污水处理厂plc设计

电气控制系统与可编程控制器课程设计报告书课程设计题目： 污水处理厂的 PLC 控制系统设计 专 业 班 级 ： 自动 F0802 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计地点： 中原路校区 2#211 课程设计时间： 2011.07.04-2011.07.08 设计成绩：指导教师：2电气控制与 PLC 课程设计任务书学生姓名 专业班级 学号 200848280209题 目 污水处理厂的 PLC 控制系统设计课题性质 其他 课题来源 自拟指导教师 任胜杰主要内容（参数）根据专业教学计划与教学大纲的规定，本课程应有一周的课程设计。通过一定的课题，使学生巩固本课程的基础知识。提高运算、查阅资料、制图和设计的独立工作能力。本实践环节主要以污水处理为对象，设计符合控制要求的电气控制原理图及接线图，选择所用电器元件并写出课程设计的报告书任务要求（进度）17 月 4 日 查阅相关资料, 准备与调研27 月 5 日 确立方案，初步选定各部分框图37 月 6 日 电路控制原理设计47 月 7 日 软件编程，进行系统联调57 月 8 日 系统联调完成，并完成课程设计任务书主要参考资料1宋建成.可编程序控制器原理与应用.北京：科学出版社，1997.2崔巍、张修文.一种基于 PLC 的模糊控制方法.北京：机械工业出版社版，20013汪晓光、孙晓英、王艳丹.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版，2000。4孔凡才.自动控制系统及应用.北京：机械工业出版社，2001.审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 3目 录1.引言41.1 设计背景41.2 系统概述42.污水处理工艺流程52.1 对工艺流程的阐述52.2 设备控制62.3 脱水机房73.污水处理系统中的 PLC73.1 PLC 控制系统73.2 PLC 在污水处理中的部分运用73.3 皮带运输机的控制程序设计83.4 PLC 设备与其他仪表92.5 其他补充104.PLC 设计114.1 系统控制要求114.2 模块选择114.3 I/O 地址分配124.4 程序设计134.5 PLC 设计小结135.总结14参考文献1541.引言1.1 设计背景随着当前经济的发展和人民生活水平的提高水资源的污染也越来越严重。为了改善我们的生态环境，我们要使用效率更好的污水处理系统来保护和改善我们的水资源。PLC 污水处理系统具有较强的并行协调处理能力，还具有高可靠性、灵活性和可扩展性，以及高速处理能力等优点。该系统不仅能够更有效地进行污水处理而且也减少了人力和财力地投入，对保护淡水资源和改善生态环境会起到很重要的作用。随着全球水资源供应的紧张和对自动化要求的增加，我国的污水处理厂必然是向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前，PLC 在其稳定性和高度自动化程度的不断加强，使 PLC 成为在城市污水处理自动化方面的首选。1.2 系统概述本文主要介绍了 PLC 在城市污水处理中的具体应用，系统介绍了城市污水处理工艺流程以及基于 SIEMENS 的 S7400 系列 PLC 的污水处理实施方案，介绍了城市污水处理厂监空系统数据采集的方法。为了提高污水处理厂的运行管理水平， PLC 是该系统的重要组成单元，各单元按一定拓扑结构互连构成污水处理厂的控制系统。研究结果表明，该系统不仅具有较强的并行协调处理能力，而且具有高可靠性、灵活性和可扩展性，以及高速处理能力等优点。介绍污水处理厂的设备组成、自动化控制方式和 PLC 各工作站的功能、网络构成在污水处理中的应用，总结自动化控制系统对提高生产效率、减少现场操作人员、提高安全性发挥的良好效果。2.污水处理工艺流程2.1 对工艺流程的阐述首先从厂外污水泵站提升到污水处理厂的污水，经过粗格栅，去除污水中较大的垃圾、漂浮物；通过 5 台 100KW 和 3 台 54KW 的污水泵将污水提升到细格栅，将较小的漂浮物去除；在沉砂池搅拌、除砂；然后进入生化池进行厌氧、5耗氧处理，经沉淀池泥水分离，上层澄清液作为净化后的清洁排放水；沉淀下来的污泥一部分回流到生化池再生利用，一部分作为剩余污泥回流到污泥浓缩池，进一步浓缩，通过污泥处理系统，把泥浆态的污泥脱水、压滤，形成干污泥饼。该工艺流程简图如图 1 所示。粗格栅 细格栅进水泵房 沉砂池除砂机分配井 氧化沟 二沉池回流污泥泵房初沉池 初沉泵房 浓缩池脱水泵房消化池弄缩泵房沼气罐外部热能泥饼外运出水冰河江河泥沙外运污水外运图 1 工艺流程简图城市污水依次经过粗格栅、进水泵房、沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池来实现污水的处理。其中各部分的功能如下：1.进水泵房用于将污水提升，粗格栅用于除掉污水中大块杂物和污物，进而保护进水泵。2.沉砂池的细格栅用于除去污水中的小块杂物，吸砂桥除砂和漂浮油脂，还有砂处理和浮砂油脂处理设备。3.初沉池初步除掉水中污泥，用刮泥机收集污泥至初沉池泥泵房。4.曝气池（氧化沟）为生化处理区，通过投放回流活性污泥搅拌和曝气供氧，培养微生物大量繁殖，形成更多活性污泥。5.二沉池彻底清污水，使泥水分离。62.2 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制 粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由 PLC 和上位机实现，它包括微机手动和微机自动，而微机自动控制方式为：（1）水位差控制方式，通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅阻塞程度，并传输到 PLC 控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运行；（2）时间设置控制方式，在上位机的 INTERACT 组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间，经 PLC 控制器的程序运算指挥 MCC 对格栅机进行控制。砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计控制，而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的。 生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、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。2.3 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 2 所示。图 2 污泥脱水系统流程控制图7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。3.污水处理系统中的 PLC3.1 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。3.2 PLC 在污水处理中的部分运用 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。控制系统流程图如图 3 所示8课题调查系统构成的确定I / O 点数的确定决定运行方式确定控制方式I / O 分配确定存储器的容量选择 I / O 模块控制回路设计程序设计调试运行控制盘 ， 柜设计选择外设外围电路设计图 3 PLC 构成的控制系统设计步骤3.3 皮带运输机的控制程序设计原料从料斗经过 PD1、PD2 两台皮带运输机送出；由电磁阀 M0 控制从料斗向 PD1 供料；PD1、PD2 分别由电动机 M1 和 M2 控制如图 4 所示。9图 4 原料皮带运输机示意图3.4 PLC 设备及仪表为了保证监控管理控制系统的正常运行，PLC 监控系统选用 SIEMENS 的S7400 系列产品。现场 PLC 控制子站是直接监视和控制若干工艺生产过程所单元，其主要设备是：SIEMENS 的 S7400 系列 PLC 可编程控制器。连接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于连接和维修各模块具有光电隔离功能，每个输出点都具有状态指示模拟量输入模块（AI）：输入点：8 路输入范围：05V,15V,010V,-10+10V,420mA分辨率：12 位隔离方式：光电隔离转换速度：1ms/点精度（25）：电压0.2% 电流0.4%其他功能：断线检测,峰值保持、平均值功能、定标功能等触摸开关分辨率：32*24 个显示分辨率：640*480 点通讯接口：RS-422A/RS-485 口 RS-232C 口电源电压范围：DC20.4VDC26.4V运行时间：25000 小时103.5 其他补充PLC 在监测系统中要完成信号实时采样、脉冲量累计、预警报信号监测与报警输 出等，并通过各种传感变送器与传感器连接。PLC 作为一种控制设备，用它单独构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用上位微机来弥补。对于环保要求较严格的污水处理厂，可考虑在处理构筑物增设上部建筑或加盖的方式，以隔绝臭气。如果增设上部建筑，可采用透光阳光板或彩色压型钢板的罩棚， 外形做成圆拱形。其特点外形美观，视觉效果好，设备设在室内，便于维护管理。在高出地面的池子部分，做成天蓝色或湖绿色彩带。既与罩棚相呼应，又减弱了纯 构筑物的僵硬、呆板。两种方法比较各有优缺点，采用阳光板或压形钢板拱形罩棚的办法，外形美观，管理方便，但为了日常的检修，往往需要增加吊车，另外，采用这种圆拱顶应注意 在严寒地区冬季结露的问题；第二种方案造价较省，但需在混凝土盖板上开孔，以便池内设备的安装及维护管理。1、采用传统 SBR 处理工艺，具有占地省，处理效果可靠，自动化程度高等优点。2、各处理构筑物布置紧凑，如图 2 所示：沉砂池（3）采用旋流沉砂池，与三座 SBR 池合建，由 SBR 池中间的渠道给三座 SBR 配水。泥处理单元由浓缩池（5）与脱水机房（6）合建组成。全厂占地面积仅为 0.34 公顷，但并不显拥挤。4.PLC 设计在厂区电气自控的总体设计上，应在允许的条件下，提高污水处理厂的自动化程度。尽量做到无人值守。这一点对减少小型污水处理厂的单方经营成本有很重要的意 义。因为，尽管污水厂较小，如果没有自动化程度较高的自控系统，往往需要按岗定员，这样 3000-20000 吨/日的污水处理厂也需要 10-30 人。实际 上，对于规模稍大的污水厂，定员也不过如此，所以相对人力成本很高。在条件允许的情况下，尽量提高污水厂的自动化程度。有条件时，还可在反应池等重要地方 安装摄像头，以监视污水厂的运行状况114.1 系统控制要求初始状态 料斗、皮带 PD1 和皮带 PD2 全部处于关闭状态。启动操作 启动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要求逆送料方向按一定的时间间隔顺序启动。其操作步骤为： 皮带 PD2延时 5s皮带PD1延时 5s料斗 M0。 停止操作 停止时为了使运输机皮带上不留剩余物料，要求顺物料流动的方向按一定的时间间隔顺序停止。其停止的顺序为：料斗延时 10s皮带PD1延时 10皮带 PD2。故障停车 在皮带运输机的运行中，若皮带 PD1 过载,应把料斗和皮带PD1 同时关闭，皮带 PD2 应在皮带 PD1 停止 10s 后停止。若皮带 PD2 过载，应把皮带 PD1、皮带 PD2（M1、M2）和料斗 M0 都关闭。4.2 模块选择我们采用一台 PLC 控制多台监测仪器的集中控制系统。该系统用于监测对象（仪器）所处的地理位置比较接近，且相互之间有一定联系的场合，如图 5所示。控制器控制对象 控制对象控制对象A BC输入 输出图 5 集中控制系统该系统采用的 PLC（SZ-4）模块是：8 点 DC12/24 输入模块 Z-8ND18 点集电极开路输出模块 Z-8TD14 通道 12 位模拟量输入模块 Z-4AD1用 PLC 构成的监测控制系统，有自动、半自动和手动三种运行方式。I/O 地址分配12表 1 I/O 地址分配表输入地址 输出地址启动按钮 X000 M0 料斗控制 Y000停止按钮 X001 M1 接触器 Y001M1 热继电器 X003 M2 接触器 Y002M2 热继电器 X0044.4 程序设计皮带运输机的 PLC 梯形图如图 6 所示。1314图 6 皮带运输机的 PLC 梯形图4.5 PLC 设计小结 PLC 控制系统具有以下几方面特点： 网络间传输速度快，距离远，可靠性高；直观界面，操作简便，功能齐全； 维护方便，运行费用低。系统扩展方便，可随时增加节点，并可通过网络由中控室修改程序。PLC 和网络可靠性高，维护工作量小； 综上所述，PLC 控制系统对提高生产效率、减少现场操作人员、降低生产成本和提高安全性发挥着显著的作用。15总 结本系统与传统污水工艺 PLC 控制相比，具有功能齐全、高度智能化、运行可靠、投资省、见效快等优点。系统自 2004 年 10 月投入运行至今，对该城市的生态环境、水资源、城市环境及旅游业等，都起到极大的推动作用。 本文所述