PLC毕业论文设计净水污水处理控制系统.doc

毕业论文（设计）题目： plc 净水污水处理控制系统 姓 名： 学 号： 专 业： 年 级： 班 级： 指导教师： 指导时间：2011年12月 2012年5月广东科技学院教承 诺 书1.本人郑重地承诺所呈交的毕业论文（设计），是在指导教师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。2.本人在毕业论文（设计）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。3. 本人承诺在毕业论文（设计）选题和研究内容过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。4. 在毕业论文（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。 毕业学生签名: 时 间: 年 月广东科技学院毕业论文（设计）摘要 本文介绍了污水处理的基本流程，并通过研究设计一套基于plc控制的污水处理系统。文章首先介绍了基于plc污水处理控制系统的相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计plc控制系统的基本原则和步骤，来说明plc在污水处理过程中的应用。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号、和信号采集等，最后按照工艺要求设计plc控制系统，其中包括plc的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制plc程序。污水程控系统主要是对各污水处理设备的控制，在净化水处理过程中采用了以plc为主体的自动控制。可以提高水质,水量，降低药耗，能耗，并减轻工人的劳动强度。关键词 净水污水处理 可编程序控制器（plc） 污水程控系统目 录前 言11 plc介绍21.1 plc的发展历程21.2 plc的结构与分类21.2.1 plc的结构21.2.2 plc的分类21.3 plc的特点21.4 plc的工作原理31.5 plc的应用领域42 plc控制系统原则42.1 最大限度地满足被控对象的控制要求42.2 保证plc控制系统安全可靠42.3 力求简单、经济、使用及维修方便42.4适应发展的需要43 plc编程基本原则54 污水处理过程54.1 污水处理图54.2 功能要求64.3 污水处理流程图64.4 梯形图64.5 工作过程74.6 程序调试 8总 结8参考文献9致 谢10前 言近几年，中国各地都在兴建/扩建污水厂和净水厂，或者对老厂进行自动化造。自控系统对于水处理厂高效、节能运行的重要性也得到普遍认可。dcs系统在欧美发达国家的水处理行业已获得广泛应用，有力促进了污水处理管控一体化的发，取得了良好的经济效益和社会效益。而国内污水处理项目鲜有采用dcs，基本上都是采用plc系统。水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。然而，水资源是有限的。据报道我国人均拥有淡水量为2400吨，为世界平均值的1/4，在全球149个国家（参与统计国家中），我国人均淡水资源位居110位，属于淡水资源贫乏的国家。而且我国水资源时空分布极不均衡，全国500多个城市缺水，其中多个严重缺水，北方地区缺水现象尤其严重，人均拥有淡水量仅有240吨。令人担忧的是淡水总量日益减少，用水成本不断升高，淡水的浪费非常严重。我国北方地区水资源的超采，己形成漏斗地势、水位下降、湖泊干涸、河水断流、生态恶化。淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。目前国产dcs系统已在国内水行业中获得应用,在工程实施和水厂运营中显现出了较好的经济、社会效益,值得推广。可以提高水质,水量，降低药耗，能耗，并减轻工人的劳动强度，给人们带来极大的方便。本文讲述了污水的危害性，引出pic污水处理系统。1 plc介绍中央控制计算机能对整个系统的水处理过程进行实时监测与控制，随时跟踪接收plc的数据信号，能对各种类型模拟量进行巡回检测，对各种类型故障进行报警或不达标报警。并具备实时数据和历史数据的分析及处理能力，对主要工艺流程进行动态模拟、趋势分析、制表打印、绘制曲线；对主要数据永久性保存。且在crt上显示整个工艺流程或局部环节的直观动态彩色画面，并通过嵌入式大屏幕，动态显示工艺流程各主要部件的运行状态。采用计算机网络联接可实现远程监测，监视整个系统的运行状态，便于快速解决问题排除故障。1.1 plc的发展历程可编程序控制器于60年代未在美国问世，1968年美国gm（通用汽车） 公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称programmable controller (pc).个人计算机（简称pc）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为programmable logic controller (plc)。到70年代中期，随着半导体技术的发展，各种位片机和八位微处理器的相继问世，由于cpu的导入，使可编程序控制器技术产生了飞跃发展，成为工业控制计算机的一个重要的分支。70年代末和80年代，可编程序控制器进入成熟阶段，向大规模，高速度，高性能方面继续发展。90年代，可编程序控制器仍迅速发展，各公司进一步完善了自己原有产品并开发新的产品系列，与局域网建成整体分布系统，不断向上发展并与计算机系统兼容。 1.2 plc的结构与分类1.2.1 plc的结构目前plc生产厂家很多，产品结构也个不相同，但其基本组成部分大致相同，都包括：中央处理器（cpu），存储器，输入、输出接口电路，电源单元，编程单元等。1.2.2 plc的分类按容量和功能分为：小型机、中型机、大型机；按硬件结构分为：整体式结构、插件式结构、叠装式结构。 1.3 plc的特点1.3.1 功能完善 plc 的输入/输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输入和输出。在plc内部具有许多控制功能，诸如时序、计数器、主控继电器以及移位寄存器、曾继电器等腰三角形。由于采用了微处理机，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制i/o等诸多功能，它不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能。1.3.2 模块化结构，硬、软件开发周期短 plc的硬件结构全部采用模块化结构，可以适应大小规模不同、功能复杂程度及现场环境各异的控制要求。硬件系统安装方便，接线简单，连接可靠，为控制系统的硬件设计提供了方便、快捷的途径，可以大大缩短软件系统的开发工作量。1.3.3 维护操作方便，扩展容易 plc的输入/输出能够直观地反映现场信号的变化状态，plc不能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，入内部工作状态、通信状态、i/o点状态、异常状态、电源状态等，均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员监视系统的工作状态。plc采用梯形图逻辑编程，有利于电气操作人员对plc的编程，可以方便的调整系统的程序和组态。plc的模块化结构，可以允许维护人员方便地更换故障模块或在生产工艺流程改变时更改系统的结构和配置。1.3.4 性能稳定，可靠性高 plc产品都是有严格的核技术标准，这些标准保证了plc能在恶劣的工业环境下正常运行。它在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，i/o系统设计有完善的通道保护与信号调理电路，在机械结构上耐热、防潮等都有精心考虑，所有这些使得plc具有较好的性能和较高的可靠性。 1.4 plc工作原理plc采用循环扫描工作方式，在plc中用户程序按先后顺序存放，cpu从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。plc扫描过程包括：内部处理、通讯操作、程序输入处理、程序执行、输出处理。 1.5 plc的应用领域 plc在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、电力、机械制造、汽车装卸、造纸、纺织、环保及娱乐等各行各业。它的应用大致可分为以下几种类型：1、用于开关逻辑控制；2、用于机械加工的数字控制；3、用于机器人控制；4、用于闭环过程控制及构成dcs；5、用于实现无人化管理自动化等。2 plc控制系统设计原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计plc控制系统时，应遵循以下基本原则： 2.1 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥plc的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计plc控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2.2 保证plc控制系统安全可靠保证plc控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证plc程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。2.3 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。2.4 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择plc、输入/输出模块、i/o点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。3 plc编程基本原则plc编程的基本原则：1、复杂的程序结构来减少触点的使用次数。2、梯形图每一行都是从左母线开始的，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。3、除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都要被执行的程序段，可以通过特殊的内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。4、在程序中，不允许编号相同的线圈两次出现。5、不允许出现桥式电路。6、程序的编写顺序应按自上而下、从左至右的方式编写，为了减少程序的步数，程序应为“左大右小，上大下小”。 4 净水污水处理过程图4.1净水污水处理图 图1 净水污水处理图 4.2 功能要求致力于给水净水处理,污水处理,中水回用等领域反渗透设备,软化水处理纯净水设备,生活污水处理设备,工业污水处理设备,污水处理设备中水回用处理 ,污水处理工程等相关技术的开发及应用，为市政、工业给排水项目提供工程设计、设备制造、安装调试、运行管理、人员培训等系列服务，并且专业提供水处理化学药剂的研发和生产。 4.3 44444.3净水污水处理流程图 净水污水处理流程图如图2所示：图24.4 梯形图图3 净水污水处理梯形图4.5 工作过程污水处理自动控制系统对plc的性能提出了更高的要求，作为污水处理自动控制系统的核心控制器，其必须具备以下几大功能特点：首先本身必须稳定可靠，并具有预先处理数据和集中传输数据的能力，具有较高的故障保护能力；其次，控制分站本地控制器可以独立承担控制分区的基本控制任务，即使监控站或者监控中心因故障停止运行，相邻区域的控制器也能交换数据信息；再次，当某控制站的控制量出现变化时，可按预定方案和程序采取相应的算法，对相关区域的控制对象，比如泵或者加药系统等做出相应的调整。因此，它必须至少有如下功能模块，数据采集存储处理功能（实现集中和独立工作方式，尤其是在独立控制时能与相邻控制器实现数据交换）；通信功能、容错功能、自动诊断功能和本地操作功能（即能带触摸屏）。4.6程序调试必须综合考虑整个监控系统的性能要求和自然条件以及运营周期对设备的要求进行选择，尤其在极端气候和恶劣环境状况条件下或较大规模的污水处理厂，需要选择性能更好的双机热备冗余的plc， 通过编程，将编好的程序下载到plc中进行运行调试，检查程序是否有错误，是否能够实现相应的功能控制。调试时，可根据功能模块分类分别调试，最后进行总体调试。 在该控制程序中，需要根据外界输入的状态来控制清污机、潜水泵，以及污泥回流泵的启停，因此需要按照液位传感器和液位差计反馈来的信息进行判断处理，然后再进行输出控制。 总 结从系统的设计来看，除考虑系统的规模和设计方法外，也要考虑新技术的应用，使整个系统既先进又实用；从系统的结构来看，由于系统的可靠性受主控制器的制约，并不适用于全分布式现场总线控制，采用对等的自愈网络是今后的一个发展趋势；从系统的控制来看，当前我国污水处理厂监控存在着只监不控，或监强控弱的现象，各种控制信息没有得到很好利用，对于污水处理厂控制，要针对不同现象，采用不同的控制方法。污水处理控制系统是一个比较复杂的综合系统，它包括与之相关的生产流程、相关生产设备，现场计量自控检测仪表的选用、控制流程的模型建立、对 plc系统软硬件应用研究等。本文详细阐述了污水处理流程、控制系统总体方案以及具体的软硬件实现。通过题设计和调试，基本上完成了对plc污水处理系统的设计，达到了预期的设计目标。在这个过程中，使我学到了很多知识，积累了许多宝贵的经验，锻炼了自己的独立思考能力和实践动手能力。进一步加深了解了plc在实践当中的应用。熟悉了plc硬件的工作原理，完成了整个系统的模拟调试，通过对系统的不断修改和调试，基本上达到了预期的设计要求。参考文献1常晓玲.电气控制系统与可编程控制器 m.北京：机械工业出版社，2004.2孙振强，王晖，孙玉峰.可编程控制原理及应用教程 m.北京：清华大学出版社，2005.3唐宇毅.电厂含油工业污水处理的plc控制系统设计m.广州：广东工业大学出版社，2005.4廖常初.plc编程及应用 m.北京：机械工业出版社，2005.5张培山，钟昆.基于plc的工业污水处理厂自控系统的实现j.控制系统,2006.6李英辉，赵豫龙，戴青云.基于plc的中水处理系统j.石家庄职业技术学院报,2008.7何献忠.工业工业污水处理的plc控制应用j.湖南冶金职业技术学院学报，2004.8张燕宾.spwm变频调速应用技术（第3版）m.北京：