毕业设计（论文）-基于PLC的化工厂污水处理系统设计.doc

毕业设计（论文）题 目基于PLC的化工厂污水处理系统统设计 系 （院）电气工程系专 业电气工程与自动化班 级2010级3班学生姓名学 号指导教师 职 称 助教二一四年六月二十日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 年 月 日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 年 月 日滨州学院本科毕业设计（论文）基于PLC的化工厂污水处理系统设计摘 要随着城市的快速发展，环境问题显得日益重要。污水是破坏环境的一个重要因素，日前中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水站排放的处理过的污水的水质不稳定，因此本论文将主要研究污水处理系统的PLC控制系统，所以如何建立有效的控制系统，优化运行效果，具有重要的意义。本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于PLC控制的污水处理系统。本文首先介绍了基于PLC污水处理控制系统的工艺及相关流程，控制系统硬件结构及设计，以及基于PLC的化工厂污水处理控制系统软件设计。本系统先根据污水处理要求设计了设备的电气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，其包括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制的PLC控制程序。关键词：污水处理，PLC，工艺流程Chemical Plant Wastewater Treatment System Design Based on PLCAbstractWith the rapid development of the city, the environment problem is increasingly important. Sewage is an important factor to break the environment. Chinese sewage treatment automatic control system is relatively backward at present. Sewage treatment cost remains high. Sewage plant emissions of treated sewage water quality is not stable. so this paper will mainly study the sewage processing system of PLC control system. It has the vital significance how to establish an effective control system and optimize the running effect.This paper introduces the basic technology of sewage treatment factory and processes and through the study designing a set of sewage treatment system based on PLC control. This paper first introduces the sewage treatment control system based on PLC technology and related processes, control system hardware structure and design, and chemical sewage treatment control system based on PLC software design. This system according to the requirements of sewage treatment first designs the equipment of electrical control and automatic control circuit, mainly including equipment start-stop, state signal, the fault signal and the signal acquisition and so on. According to requirement of process it designs the PLC control system, and finally it includes PLC type selection, system resource allocation, and according to the sewage treatment process of PLC control program.Key words: sewage disposal, PLC, process flowii目 录第一章 绪 论11.1 课题目的和意义11.2 国内外发展状况21.3 研究的主要内容3第二章 工业污水处理控制系统总体介绍42.1 工业污水处理基本概念42.2 常用的工业污水处理工艺42.3 工业污水处理系统控制形式42.4 工业污水处理系统的功能要求52.4.1 信号输入52.4.2 控制输出信号5第三章 硬件系统配置63.1 主要组成部分63.2 电气控制系统83.3 工业污水处理系统的工作原理83.3.1 控制系统总体框图83.3.2 工作过程93.3.3 工业污水处理系统主电路设计93.4 PLC选型103.5 PLC的I/O资源配置113.5.1 数字量输入部分113.5.2 数字量输出部分123.5.3 模拟量输入部分123.5.4 模拟量输出部分123.6 接触器选型133.7 液位差计143.8 溶解氧仪14第四章 软件系统设计154.1 总体流程设计154.1.1 手动模式154.1.2 自动模式164.2 氯气投加环节244.3 絮凝剂投加环254.4 PID控制25第五章 调试和运行结果265.1 硬件系统的调试265.2 软件系统的调试265.3 运行结果26第六章 结 论28参考文献29谢 辞30II第一章 绪 论中国是一个水资源短缺和分布不均匀的国家。同时，在中国大部分城市和地区，水生态系统受到严重破坏和威胁。因此超过90%的城市水污染严重，近50%的重要城镇水资源不符合标准的饮用水。特别是随着城市工业化与城市化进程加速，水和污染物的排放量迅速增加，水资源危机将长期存在，并有一个快速的上升趋势。人与自然的和谐相处是创造良好的水环境，促进人类的可持续发展的重要措施。因此，对即将实施的工业废水处理工程的实施刻不容缓。很多迹象表明，水资源缺乏无疑会成为瓶颈限制经济连续和谐的成长，于是世界各地越来越多的关心水处理和水回收，经过种种技能来进一步提升给水质量，提高经济效益。和工业废水处理过程中，厌氧好氧处理后，污水在高温下，天然气和其他可再生能源可以为工业生产提供二次能源，实现废物的再利用、循环经济。经济增长和环境保护，工业废水处理，反映了其必要性和紧迫性，各种污水处理后才排放是每一个企业的基本要求。工业废水处理厂，对于不稳定和各种废水成分复杂的污水源，提出很高要求的工业废水的处理工艺和控制方法。1.1 课题目的和意义地球上任何地区的经济发展，都可以增加社会进步，促成工农业生产实力，让人民生活得到进一步改进，但也会带来各种各样的环境污染的项目。污染引起了世界各国政府的关注，水污染问题的控制都包括在世界环境组织的议程中。中国是一个严重缺水的国家，而中国年平均水资源总量为28000亿平方米，是世界上第六位，人均水资源量是2220平方米，居世界第110位，被联合国列为世界上13个缺水地域之一。当前我国大约300座都市缺水，很缺水的城市50个。年缺水总量约为300亿400亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达2300亿元，超过洪涝灾害。水资源缺乏和水污染问题，影响了人们的日常生活，严重影响咱们国度的发展和经济建设。特别是在中国的北方城市，如北京、沈阳水资源更加短缺。按照国家发展计划，在15个县城市建设污水处理厂，如何保证流程的正常运行，减少运行成本成为环保部门，城市建设部门关心的问题。当前我国“33211”工程的重要污染，即在“三江”(淮河、海河、辽河流域)，“湖泊”(太湖、巢湖、滇池)，“两个”(酸雨控制区和二氧化硫控制区)，“一个城市(北京)”，“海”(渤海盆地)。城市污水处理在中国的能耗为0.365千瓦时/m3，日本0.304千瓦时/m3，美国为0.243千瓦时/m3，同时我们的员工比这些国家多，但它远远低于这些国家的城市污水深度处理。这一结果的原因主要是:低水平的污水处理厂管理、自动化控制。所以建立吻合我国国情的废水处理自动控制系统，对降低污水处理资本，改进环境，创建成为可持续发展的国家，因此对于维持中国家的经济飞速成长具有重要意义。 1.2 国内外发展状况在一些发达国家，如美国，日本，西欧等国家，因为这些国家经济发达，在早期就实现工业现代化。发达国家，经济发展迅速，环境和水污染问题也较早显现出来，但是也获得了政府的关注，发达国家投入了巨额的人力和物力资源和水处理研究。这些国家在同一时间进行研究新的水处理理论与技术，而且还进行污水处理自动控制系统的研究。发达国家前后投资研究高效率型的污水处理设备和自动化控制仪表。这些国家通过许多年的努力，废水处理率已经到达80%到90%，顺利处理了都市和工业点源污染问题。一些国家已经注意到废水的再利用，如以色列的污水处理效率达到90%。工业废水处理技术在中国从“七五”国家科学和技术研究开始逐步研究。其后地十年研究项目是对氧化塘、土地处理和复合生态系统等自然处理技术研究更重要和研究更多，这些成果被看做是设计基础，创建一些氧化塘、土地处理污水的试点项目。在手工加工技术，“八五”对生物膜污泥负荷，高负荷，一体化氧化沟技术的研究。研究的成果已经大批应用于工业污水处理厂。污水处理厂污泥处置问题在科学研究第九个五年计划中得到重视，并支持成套污泥处理的发展。经过“七五”，“八五”和“第九个五年”间的努力，工业废水处理技术在中国取得了很大的成就。当前在污水控制技巧方面，我国已经可以供应传统活性污泥法工艺，种种新技术的活性污泥法，如：水解酸化有氧技术。这些技术在中国的工业污水处理控制系统中，已经发展到了一个新的阶段。通过污水处理技术的不断更新和进步，中国的污水处理效率也会不断的得到提升。但是，当前中国工业污水处理的工作重点是技术研究具体项目的实施。1.3 研究的主要内容这个课题主要研究的内容是工业污水处理工艺与工业污水处理系统的组成和PLC控制系统的设计，主要由如下内容组成。（1） 介绍工业污水处理的基本内容，包含工业污水处理的工艺流程和工业污水处理的发展现状；（2） 介绍PLC的工作原理与基本结构，同时对工业污水处理控制系统进行设计分析；（3）对工业污水处理的硬件系统进行设计与分析；（4）对工业污水处理的软件系统进行设计与分析；（5）对工业污水处理系统进行调试与运行。第二章 工业污水处理控制系统总体介绍2.1 工业污水处理基本概念由城市、生活、生产产生的污水或企业局部处理后的生产污水，常常都排入城市排水系统，因此把生产污水和生活污水的混合污水称为工业污水。这些污水除含有各种有机物和无机物以及一些微生物外，还含有病毒、细菌等让人致病的微生物。通过污水处理后的水，最后使用的方式有三种：灌溉领域；放电；重复使用。污水处理的最终目标是：（1）最主要的是除去水中的杂质污泥等，让水合格。（2）为了满足用水的需求，因此在水中加入新的成分以改变水的化学性质，如循环冷却水中加缓蚀剂以控制腐蚀和结垢，食用水中加氟以防止龋齿病等。（3）改善水的特性的处理方法，如降低水的粘滞度，水的冷却等。2.2 常用的工业污水处理工艺在污水处理的过程中由于环境和对象的不一样，就会产生不同的处理方法。在选择工业污水处理方法的过程时，必须认真考虑当地污水的情况，以及工业废水处理的实际情况。在污水处理的过程中一般有三种处理方法：物理和化学以及生物法。根据污水处理的现实情形，可以分别使用这三种方法中的一种，也可以混合使用。当前，主要的处理方法是生物法，其他两种为辅。污水处理还有如下方法，如接触氧化工艺、SBR、A / 0法等。在工业和生活中产生的污水主要是运用生化法，应为这是最经济和最实用的，根据不同的条件，选择不同的污水处理过程对投资和运行有很大的影响。2.3 工业污水处理系统控制形式早期的控制系统与现在的控制系统有很大的区别，因为随着高科技的快速发展和不断改的控制方式，所以早期的控制系统越来越不符合当下的要求1 ，因此慢慢的退出了历史舞台，现在的控制方式是DCS和现场总线控制以及PLC控制方法等。其中PLC系统既可以实现控制功能也可以作为上位机实时监控生产过程。其特点有：容易编程和开发周期短以及易于维护，通用性强使用方便和控制功能强以及结构完整。2.4 工业污水处理系统的功能要求工业污水处理系统的主要功能是对污水的净化，将废水通过污水处理系统处理后输出符合国家水质标准的水。很长一段时间，尽管工业废水处理技术得到了快速发展，但仍滞后于城市和工业废水处理的发展需求，低操作率极大地影响了城市的发展。为了工业废水处理技术能够实现简单，效率高，能耗低，过程自动控制，采用PLC为核心的控制器，是一个很好的解决方案。采用PLC控制系统可以实现很多功能，并且操作简单。与各种各样的人机界面结合可以完成监控PLC控制系统，与此同时，用户可以通过该界面控制PLC系统。现在对技术的要求越来越高，如远程监控和网络数据传输等2。因此一般都会用到PLC处理器。使用PLC处理器的系统主要包括两个方面：信号输入与控制信号的输出。2.4.1 信号输入污水处理系统的工业信号输入主要包括四种信号的检测主要有：液位差的检测、输入键的检测、氧含量的检查。（1）液位差的输入检测 检查粗细栅格的液差，然后就可以控制清污机的启停。 （2）按钮输入检测 一般为人工方式控制的输入检测，主要包括手动和自动按钮等。（3）含氧量输入检测 为模拟量输入。（4）液位高低输入检测。2.4.2 控制输出信号在信号输出方面有两种方式分别为：模拟量和数字量。（1）模拟量输出 模拟量经过PLC计算变成数据后，于是通过功能模块输出相应的控制信号来控制相应的部件。（2）数字量输出 控制各类设备的启停。第三章 硬件系统配置氧化沟是一种工业废水处理系统的重要环节，其结构形式的不同形成了氧化法不同，例如，奥贝尔和一体化氧化沟的方法，对不同的结构，其配套的设备也完全不同，所以它的结构是复杂的，不同的结构不同的控制系统，所以我们需要根据不同的结构特点设计相应的控制系统。3.1 主要组成部分工业污水处理系统具有如下特点：设备多和结构复杂。系统的组成部分和系统总流程图如图3-1和3-2所示。 图3-1 主要组成部分图图3-2 系统总流程图（1）进水系统。进水系统主要有进水管道和进水泵房组成，进水管道主要由粗格栅机组成，进水泵房主要有两台潜水泵组成。进水管道的主要功能是将污水中的大块物体排除，其中的粗格栅是根据程序设定的时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止是根据粗格栅两侧的液位差来决定的，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行。进水泵房中的潜水泵运行及停止是通过安装在泵房内的液位传感器来决定的，当液位较低时只启动一台潜水泵，当液位较高时启动两台潜水泵3，若液位持续升高时，则输出报警以示意有故障发生。（2）除砂系统。除砂系统主要由细格栅系统和沉砂池组成，细格栅系统是由细格栅机和转鼓清污机组成，沉砂池的主要设备是分离机。细格栅系统的主要功能是进一步净化污水中的颗粒物体，将污水中细小的沙粒滤除，其中的细格栅机是根据程序设定时间进行间歇工作，而转鼓清污机的运行和停止则根据细格栅两侧的液位差来决定，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行，这和粗格栅系统的运行方式一致。沉砂池中分离机的运行和后续处理中的转碟曝气机的运行同步，即启动转碟曝气机的时候同时启动分离机，对沉砂池中的沙粒进行排除。（3）氧化沟系统。氧化沟系统由氧化沟和污泥回流系统构成，氧化沟是工业污水处理系统中最重要的环节，因此控制量较多，控制过程叫复杂，包括转碟曝气机和潜水搅拌机，污水回流系统主要有污泥回流泵构成。氧化沟的功能是对污水进行生化处理，分解污水中的有害物质，使其达到一定的水质标准，其中是转碟曝气机是关键设备，在氧化沟中设置有溶解氧仪对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈到PLC的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。潜水搅拌机的作用是推进水流，同时使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈的搅拌状态，使他们充分混合接触。使活性污泥的生化反应更加充分，这样才能最大程度地分解污水中的有害成分。污水回流系统的污泥回流泵将剩余的污泥及使用过的污泥进行处理，该设备的运行与停止主要根据泵房内液位传感器的状态4，当液位低于某个值时停止回流泵的运行；当液位持续高于某个高位时，回流泵停止运行同时输出报警信号；液位处于正常状态时，回流泵正常运行。（4）沉淀系统。沉淀系统主要设备为刮泥机，其功能是对进行氧化沟处理后的污水进行物理沉淀，将污泥和清水分离，刮泥机在整个系统启动后就开始持续运行。在该系统中用到一定化学药剂主要包括混凝剂、絮凝剂、复合碱等，主要用来调节改善混凝条件及絮凝体结构，利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用，使细小松散的絮凝体变的粗大而紧密，容易发生沉降。（5）污泥脱水环节。污泥脱水系统主要包括离心式脱水机，其主要功能是对氧化池中处理过污水的活性污泥进行脱水处理，由于对污水进行处理后，活性污泥中有新的微生物及其他杂质，因此需要先对活性污泥添加一定量的药物，便于污泥脱水。离心式脱水机主要有聚合物泵、污泥机和切割机构成，以上设备按照顺序控制的方式启动，依次启动聚合物泵、污泥机和切割机，完成对污泥的脱水处理。3.2 电气控制系统电气控制系统主要包括操作面板、显示面板、电气控制柜等单元。由于在该系统中需要检测较多的数字输入量，并且还要检测模拟量的输入，根据设定的程序进行数据处理后，输出控制信号，因此系统的控制逻辑与时序就需要严格照检测信号的输入进行控制。（1）操作面板。操作面板主要包括手动、自动、各类设备的启动按钮等。（2）显示面板。显示面板由于要显示较多的数据，因此一般采用触摸屏或者人机界面。（3）电气控制柜。电气控制柜是电气控制的核心设备，主要包括变频器、各类传感器的输入信号、PLC及其扩展模块等。3.3 工业污水处理系统的工作原理3.3.1 控制系统总体框图工业污水处理系统的电气控制系统总框图如图3-3所示，PLC为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。图3-3 电气控制系统框图3.3.2 工作过程在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停控制，其工作过程如下。（1）接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。（2）运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环进行。（3）根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行与停止。（4）进水泵房中的潜水泵根据液面高低进行运行、停止及运行数量的控制。（5）转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行与停止。（6）污泥回流泵的运行与停止根据液面的高低进行控制。（7）在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。3.3.3 工业污水处理系统主电路设计图3-4为工业污水处理系统的主电路图的部分图。三台电机分别为潜水泵电机（M1）、清污机电机（M2）、转碟曝气机电机（M3）。接触器KM3、KM2、KM6分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM5、KM9分别控制M1、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台电机过载保护用的热继电器；QF1、主电路的空气开关；FU1为主电路的熔断器。选用的MM430变频器是用来控制电机M1、M3变频运行的。图3-4 工业污水处理系统部分主电路图3.4 PLC选型根据工业污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7200系列PLC作为工业污水处理系统的电气控制系统的控制主机。由于工业污水处理电气控制系统涉及较多的输入输出端口，其控制过程相对复杂，因此采用CPU226作为该控制系统的主机5。CPU226在工业污水处理系统中使用的数字量输入点和输出点都比较多，因此除了PLC主机自带的I/O外，还需要扩展一定数量的I/O扩展模块。在此采用EM223输入/输出混合扩展模块。8点DC输入8点输出型。正好可以满足控制系统的I/O需求。在该系统中，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此需要在扩展一个模拟量输入输出扩展模块6。西门子公司专门为S7200系列PLC配置了模拟量输入输出模块EM235，该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力7，可满足控制系统的功能要求。3.5 PLC的I/O资源配置根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行估算配置，具体分配如下。3.5.1 数字量输入部分首先需要一个紧急制动按钮,运行方式有两种自动和手动，所以有自动运行方式，自动方式启动确认，手动方式。手动方式针对各个部件，粗细格栅机有手动粗格栅机启动，手动细格栅机启动。手动清污机、潜水泵、分离机、碟曝气机工频、转碟曝气机变频、潜水搅拌机、刮泥机、污泥回流泵、分离式脱水机、污泥泵、转碟曝气机加速、转碟曝气机减少、粗格栅液位差计、细格栅液位差计、进水泵房液面高位传感器、进水泵房液面低位传感器、污泥回流泵液面高位传感器、污泥回流泵液面低位传感，总共24个数字输入量8。表3-1 数字量输入地址分配输入地址输入设备输入地址输入设备I0.0急停I1.4手动刮泥机启动I0.1手动方式I1.5手动污泥回流泵启动I0.2自动方式I1.6手动分离式脱水机启动I0.3自动启动确认I1.7手动污泥泵启动I0.4手动粗格栅机启动I2.0手动转碟曝气机加速I0.5手动清污机启动I2.1手动转碟曝气机减速I0.6手动潜水泵启动I2.2粗格栅液位差计I0.7手动细格栅机启动I2.3细格栅液位差计I1.0手动分离机启动I2.4进水泵房液面高位传感器I1.1手动转碟曝气机工频启动I2.5进水泵房液面低位传感器I1.2手动转碟曝气机变频启动I2.6污泥回流泵液面高位传感器I1.3手动潜水搅拌机启动I2.7污泥回流泵液面低位传感器3.5.2 数字量输出部分数字量输出主要是对接触器的启动提供信号，共13个输出量。表3-2 数字量输出地址分配输出地址输出设备输出地址输出设备Q0.0粗格栅机接触器Q0.7潜水搅拌机接触器Q0.1清污机接触器Q1.0刮泥机接触器Q0.2潜水泵接触器Q1.1污泥回流泵接触器Q0.3细格栅机接触器Q1.2离心式脱水机接触器Q0.4分离机接触器Q1.3潜水泵报警Q0.5转碟曝气机工频接触器Q1.4污泥回流泵报警Q0.6转碟曝气机变频接触器3.5.3 模拟量输入部分由于需要采集一个溶氧仪所反馈的数据9，因此扩展了一个模拟量输入输出模块，具体I/O分配，如下表3-3所示。表3-3 模拟量输入地址分配输入地址输入设备AIW0溶解氧仪3.5.4 模拟量输出部分在此控制系统中需要将采集回来的模拟量进行数据处理，然后，通过模拟输出口对变频器进行控制，进行控制其他设备的运行，如下表3-4所示。表3-4 模拟量输出地址分配输出地址输出设备AQW0经PID运算输出根据控制系统的功能要求，设计出工业污水处理控制系统的硬件连线图如图3-5所示，此控制面板上的手动控制部分主要在调试系统时使用，调试完成后基本处于闲置状态。图3-5 工业污水处理系统PLC硬件接线图3.6 接触器选型在控制系统中，所有设备是根据控制面板上的按钮情况或者根据传感器的反馈值进行动作的，因此需要PLC根据当前的工作情况，以及按钮的情况来控制所有设备的启停，在此用到了大量接触器：如格栅机接触器、清污机接触器、潜水泵接触器、分离机接触器、转碟曝气机接触器、潜水搅拌机接触器、刮泥机接触器等。为此该系统选用施耐德LC1-D0901M5C交流接触，其额定电压220V，额定电流9A。其特点有：高标准、符合IEC60947-4-1和GB14048.4标准。长寿命：机械寿命高达2000万次；电寿命高达200万次。强适应性：“TH”防护处理，可以在湿热的环境中使用7。宽电压：线圈控制电压在70%-120%之间波动，不影响产品正常工作。强通用性：具有50Hz-60Hz通用线圈，可以全世界通用。模块化：产品本体上可以附加辅助触头，通电/断电延时触头，机械闭锁等模块。也可以很方便地组合成可逆接触器、星-三角起动器。3.7 液位差计对格栅机的清污机进行控制，需要监测格栅机两侧的液面差，在该系统中利用液位差计，该系统选用的超声波液位差计型号：XL60-YI4000。粗格栅、细格栅各安装了一台超声波液位差计，通过格栅机前后的液位差来反映格栅机阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设值后，系统控制清污机运行，清除大颗粒的污染物质，保障污水流动畅通；在液位差未超过设定值时，清污机处于停止状态，这样就可以大大减少设备损耗。超声波液位差计精度较高，且有多种量程可供选择，其输出信号有一下三种：可编程继电器输出、高精度420mA模拟信号输出、RS-485通信口输出，可根据需要的信号选择输出，作为PLC的输入信号。该系统选用的超声波液位差计型号：XL60-YI4000。工作温度：-2060，工作电压：AC220V或DC24V，工作压力：常压，差值精度：3mm或0.3FS（取其较大者），重复精度：1，分辨率：1mm，方向角：4/6（全角），工作频率：13KHz40KHz（因型号规格而不同），信号输出：RS-485、Modbus、标准的4-20mA电流信号和多路开关量输出10。3.8 溶解氧仪溶解氧（DO）是指溶解在水中的氧气，它在河流、湖泊、海洋中都大量的存在，是检测水质和环境污染程度的主要指标。当前用来测量水中溶解氧浓度最常用的仪器就是电化学传感器（例如Clark传感器）。它是根据电池原理而设计的，本身就是个电池，不需要外加电压，可通过测量电解电流来测量溶解氧浓度11。选用PH/溶解氧测量仪型号：SA29-MP525。第四章 软件系统设计4.1 总体流程设计系统控制分为手动控制和自动控制，如图4-1所示。 图4-1 模式选择图4.1.1 手动模式在手动模式下，可以通过相应的按钮来控制相应的设备如图4-2。 图4-2手动操作模式图4.1.2 自动模式在自动控制模式下，一般包括以下过程。（1）系统上电后，按下自动启动确认按钮，启动潜水搅拌器和刮泥机。（2）启动粗格栅系统。（3）启动潜水泵。（4）启动细格栅系统。（5）启动曝气沉砂系统。（6）启动污泥回流系统。（7）启动污泥脱水系统。以上部分是按照PLC的检测顺序来启动的如图4-3所示。 图4-3 自动操作模式图 上图说明自动控制系统通过控制各个子程序来控制相应的系统，下面将介绍相应的子程序。粗格栅系统程序主要控制粗格栅机的运行，其工作过程包括以下几个方面。（1）自动过程开始启动粗格栅机，定时10min。（2）定时到，停止运行粗格栅机1h。（3）1h定时到，运行粗格栅机10min，循环进行。粗格棚系统工作流程图如图4-4所示。图4-4 粗格栅系统工作流程图粗格栅系统，其程序是按照时间间隔来控制其组成部分的启停的，一般开10分钟，停1小时。 粗格棚系统梯形图如图4-5所示。图4-5 粗格栅系统梯形图潜水泵程序主要控制潜水泵的运行和停止，其工作过程包括以下几个方面:（1）自动过程开始启动潜水泵。（2）检测液面高度，低于最低位传感器时，停止潜水泵。（3）检测液面高度，高于高位液面传感器时，报警。潜水泵工作流程图如图4-6所示。图4-6 潜水泵工作流程图潜水泵程序主要控制潜水泵的运行和停止，潜水泵梯形图如图4-7。图4-7潜水泵梯形图细格栅系统程序与粗格栅系统程序相似，主要控制细格栅机的运行12，其工作过程包括以下几个方面：（1）自动过程开始，启动细格栅机，定时10min（2）定时到，停止运行细格栅机1h。（3）1h定时到，运行细格棚机10min，循环进行。细格栅工作流程图如图4-8所示。 图4-8 细格栅工作流程图 细格栅系统，其程序与粗格栅系统程序相似，一般开10分钟，停1小时。细格栅系统梯形图如图4-9所示。 4-9 细格栅系统梯形图污泥回流系统程序主要控制污泥回流泵的运行和停止，其工作过程包括以下几个方面。（1）自动过程开始首先检测液面高低，若低于最低位传感器，启动定时。（2）定时到，若液面仍低于最低位转感器则停止回流泵运行。（3）若液面处于最高位和最低位之问，启动污泥回流泵。（4）若液面高于最高位传感器时，启动定时。（5）定时到，若液面仍处于最高位传感器时，输出报警信号。污泥回流系统工作流程图如图4-10所示。 图4-10 污泥回流系统工作流程图污泥回流系统梯形图如图4-11。图4-11 污泥回流系统梯形图 污泥脱水系统程序主要控制离心式脱水机，其工作过程如下。（1）自动过程开始首先启动离心式脱水机，启动定时。（2）定时到，启动聚合物泵，启动定时。（3）定时到，启动污泥泵和切割机。污泥脱水系统工作流程图如图4-12所示。图4-12 污泥脱水系统工作流程图污泥脱水系统梯形图如图4-13。图4-13 污泥脱水系统梯形图4.2氯气投加环节图4-14 氯气投加自控原理图氯气的投放量，受很多因素的影响比如水中的温度和酸碱度以及二氧化碳的含量等。以前重要是进行人工投放氯气，但是由于人工投放时有很多不确定的因素。因此，现在一般都采用自动的方式进行投放氯气13。氯气投加自动控制系统如图4-14所示。4.3 絮凝剂投加环在污泥脱水过程中为增加沉淀效果，使污水中悬浮颗粒能够形成具有良好沉淀性能的絮凝体，达到泥水充分分离的处理效果，需进行絮凝剂投加。其控制过程主要是通过污泥浓度、污水流量、絮凝剂浓度等因素控制来完成的。其P1D调节的模糊控制过程与上述两个非线性控制环节类似，具有大时滞、非线性的特点。由于混凝过程的复杂性和多变性，混凝投药的自动控制一直受到控制行业和污水行业专家的普遍关注14。 4.4 PID控制常规的与工业的相比，常规的更实用。常规的PID控制器的描述如式（4-1）所示： （4-1） 其中各参数代表的意义是：控制器的输出：控制器偏差输入：系统误差变化率：比例增益：积分增益：微分增益第五章 调试和运行结果系统安装完成以后，然后对系统的各个部分进行调试，使其达到预期标准。5.1 硬件系统的调试硬件功能调试主要包括测试硬件的功能是否正常，该部分的调试内容包括： （1）电机直接加三相电源调试，检测电机工作状态。（2）调试变频器的数据。（3）PLC单独检测，检查PLC单元能否正常工作，指示灯是否正常，该部分工作实际上在计算机模拟调试前就己经完成。（4）调试PLC。5.2 软件系统的调试对软件中的程序进行调试时，是根据程序是否对相应的功能起到预期的效果来进行调试。5.3 运行结果通过系统调试，可以实现PLC控制系统手动和自动模式的控制。在手动时可以直接通过相应的按钮来控制相应的功能。在自动情况下时，是通过相应的信号来控制相应的程序，然后作用相应的部分。开启电源后，启动自动按钮，运行相应部分如下：粗格栅系统的运行：一是制动过程开始后，粗格栅启动并定时二十分钟，如果时间到粗格栅机停止否则粗格栅机仍在运行。直到粗格栅机停止并定时两小时定时到后，然后就循环运行。二是检查液面差并设定时间二十分钟，通过时间来控制清污机的启停。潜水泵的运行：通过潜水泵控制系统启动潜水泵，同时通过事先设定好的最高液位和最低液位来控制潜水泵的启停15。细格栅系统的运行：一是制动过程开始后，细格栅启动并定时二十分钟，如果时间到细格栅机停止否则细格栅机仍在运行。直到细格栅机停止并定时两小时定时到后，然后就循环运行。二是检查液面差并设定时间20分钟，通过时间来控制清污机的启停。曝气沉砂系统的运行：分为手动和自动。在自动的情况下启动分离机和变频器以及转碟曝气机，然后检测污水中的含氧量同时以设定值进行比较，从而来控制变频器的速度。第六章 结 论工业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工艺流程、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。本文详细阐述了工业污水处理工艺流程、控制系统总体方案以及具体的软硬件实现。通过四个月的课题设计和调试，基本上完成了对PLC工业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。在设计过程中主要从硬件和软件两个方面的问题进行，工业污水处理系统中，主要的硬件问题包括机械结构、硬件选型和PLC的外围电路设计和接线处。在PLC的外围硬