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基于西門(mén)子plc技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_畢業(yè)論文-免費(fèi)閱讀

  

【正文】 目 前就污水處理廠來(lái)說(shuō),包括溶解氧、 COD和 BOD, ORP, 氨氮等在線檢測(cè)儀表基于西門(mén)子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 37 都支持現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)采集和診斷功能,但是其價(jià)位相對(duì)較高,還不適應(yīng)國(guó)內(nèi)小型污水處理廠的選擇使用。特別是它的高度集 成性能,簡(jiǎn)化了污水處理的控制系統(tǒng),減少了繼電器數(shù)量,安裝維修都十分方 便。 (2)上位監(jiān)控系統(tǒng)采用 WinCC組態(tài)軟件,通過(guò)二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了工藝流程畫(huà)面、數(shù)據(jù)顯示、記錄查詢、報(bào)警、報(bào)表打印、參數(shù)設(shè)定等功能,并實(shí)現(xiàn)了 WinCC 與S7300 PLC 之間基于 TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)通訊。 運(yùn)用工控組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控任務(wù)己成為工業(yè)發(fā)展中的必然趨勢(shì)。此通訊驅(qū)動(dòng)程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型,通過(guò)它的通道單元提供與各 種 SIMATTC S7300和 S7400PLC 的通訊。 基于西門(mén)子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 32 (2)數(shù)據(jù)查詢 : 在主機(jī)畫(huà)面上有歷史數(shù)據(jù)鏈接 .通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線列采集到 的薦種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)酣觀測(cè),便于了解具體的工作情況 :通過(guò)歷史數(shù)據(jù)曲線對(duì)采集到 的數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中,便于了 解長(zhǎng)時(shí)間工作的歷史趨勢(shì)。 在這個(gè)對(duì)話框中填入 FC 的名稱、符號(hào)名和注釋,并選擇編程語(yǔ)言 LAD,BTL或 FBD。 在硬件組態(tài)時(shí) , 首先創(chuàng)建項(xiàng)目。主要基于以下考慮 : (1)本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備選用西門(mén)子 S7300系列 PLC,開(kāi)發(fā)工具為 Step7 編程軟件??梢詫?duì) PLC 機(jī)架上 的硬件進(jìn)行配置,設(shè)置各種硬件模塊的參數(shù),例如 CPU參數(shù)和分布式 I/0 參數(shù) 等。編輯所選數(shù)據(jù)所需要的工具由管理器自動(dòng)運(yùn)行,因此用戶不需要分別啟動(dòng)各 個(gè)不同的工具。 PLC 詳細(xì)選型見(jiàn)表 4. 11: 表 4. 11 PLC 主 站設(shè)備選型 4. 3. 2. 1 PLC 編程軟件 受選定 PLC 的 CPU制約, PLC 編程軟件選擇了 SIMATIC 的 Step7。 4. 3. 1 .5 5I/0站選型 5I/0 站放置于污泥脫水間,負(fù)責(zé)污泥脫水設(shè)備的信號(hào)采集和過(guò)程控制。 設(shè)備實(shí)際需求 AI為 10通道, DI為 48通道, DO 為 24通道 , 考慮約 20%的備 用通道后 ,結(jié)合實(shí)際的模板型號(hào) , 選擇 AI模板 2塊, DI模塊 2塊, DO 為 2塊。而且采用以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)后,非常容易使整個(gè)系統(tǒng)與企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng) IntraNET和廣域網(wǎng) (如 InterNet)相連,從而可以實(shí)現(xiàn)管控一體化。 ProfiBus(德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 50170)在較大范圍內(nèi)己經(jīng) 取得了用戶和制造商的認(rèn)可?,F(xiàn)場(chǎng)控制層直接面向工藝設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程,是是最 底層、優(yōu)先級(jí)最高的控制層。 (4)若液面高于最高位傳感器時(shí),啟動(dòng)定時(shí)。 當(dāng)檢測(cè)到旋流器、鼓風(fēng)機(jī)或者電磁閥故障時(shí),程序?qū)?duì)故障設(shè)備馬上停機(jī), 并產(chǎn)生一條三級(jí)報(bào)警信息,提醒用戶手動(dòng)切換或者馬上進(jìn)行故障維修。 (4)同時(shí)檢測(cè)液面差,若超過(guò)設(shè)定值則啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)。 在儲(chǔ)泥池中設(shè)置污泥攪拌器 1臺(tái),以防在儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生污泥板結(jié) 。 經(jīng)過(guò)處理后的清水流入接觸消毒池,接觸消毒池是一個(gè) m? 的之字形 基于西門(mén)子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 結(jié)構(gòu)的鋼混構(gòu)筑物。 污水通過(guò)氧化溝的外溝底部進(jìn)水管進(jìn)入氧 化溝,經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后沿外、中、 內(nèi)的順序進(jìn)入內(nèi)溝循環(huán),最后由內(nèi)溝的出水堰門(mén)流至二次分配井 。 在細(xì)格柵井后設(shè)置兩座旋流沉砂池,每座旋流沉砂池對(duì)應(yīng)一套細(xì)格柵。 污水提升泵房?jī)?nèi)設(shè)置超聲波液位計(jì)一臺(tái),采集泵房?jī)?nèi)的液位,由污水提升泵 房液位控制污水泵的啟動(dòng)、停機(jī)和運(yùn)行的設(shè)備數(shù)量。 3. 1. 3 OA2? 污水處理工藝 OA2? 污水處理工藝又稱為 AAO 處理 工藝或 “ 厭氧一缺氧一好氧 ” 工藝,同 SBR一樣,也是在一種污水處理工藝,即二級(jí)處理部分,還需要一級(jí)處理、污泥處理相配合才能完成真正意義上的污水處理。沉淀池是利用重力作用將密度比水大的 懸浮物從水中去除的處理構(gòu)筑物,一般位于調(diào)節(jié)池、格柵和沉砂池之后,主要去 除以無(wú)機(jī)物為主體的密度大的固體懸浮物。 基于西門(mén)子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 格柵段一般由數(shù)套格柵機(jī)組成,在一些特殊情況下,還包括有篩網(wǎng)。典型的一、二、三級(jí)處理工藝流程圖見(jiàn)圖 3. 1, 圖 3. 2和圖 3. 3: 基于西門(mén)子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 圖 一級(jí)處理工藝流程圖 圖 二級(jí)處理工藝流程圖 圖 三級(jí)處理工藝流程圖 理廠常用的工藝流程介紹 在一般的城市污水的三級(jí)處理體制中,一級(jí)是預(yù)處理,二級(jí)是主體,三級(jí)是 精制。 2. 2西門(mén)子 PLC 與 Prof iBus現(xiàn)場(chǎng)總線 從 ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線的起源得知,西門(mén)子公司是 ProfiBus主要的發(fā)起人, 那么當(dāng) ProfiBus成為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)之后,我認(rèn)為西門(mén)子公司作為主 要的 PLC 生產(chǎn)大廠,一定會(huì)推出與之相結(jié)合的 PLC 產(chǎn)品。 PLC 支持高級(jí)語(yǔ)言編程,類似與 C 或者 Pascal語(yǔ)言,這對(duì)于那些有著豐富的高級(jí)語(yǔ)言編程經(jīng)歷的開(kāi)發(fā)人員非常的方便。目前,大多數(shù) PLC 都支持指令語(yǔ)句編程。同時(shí),由于用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn) 室模擬調(diào)試,調(diào)好后再將 PLC 控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試,使得調(diào)試方 便、快速、安全,因此大大縮短了設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。 PLC 的輸入和輸出電路一般都用光電禍合器傳遞信號(hào),使 CPU與外部電路完全切斷電的聯(lián)系,有效地抑制外部干擾源對(duì) PLC 的影響。用戶在硬件設(shè)計(jì)方面,只需確定 PLC 的硬件配置和 I/0 的外部接線,不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC各部分以單獨(dú)的模塊分開(kāi)設(shè)置,如電源模塊、 CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等。 2. 1. 1. 2 PLC 分類 1. 按照 I/0 點(diǎn)數(shù)分類 PLC 的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)表明 PLC 可以從外部接收多少個(gè)輸入量和向外部輸出多少個(gè)輸出量。有些配置還可能包括一個(gè)操作員面板、通信模塊以及一些可選的特殊功能模塊。是采用 “ 集中管理 , 分散控制 ” 模式建立的經(jīng)濟(jì)、可靠的 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、過(guò)程控制和計(jì)算機(jī)管理一體化的系統(tǒng)。對(duì)高效率、低投入、低運(yùn)行成本、成熟可靠的污水處理工藝的研究是今后的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。而解決城市污水污染的根本措施是建設(shè)以生物處理為主體工藝的二級(jí)城市污水處理廠,但是,建設(shè)大批的二級(jí)城市污水處理廠需要大量的投資和高額運(yùn)行費(fèi),這對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)是一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)。八十年代,國(guó)家政策開(kāi)始向環(huán)保傾斜,推動(dòng)了一大批城市污水處理設(shè)施的興建,我國(guó)第一座大型的城市污水處理廠一口處理 26萬(wàn)噸的天津紀(jì)莊子污水處理廠也于1984年 4月投入運(yùn)行。有時(shí)還連續(xù)出現(xiàn) 干旱枯水年和豐水年現(xiàn)象。全球水的總儲(chǔ)量是比較巨大的,約為 km? ,但是可供人類使用的淡水資源只占到 %,其中絕大多數(shù)分布在高原冰川、兩極冰蓋、冰凍地帶以及 m750 以下的地層深處,方便取用的河水、湖水以及淺層地下水只占全球總儲(chǔ)量的 %?;谖鏖T(mén)子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1 基于西門(mén)子 PLC 技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第一章 緒論 引言 隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和世界人口數(shù)量的持續(xù)增加,對(duì)水的需要量也在不斷增 大,但是地球上可用的水資源卻在逐漸萎縮,特別是在城市周邊,可以開(kāi)發(fā)利用 的淡水資源由于污染的原因正急劇減少。在全球淡水資源的分布也是非常不均衡的 65%以上的淡水集中分布 在 個(gè)國(guó)家,如美國(guó)、哥倫比亞和加拿大等。水資源的分布不均和口益嚴(yán)重的水資源短缺不但嚴(yán)重 困擾國(guó)民生產(chǎn),而且成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。 “ 八五 ” 期間,隨著城市環(huán)境綜合治理的深化以及各流域水污染治理力度的加大,城市污水處理設(shè)施的建設(shè)經(jīng)歷了一個(gè)發(fā)展高潮時(shí)期 “ 九 五 ” 期間,我同正式啟動(dòng)對(duì) “ 河 ” (淮河、海河和遼河 )、 “ 湖 ” (太湖、巢湖、滇 池 )流域和 “ 環(huán)渤海 ” 地區(qū)的水污染治理,國(guó)家給予相應(yīng)資金和技術(shù)上的支持。目前我國(guó)的污水處理廠建設(shè)工作,則因?yàn)橘Y金的缺乏很難開(kāi)展,部分 已 建成的污水處理廠由于運(yùn)行費(fèi)用高昂或者缺乏專業(yè)的運(yùn)行管理人員等原因而一直不能正常運(yùn)行,因此我國(guó)的城市污水處理發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該圍繞以下兩個(gè)方面 : 第一,未來(lái)的城市污水處理必須是高自動(dòng)化、高可靠性的。 1. 3 污水處理廠的控制系統(tǒng)介紹 1. 3. 1常見(jiàn)污水處理廠控制系統(tǒng)介紹 上世紀(jì)九十年代之前,國(guó)內(nèi)的污水處理廠一般采用手動(dòng)控制或者小范圍的計(jì) 算機(jī)自動(dòng)控制。利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息資源的共享,達(dá)到 “ 現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守,中控一人值班 ” 的目標(biāo),甚至于通過(guò)現(xiàn)有的有線 /無(wú)線網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制??删幊踢壿嬁刂破鞑粌H容易安裝,占用空間小,能源消耗小, 大多帶有診斷指示器可以幫助故障診斷,而且可以被重復(fù)使用到其他的項(xiàng)目中 去。 I/0 點(diǎn)數(shù) (總數(shù) )在 256點(diǎn)以下的稱為小型機(jī),一般只有邏輯運(yùn) 算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位等功能,適用于開(kāi)關(guān)量的控制和簡(jiǎn)單的模擬控制。這種 PLC 通常由機(jī)架底板聯(lián)結(jié)各模塊 (也有的 PLC 為串行聯(lián)接,沒(méi)有底板 ),底板上有若干插座,使用時(shí),各種模塊直接插入機(jī)架底板即可。當(dāng)控制要求改變,需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí),只要改變存貯器中的控制程序即可。在 PLC 的電源電路和 I/0 接口中,還設(shè)置了多種濾波電路,以抑制高頻干擾信號(hào)。 2. PLC 的主要功能 PLC 是采用微電子技術(shù)來(lái)完成順序控制功能的自動(dòng)化設(shè)備,可以在現(xiàn)場(chǎng)的輸 入信號(hào)作用下,按照預(yù)先輸入的程序,控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照一定規(guī)律進(jìn)行動(dòng) 作,其主要功能如下 : (1)開(kāi)關(guān)量控制 (2)限時(shí)控制 (3)計(jì)數(shù)控制 基于西門(mén)子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 (4)步進(jìn)控制 (5)數(shù)據(jù)處理 (6)模擬量處理 (7)通訊及聯(lián)網(wǎng) 2. 1. 1. 4 PLC 的編程語(yǔ)言 PLC 與微機(jī)一樣,是以指令程序的形式進(jìn)行工作的,各種型號(hào)的 PLC 一般均以梯形圖語(yǔ)言為主,同時(shí)也兼顧一些其它形式的編程語(yǔ)言。 這種編程語(yǔ)言基本上沿用了半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯方塊圖形式。 2. 1. 2西門(mén)子 PLC 的特點(diǎn) 德國(guó)的西門(mén)子公司在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域有極高的知名度, PLC 及其相關(guān)設(shè)備的 產(chǎn)銷量都很高。實(shí)踐證明后來(lái)的 6ES73152AF03OABO, 6ES7 3152AG00OABO 和 6ES7 3152AJ00OABO,都是非常經(jīng)典的產(chǎn)品。在各種處理方法中,目前生物處理方法仍是整個(gè)城市污水處理的主流。格柵機(jī) 由一組平行的金屬或者非金屬柵條制成,一般呈 6075度傾斜安裝于污水入口 渠道或者提升泵集水池進(jìn)口處,用來(lái)截留大 塊的固形物,如草木、樹(shù)葉、纖維、 毛發(fā)、果皮木屑、菜葉、塑料制品等,防止管道閥門(mén)和泵類設(shè)備堵塞損壞。 3. 1. 1. 2污水二級(jí)處理 (生物處理 ) 污水二級(jí)處理,包括污水生物處理、沉淀和加藥三個(gè)過(guò)程,其中污水的生物 處理是核心。 “ 厭氧一缺氧一好氧 ” 脫氮除磷工藝由厭氧池、缺氧池、好氧池和二沉池組 成。
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