毕业设计（论文）-基于PLC的水中含油量自动检测系统.doc

本科毕业论文（设计、创作）题目： 基于PLC的水中含油量自动检测系统 学生姓名： 学号： 103402033 所在系院： 专业： 电子信息工程 入学时间： 2010 年 9 月导师姓名： 职称/学位： 副教授/硕士 导师所在单位： 完成时间： 2014 年 5 月安徽三联学院教务处 制安徽三联学院毕业论文基于PLC的水中含油量自动检测系统摘要:污水处理自控系统在当今社会许多国家都得到了广泛的应用，但是在中国这方面的技术是比较落后的，同时面对日益严重的水污染，它的处理成本日益增高，并且污水厂排放的污水经过处理的水质不稳定。在此环境下，研究一种有效的污水检测系统显得非常必要。其中污水中含油量的检测在整个污水处理过程中是非常重要的。设计介绍了基于PLC水中含油量检测系统在污水处理过程中的起到至关重要的作用，并且介绍了它的工艺流程，系统硬件组成结构以及设计过程、工作原理及PLC控制系统的设计基本原则和步骤。根据油水中的情况,来处理相关设计电器控制与自动控制线路的设备，其由运行备的的开关、故障信号的状态和信号的采集等组成，最后本系统设计出了符合工艺要求的PLC控制系统。关键词:污水处理； PLC； 工艺流程 The system of water oil contentAutomatic detection based on PLCAbstract: In todays society automatic control system of sewage treatment have been widely used, but this technology is relatively backward in China. While the face of increasingly serious water pollution, and its increasingly higher cost of processing, and wastewater treatment plant effluent dischage after water treatment instability. In such a lager background, an effective detection system water is very necessary. Wherein detecting the amount of water in the oil in the wastewater treatment process is very important. This paper introduces the PLC detection system based on the oil content of the water plays a crucial role in the sewage treatment process, and describes the design of its processes, structure, and composition of the system hardware design process, working principle and the basic principles of PLC control system and steps. According to the first water treatment requirements to design electrical control equipment and automatic control circuit, including switches, fault signal acquisition and signal the state of preparation of the operation, the final design of the PLC control system meets the technical requirements.keywords：Sewage treatment; PLC; technical process1安徽三联学院毕业论文目 录第一章 绪论11.1课题研究背景及意义11.2具体内容1第二章 PLC介绍22.1 PLC的产生、用途22.1.1 PLC的产生22.1.2 PLC的用途22.2 PLC的组成与工作原理22.2.1 PLC的组成22.2.2 PLC的工作原理32.3水中含油量检测技术在污水处理中的功能要求32.3.1信号输入32.3.2控制输出信号3第三章 硬件系统配置53.1主要组成部分63.2电气控制系统63.3水中含油量检测系统的工作原理73.3.1控制系统的工作原理73.3.2工作过程73.4 PLC选型及PLC的I/O资源配置83.4.1数字量输入部分83.4.2模拟量输入部分83.4.3模拟量输出部分93.5其他资源配置9第四章 软件系统设计104.1总体流程设计104.2软件实现114.3 梯形图程序15第五章 总结18参考文献20致 谢19I第一章 绪论1.1课题研究背景及意义在接下来的十年里，中国将投资超过2500亿元在工业污水处理这一块，其中包括超过300亿元的重工业污水处理设备。通过先进的实用技术进而来改造传统的技术，广泛应用于自动控制技术和环境保护工程，实现自动控制，促进环境保护升级，实现绿色发展战略的必不可少的重要环节。在此条件下拥有庞大的经济效益、条件效益及经济效益的研究课题是工业污水处理电气化控制处理系统的重要部分。我国大多数城市和地区都已经出现严重缺水的情况了,而且从地理上分布上观察是非常不均匀的。现如今，在最新的参数对比、使用特定的流量自动控制检测仪表、PLC 控制系统技术在工业污水处理控制系统领域所起到的作用是非常明显的。在当今社会正处于高速发展的大背景下，工业生产极大的提高了国家的经济发展，但同时也出现了像类似于大气污染，土壤污染，水污染等一系列的环境问题，其中水资源是人类赖以生存的物质基础，这就使得各个国家对水污染的治理不断的加大力度。根据中国经济互联网统计和剖析，按眼前举国上下常规需要，每年有300 亿到400 亿立方米水量短缺，就这数据显示已经超过了洪涝灾害直接造成的经济损失高达2300 亿/年。人们的日常生活和我国的经济建设和发展直接受到水资源的匮乏和污染的影响。所以必须降低工业污水处理成本，提高环境保护意识，建立可持续发展战略的社会，这些都必须要通过我国污水厂的自控系统设备来改善。1.2具体内容本课题重要计划的始末是以PLC为基础测水中含油量为核心，由工业污水处理工艺和工业污水处理系统两部分组成。通过处理工业污水为载体，从而介绍基于PLC水中含油量检测系统的重要性，主要由以下内容组成:1说明了PLC的基础结构，在产品中工作规律；2对工业废水处理在PLC硬件系统设计中的应用；3认真分析PLC设计软件的工业废水处理系统。第二章 PLC的介绍2.1 PLC的产生、用途在控制系统刚刚起步的时候，人们的要求也比较低，我们通常大多数都只采用继电器接触器控制系统，但随着我国电子科技的高速发展，人们已经不能够满足这样的控制了，主要因为控制太繁琐，复杂，不够简单，所以人们在不断的研发简单，实惠，维护各方面都应提高的控制形式，所以PLC控制系统应运而生，早期的控制系统就逐渐的被淘汰了。2.1.1 PLC的产生早期主要采用继电器、接触器或电子元件来实现作为电气控制装置即继电器控制系统。1968年，通用控制装置产生，美国通用汽车公司提出一种便于适应生产工艺不断更新需要的设想，综合了灵活通用等优点,其与继电器控制系统的操作简单易懂、价格实惠等优点有机的结合起来。第一台PDP-14可编程逻辑控制器于1969年被研制成功。因为当时这种控制功能只能进行逻辑运算用于顺序控制，所以被称为可编程序逻辑控制器。2.1.2 PLC的用途1.顺序控制2.运动控制3.过程控制4.数据处理5.通信网络2.2 PLC的组成与工作原理2.2.1 PLC的组成PLC的组成与计算机的组成非常的相似，因为它的本质也就是一种工业控制计算机。在硬件上包括以下几个方面：1.中央处理器（CPU）单元2.存储器单元3.输入/输出单元2.2.2 PLC的工作原理PLC与普通计算机一样有着串行工作方式，CPU处理各项任务是分时操作完成的，计算机在每一个瞬间只能单独做一件事，不能同时做多件事情，所以程序是通过依次完成相应的各电器的动作进行执行指令的。PLC是按集中输入输出不断的周期性循环扫描的工作方式进行工作的,操作方便简单。CPU从开始的第一条指令执行，且按顺序执行，从用户程序开始到结束，然后返回第一条指令，重新开始新的一轮扫描。PLC工作原理就是进行这样循环扫描的。2.3水中含油量检测技术在污水处理中的功能要求水中含油量检测系统的主要功能是通过处理输出符合国家标准的水质的方法来完成对城市污水的水中含油检测的作用，该系统通过城市中排除的污水处理，进一步得出一系列数据。随着时间的推移，虽然水中含油量检测系统技术得到了一定的发展，但仍然不能够满足城市发展的需求，由于设备运转率低等因素,造成城市发展收到严重的影响。水中含油量检测技术的实现方式简单、速度快、能耗低的效能，控制过程的自动化，PLC为核心控制器测量水中含油量是一个很好的建议。2.3.1信号输入（1）开关的种类。由自动开关、手动开关、启动开关、一级分离筒启动开关、自动排油阀启动开关、三通阀启动开关、手动排油阀启动开关、泄放阀启动开关。（2）输入油分浓度的测试。油分计对油水分离器中处理过的水中的油分浓度进行持续的记录的功能,如果处理过的水中的浓度超过15ppm时，此时报警器就会自动报警，并通过三通电磁阀的开关，把处理过的不合格的水自动返回污水中。（3）输入流量信号测试。记录排放出的污水量并且送至监控中心进行监控。（4）输入控制指令的检测。排放标准不管达到还是达不到，CPU都必须要有输入信号，然后进行下一步动作的元器件都是由CPU决定的。2.3.2控制输出信号信号输出部分由数字量输出（各种设备的接触器）和模拟量输出（用来控制各个阀）两个方面构成：（1）数字量输出。用于控制格分离筒、加热器、排油阀等的。（2）要想对污水油量进行控制，需要对PLC中的PID进行运算后，得出数据后，模块功能输出油分浓度信号。第三章 硬件系统配置如果想要设计出特定的控制系统，需要根据它的结构特点来设计。因为不同的设备对应的结构特点存在不同之处，不同的特点对应的控制系统也各异。如下图3-1 是污水处理系统中含油量PLC硬件的连接图。I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2 Q1.2I1.3 Q1.3COM Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 COM底泵开始底泵关闭油水分离器开始油水分离器关闭一二级分离筒油水分界面触点开关油分浓度15ppm驳油泵开始开关故障复位开关故障消声开关维修周期复位开关监控复位开关底泵电机底泵运行显示灯清水阀清水阀显示灯电机专用泵电机专用泵显示灯一级排油电磁阀一级排油电磁阀显示灯二级排油电磁阀二级排油电磁阀显示灯排水阀回水控制阀电机废油泵故障警示灯蜂鸣喇叭维修周期显示灯图3-1 污水处理系统中含油量PLC硬件连接图3.1主要组成部分油水分离器主要有三个组成成分，包括油过滤设备，石油含量计（报警和记录）和自动停止设备。图3-2 油污水处理系统此系统中每一级都起到很好的作用，比如污水暂存柜的作用，就是对污水起到适当的粗分离作用，之后的滤器只让液体和气体通过作用，对其中的固体微粒起到分离出去的效果；并油分浓度在100106以下的情况下才能通过第一级油水分离再经过管路进入到第二级分离器；在这里油水分离器所起到的作用是，将空气中凝聚的水分和油分等杂质压缩，初步净化压缩空气。在此系统中，油水分离器设备容易损坏或失效，因为水中的油分和杂质是以各种形式存在的，运行量非常大，所以导致此后果。打开第一级和第二级油水分离器系统，使其工作，再打开p2泵，使底部的污水流入油水分离器中，污水分离后通过浓度计观测。观测的结果有两种情况，第一种是达到了排放的标准时，电磁阀V2自动打开，污水经过流量计排出，从而流量计将污水量记录下来，并送至监控中心进一步观察；第二种就是达不到排放的标准时，电磁阀V3自动打开，污水就会流回底部的污水储存槽，并发出声光报警信号。3.2电气控制系统电气控制系统分为三个方面，其分别是操作面板、显示面板、电气控制柜。3.3水中含油量检测系统的工作原理3.3.1控制系统的工作原理PLC是系统的电气控制系统的核心控制器,其总框图如图3-3所示。 图3-3 电气控制系统框图3.3.2工作过程在此控制系统中，油水分离器是至关重要的，不过此工作过程相当简单，就运行速度要求来说，是相对较低，所以我们选择西门子PLC S7-200，因为它的性价比很高。且对输入信号进行收集和处理，达到控制信号的输出的作用，控制中心是PLC。监控系统的运行必须要对各种参数和监控指令进行设置，设置的路径是通过一系列20个按键的特殊键盘，系统监控状态、操作条件和参数是通过4行液晶显示器提供的，根据时间和日期的面板式打印机各种情况记录。完成这一系列的信号，最后这些信号被发送到上位机PC只读数据库，是通过RS-485传送的。 3.4 PLC选型及PLC的I/O资源配置3.4.1数字量输入部分表3-1 数字输入量地址分配输入信号输入的设备输出信号输出的设备I0.0底泵启动Q0.0泵电机运行控制I0.1底泵停止Q0.2控制清水阀I0.2油水分离器启动Q0.3清水阀指示灯I0.3油水分离器停止Q0.4专用泵电机的运行控制I0.4一级分离筒油水分界面触点Q0.5专用泵工作指示I0.5二级分离筒油水分界面触点Q0.1底泵工作指示I0.6含油浓度15ppm触点Q0.6/Q1.0一二级分离筒排油电磁阀控制I0.7驳油泵Q0.7/Q1.2一二级分离筒排油电磁阀工作指示I1.0故障复位按钮Q1.3回水控制阀I1.1故障消声按钮Q1.4废油驳运泵的电机运行控制I1.2维修周期复位按钮Q1.5故障报警灯I1.3监控复位按钮Q1.6蜂鸣器3.4.2模拟量输入部分模拟量输入部分需要扩展模拟量输入输出模块一个，作用是收集反馈的溶解氧仪数据，具体的I/O分配，如下表3-2所示。表3-2 模拟量输入地址分配输入地址输出设备AIWO油分浓度的传感器3.4.3 模拟量输出部分在本控制系统中要将模拟量数据进行处理，而后，控制变频器，再依次控制其他的设备，如下表3-3所示。表3-3模拟量输出地址分配输出地址输出设备AQWO经过PID运算后输出3.5其他资源配置要想此系统是一个完整的系统，必须要有主机PLC的控制功能和扩展模块，其次还要有各种各样的传感器、接触器和变频器和其他设备。主要介绍了在水中含油量检测测量和基于PLC的控制系统在污水处理中的应用，在这里就不做介绍了。第四章 软件系统设计4.1总体流程设计是否否否是是否是否系统初始化P泵运行计时器延时打开一级油水分离器是否向二级油水分离器排放延时是否排放油分浓度正常打开电磁阀计时器延时计算瞬时排放继续排放计算总排油量打印报表报警打开电磁阀油污水中的浓度有一个标准，为1510-6，如果小于1510-6，显示器显示子程序变成数字显示，并且返回到主程序，然后开始下一个周期达到采样的状态。如果大于1510-6，系统的报警子程序将会自动开启，并且系统会自动关闭电磁阀V2，自动打开电磁阀V3，污水会随之排出。油量瞬时排放率也有两种情况，达到20 Ln 英里，报警器就会进行预报警；达到30 Ln 英里，报警器会自动进行报警，在此时排出阀会自动关闭关闭。4.2软件实现LD I0.0LD Q0.0OLDAN I0.0= Q0.0LD Q0.0= Q0.1LD I0.2LD T35OLDLD Q0.2OLDAN T33AN MOAN I0.3= Q0.2=T32 K3000A T32=T33 K30LD Q0.2= Q0.3LD T33O I0.4OLDAN T35AN I0.3= Q0.4=T34 K3000A T34=T35 K120LD Q0.4= Q0.5LD I0.4AN T0= Q0.6LD I0.4O Q0.6OLDAN T0= Q0.6=T0 D8036LD Q0.6= Q0.7LD I0.5O Q1.0OLDAN TI= Q1.0=T1 D8031LD Q1.0= Q1.1LD Q1.0= Q1.1LD I0.6= Q1.2LDN I0.6= Q1.3LD I0.7= Q1.4LD I0.6AN I1.0= M0AN T2= Q1.5LD I1.1A M0= M1LD I1.1A M1OLDA M0= M1LD M0AN M1= Q1.6AN T3=T2 K10A T2=T3 K10LD I1.2A C16RST C16LD I1.2A C17RST C17LD I1.2A C17RST C17LD M8014=C16 K3000LD C16=C14 K40LD C17O Q1.7OLD= Q1.7LD I1.3A C20RST C20LD I1.3A C1RST C21LD Q012A M8014=C20 K3000LD C20=C21 K4004.3梯形图程序19安徽三联学院毕业论文第五章 总结水中含油量检测系统包括与它息息相关的生产流程工艺、生产的一些相关设备的一个相当复杂的综合系统。与之相关的设备有现场计量自控检测仪表的选用，建立流程控制的模型，研究 PLC系统软硬件应用等。概述了水中含油量监测系统基于PLC在工业废水处理过程中，控制系统总体规划和具体的硬件和软件设计。在这四个月的研究设计过程中，对于本论文的研究课题，基本上实现了预期的设计目标。在这段时间里，通过查阅资料，我学到了很多学校课堂上没有学到的知识，积累了很多人生宝贵的经验，在独立思考能力方面得到了很大程度的提升，对于我以后的工作都是很重要的在研究设计过程中主要还是两个方面的大问题，硬件和软件。在工业污水处理系统方面，硬件的主要问题有机械的结构、硬件的不同选择和PLC外围的电路设计和结构布线几个重要组成成分。PLC外围硬件连接需要添加一些保护装置。因为输出的接触器原件与其他元件相连突然打开和关闭接触器可能使PLC的输出终端造成损坏，所以需要对一些设备进行保护。软件程序方面的问题在于，起先，利用电脑上模拟软件检查仿真软件是否有任何错误。致 谢回想在这四个月的毕业设计过程中，首先要深深的感谢我的指导老师。在准备论文写作过程和最后阶段大量的帮助和指导。老师教给我一些学习方法和技巧处理问题，不管是在生活还是学习都受益匪浅。本课题在选题及设计的过程中，老师经常给予我不同的指导，并给我出谋划策，帮助我顺利完成我的设计。在教导的过程中，老师细心教导，并加以鼓励，不仅教我论文的问题，还教我做人的道理，对我以后的学习和工作中都有着很大的影响，在老师的指导下，我的设计思路明确，使我的毕业论文顺利过关，我非常感谢我的指导老师。最后感谢四年来，老师对我孜孜不倦的教导，并同时感谢在学习的过程中同学的帮助，教会了我为人处世的道理。在此我要感谢在论文设计中，借鉴书籍创作的老师们，因为他们的辛苦创作，为我的论文设计提供了极大的便利，并丰富了我的知识面，为我以后的学习提供了更加丰富的资源。 参考文献1常晓玲.