采用觸點觸發(fā)式按鈕；急停按鈕使用旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕，按下后系統(tǒng)停止，旋轉(zhuǎn)后自動彈起復(fù)位。 對格柵處的清污機進行控制，需要檢測格柵兩側(cè)的液面差，在該系 統(tǒng)中利用液位差計，選用超聲波液位差計。 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進行動作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機 接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器、潛水?dāng)嚢铏C接觸器、刮泥機接觸器等。強適應(yīng)性：“ TH”防護處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 — 三角起動器。 （ 2）清污機接觸器。潛水泵接觸器包括有兩個接觸器，分別控制兩臺潛水泵，通過進水泵房的液面高度或操作面板上按鍵的情況，控制兩臺潛水泵的運行或者停止。 （ 5）分離機接觸器。 （ 7）刮泥機接觸器。 （ 9）離心式脫水機接觸器。 （ 11）污泥機及切割機接觸器。 主電路 主電路是各個電機和泵與電網(wǎng)的連接。 PLC 及擴展 PLC 采用的是 S7200 系列的 CPU226，擴展模塊包括數(shù)字量擴展模塊： 4 個EM223 和模擬量擴展模塊： 1 個 EM235。導(dǎo)線 2 與直流電壓 24V 相連接； SB7~SB14 為常開按鈕輸入。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 采用西門子公司為 S7— 200 系列 PLC 開發(fā)的 STEP 7— Micro/WIN SP8 作為編程軟件，上面介紹了污水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計基本完成后，就要開始軟件部分的設(shè)計，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計情況及 PLC 控制系統(tǒng) I/O 的分配情況，進行軟件編程設(shè)計。由于 PLC 的 CPU 強大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測， 主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水?dāng)嚢铏C啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。檢測進水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止，以及投入運行的潛水泵的數(shù)量。以上 四 種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。 輸出信號 信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。 通過 PLC 中運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機的轉(zhuǎn)速，最后達到控制污水中含氧量的要求。