(精品)精品_PLC在啤酒废水处理控制系统中的应用(2013年优秀毕业设计)

PLC在啤酒废水处理控制系统中的应用摘要 介绍啤酒废水处理的工艺流程、特点以及S7-300可编程控制器在控制系统中的应用，给出了一种经济、可靠、易于维护的控制系统方案，最后讨论了上位机控制系统的设计以及其它系统与本系统的接口问题。关键词 废水处理 S7300 上位机Abstract introduction beer waste water processing technical process, the characteristic as well as the S7-300 programmable controller in control system application, has given the control system plan which one economy, reliable, easy to maintain, finally discussed on the position machine control system design as well as other systems and this system connection question. Key word Waste water processing S7-300 On position machine 目录 摘要。1Abstract。1引言。31. 控制器PLC介绍。31.1 PLC定义。.31.2 PLC发展阶段及发展方向。31.3 PLC在现代自动控制系统应用中所面临的问题。42工艺介绍。52.1 啤酒厂废水翠的主要工艺。52.2 工艺流程。53控制系统设计及实现。63.1系统网络结构.。63.2 PLC啤酒污水控制系统的几个特点.。73.2.1 季节性流量变化控制.。73.2.2 IC塔的污水流量控制.。84上位机监控系统的设计.。9结论。10参 考 文 献。11致谢。12 引言随着环境问题对人类生存的影响日趋加重，人们对环境保护的意识也日益重视。特别是近10多年来，我国在环保方面的工作取得了一定的成绩，使环境污染得到了一定的遏制。与此同时，环保产业也取得了很大的发展，许多地区竞相将其作为重点发展的领域之一。其中城市污水处理和工厂废水处理，控制污水排放，都得到高度重视，污水处理行业已成为一个新兴、热门的行业。1控制器PLC介绍1.1 PLC定义可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大的超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer )的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。为了使PLC生产和发展标准化，国际电工委(IEC)先后颁布了PLC标准草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过对它的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计的，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计的。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.2PLC发展阶段及发展方向1、PLC的发展阶段虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通迅技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分为三个阶段。(1)早期的PLC(60年代末-70年代中期)(2)中期的PLC (70年代中期-80年代中、后期)(3)近期的PLC (80年代中、后期至今)2、PLC的发展方向PLC是一门综合技术，其发展与微电子技术和计算机技术密切相关。随着可编程序控制器应用领域的不断扩大，它本身也在不断发展。目前PLC主要朝两个方向发展。(1)小型化方向发展目前的小型PLC大都局限在开关量的输入输出，而且CPU和I/O部件组装在一个箱体内，今后的小型PLC也将增加模拟量的处理功能，而且也将有灵活的组态特性，并且能与其它机型连用。小型PLC的基本特点是价格低廉、经济可靠，适用于回路或设备的单机控制，便于“机电仪”一体化。但免不了要牺牲一些用户使用的方便性。既要简单经济，又要不断增强功能和使用的方便性是小型PLC的发展方向。(2)大型化方向发展主要包含以下几个方面：功能不断加强：不仅具有逻辑运算、计数、定时等基本功能，还具数值运算、模拟调节、监控、记录、显示、与计算机接口、通讯等功能。网络功能是PLC发展的一个重要特征。应用范围不断扩大。用于过程控制的PLC往往对存贮器容量及速度要求较高，为此，开发了高速模拟量输入模块，专用独立的PID控制器，多路转换器等，使得数字技术和模拟量技术在可编程序控制器中得到统一。编程软件的多样化和高级化。构成形式的分散化和集散化。1.3PLC在现代自动控制系统应用中所面临的问题 在现代自动控制系统中，PLC应用越来越普及，PLC的种类、生产厂家也越来越多，但目前缺少对它们应用环境，性能指标的对比研究。PLC控制系统的设计方法很多，但对其缺少系统的、完整的介绍。特别是PLC系统的抗干扰、防雷的措，有待系统的研究。随着PLC网络控制技术的发展，现在对其网络技术的研究就显得尤为重要。2 工艺介绍2.1 啤酒厂废水翠的主要工艺 一般啤酒厂的废水处理主要采用好氧处理、水解好氧处理和厌氧好氧联合处理等几种工艺技术。 好氧处理工艺主要采用活性污泥法、高负荷生物过滤法和接触氧化法等。水解好氧处理主要利用水解反应器使啤酒废水中的大分子难降解有机物被转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善。实验结果表明，水解和好氧处理相结合，比完全好氧处理更为经济。厌氧好氧联合处理技术是一种能有效去除有机污染物并使其矿化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳，该处理技术系统结构简单、占地面积小、便于运行管理。 目前，啤酒的废水处理，一般采用厌氧好氧处理技术，这是一种在处理效果、投入成本和经济运行方面都较为合理、经济的方案。 南京英特布鲁啤酒厂废水处理系统设计指标为：日处理能力为5000 /天，进水指标为：COD2500 、 、 及 12；经过处理后，其排放指标为：COD 、 、 及 。处理后的水质达到国家排放标准。 整个污水处理系统主要由集水井、调节池、预酸化池、IC塔、二沉池等设备和建筑物构成，自动控制系统配置一套SiemensS7300PLC系统和一套上位机监控系统。2.2 工艺流程啤酒厂废水处理的工艺过程如图1所示。啤酒生产过程中的麦糟水、洗涤水等排放废水，首先进入集水井并流入调节池，进行初步的物理处理，去除污水中的杂质，在必要时进行降温处理。随后进入预酸化池进行pH值等指标调整，使其满足在IC塔处理过程，在其处理过程中产生的沼气，目前主要采用燃烧排放的方式（以后可以进行沼气利用处理）。在IC处理过程中，当污水水质达到一定要求后，废水排放到曝气池进行好氧处理，随后在二沉池进一步沉淀、分离污泥，使排放水质达到排放标准，最后才排放至附近河流或经消毒后进行2次利用。 图1 工艺流程示意图3 控制系统设计及实现 本控制系统采用Siemens公司的S73000系列CPU3152DP PLC，配置输入输出点：DI326192点、DO32396点、AI8432点、A0414点；配置CP3431以太网通信模块及TS Adapter与上位机监控计算机进行通信。上位监控计算机采用Siemens工控机。3.1 系统网络结构 本控制系统由1个主站和1个远程站构成，主站与远程站间采用Profibus-DP通信，通信速率最高可达12Mbps。PLC通过以太网和上位机进行通信，其通讯速率可以到10Mbps，并为其它计算机访问本控制系统预留接口。为了方便工艺工程师对工艺参数的远程监控以及自控工程师对本PLC系统的远程维护，本系统配备了远程监控系统，通过公共电话网，工艺工程师及自控工程师可在异地监控运行参数及设备运转情况，极大地提高了快速处理现场发生故障地能力，节省了维护的费用和企业的成本。其系统网络结构图如图2所示。PLC在啤酒废水处理控制系统中的应用2004年9月(2) 图2 系统网络结构图 本系统的配置具有实际使用性能合理、通信速率、性价比高的特点。在配置了TS Adapter后，系统的远程服务具有明显的优势，便于系统的维护和修改，特别适合应用于缺乏技术骨干力量的企业中。3.2 PLC啤酒污水控制系统的几个特点 通过PLC程序来完成啤酒废水处理系统的自动控制，通过上位机实现对现场参数的监控、调整。这种控制方式虽然在实际应用中已经得到广泛的应用，但在具体项目中的应用却各有特点。一个系统要达到良好的控制效果，关键是控制系统的程序要适应各种现场条件的变化，适合具体的工艺需要。3.2.1 季节性流量变化控制在啤酒生产中，由于产量与季节有很大的关联性，其结果造成污水处理的负荷量，在一年中发生很大的波动。这是季节性污水处理与城市污水处理有着明显区别的地方。由于啤酒污水处理的关键是需要保证在厌氧、好氧处理中的活性污泥的能力。当污水负荷发生变化时，适当控制调节每天进IC塔处理的污水量，通过PID调节废水进入阀的开度，进行总量控制。在污水流量增大时，满足最大日处理要求；流量减少时，保证维持活性污泥的基本需要。3.2.2 IC塔的污水流量控制进IC 塔的污水流量控制，是本控制系统的一个比较关键部分。由于进水水质、进水流量等参数变化，污水在各个处理阶段的条件、时间等都需要发生相应的变化。系统中，将进入IC塔的污水流量控制与预酸化罐的液位或产生的沼气流量等参数相关联。这是一个可选择的控制条件。在预酸化罐的液位介于高和低之间，进IC塔的废水流量设定值等于正常流量设定值。流量、液位控制曲线如图3所示。预酸化罐液位的设定值（液位低低、液位低、液位高、液位高高）和废水流量的设定值（最大流量设定值、正常流量设定值、最小流量设定值）用于计算流量设定值。该计算公式是 ，其中： 代表流量； 代表液位。由图3可知，可以通过预酸化罐液位，求出进IC塔废水流量设定值，再通过PID调节IC进水调节阀的开度，使得IC塔的进水流量接近并等于设定流量，从而达到控制IC塔每日进水流量的目的。 图3 流量/液位控制曲线沼气流量控制在IC塔中产生的沼气、受到IC塔中的温度、厌氧污泥量和进水污泥水质等各种参数的变化而变化，产生的沼气是一个波动的过程。因此沼气流量的积算，与普通流量积算有很大的区别。本系统中主要采用软件数字积算方式进行处理，使调节控制过程的性能达到预期的要求。4上位机监控系统的设计采用西门子公司Wincc5.0实现系统的上位机监控，Wincc提供强大的项目组态功能，其模块化的设计方法，极大地提高了项目设计的效率。同时Wincc对数据库的存取对用户是透明的，应用程序可使用标准的ODBC/SQL接口访问WinCC数据库，如有必要也可使用API应用程序接口连接数据库。这意味着所有Windows的应用程序，不管是运行在同一台计算机上还是在一个网络终端上，都可以直接访问WinCC数据库。其它的客户机系统，如运行在Unix上的数据库Oracle、In-formix或Ingres，也可使用数据库查询语言SQL和相应的连接工具软件连接WinCC数据库。并且WinCC系统中集成了OPC接口，可以非常方便地用于连接其它符合OPC规范厂商的控制器驱动程序。上位机监控系统由主监控画面、分监控画面、设备操作画面、参数设置、历史趋势、故障报警及运行人员操作记录组成。为了能形象地反应现场设备的运行情况，采用动、静结合及平面和立体相结合的方式，建立上位机监控画面。监控画面直观、实用、美观。用户可以实时监视和控制整个工艺流程的设备运行情况、主要工艺参数，并可通过人员操作记录文件，管理人员可以查询何人、何时、所做的任何操作，便于事故负责分析和方便管理。结论 该系统从2003年6月设计调试完成并投入运行至今,系统稳定,工作可靠,使用方便,自动化程度高,减少了运行人员,提高了企业效率.同时在现场维护,设备调整及程序远程改等方面,体现了一定的优越性,得到了用户的好参考文献PLC原理及应用实验课程 建议教材：吴中俊，黄永红可编程序控制器原理及应用机械工业出版社，2005 建议实验指导书：PLC原理及应用实验指导书自编致谢在大学学习期间的这几年，是我受益最多，也