机械毕业设计777含油污水沉降过滤流程的PLC控制系统设计说明书.doc
机械毕业设计777含油污水沉降过滤流程的PLC控制系统设计说明书
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机械毕业设计777含油污水沉降过滤流程的PLC控制系统设计说明书,机械毕业设计论文
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1 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究目的 和意义 目前，我国大部分油田已进入石油开采的中期和后期，原油含水率达 7080，有的油田甚至高达 90。油水分离产生大量的含油污水，如不经处理直接排放，会对环境造成污染危害，严重时将威胁人民的生命安全，造成经济损失。因此，含油污水的处理已成为重要问题。 含油废水被排到江河湖海等水体后，油层覆盖水面，阻止空气中的氧向水中的扩散；水体中由于溶解氧减少，藻类进行的光合作用受到限制；影响水生生物的正常生长，使水生动植物有油味或毒性，甚至使水体变臭，破坏水资源的利用价值；如 果牲畜饮了含油废水，通常会感染致命的食道病；如果用含油废水灌溉农田，油分及其衍生物将覆盖土壤和植物的表面，堵塞土壤的孔隙，阻止空气透入，使果实有油味，或使土壤不能正常进行新陈代谢和微生物新陈代谢，严重时会造成农作物减产或死亡。另外，由于溢油的漂移和扩散，会荒废海滩和海滨旅游区，造成极大的环境危害和社会危害。但更主要的危害是石油中含有致癌烃，被鱼、贝富集并通过食物链危害人体健康。因此，对石油和石化等行业产生的含油废水进行有效处理是极其必要的。 本次设计采用 PLC 控制含油污水的沉降过滤流程，使沉降罐底部的污泥能够定时排出，而且排污过程不影响沉降过程。另外，过滤器并联运行，当过滤器运行一段时间后，分时间进行反冲洗，以保证整个流程连续不断地运行。 1.2 文献综述 1.2.1 油田采出污水的来源及主要成份 目前，我国陆上油田基本都采用注水开发方式，即向地层注入高压水驱动原油使其从油井中被开采出来。经过一段时间注水后，注入水将随原油一起被采出，随着开发时间延长，采出原油含水率不断上升，例如，目前大庆油田的综合含水率已接近 90%。油田原油在外输或外运之前要求必须将水脱出，合格原油允许含水率为 0.5%以下。脱出的水中 主要污染物为原油，由于污水是在油田开采过程中产生的，因此，称为采出污水（ Produced Water）。采出污水在地面经过处理合格，再回注地下，循环使用。采出污水中所含的杂质成份，一般包括以下五nts 2 类物质： （ 1） 悬浮固体 颗粒直径范围在 1 100 m之间，主要包括：泥砂： 0.05 4 m的粘土、4 60 m的粉砂和大于 60 m的细砂；各种腐蚀产物及垢： Fe2O3、 MgO、FeS、 CaSO4、 CaCO3 等；细菌：硫酸盐还原菌（ SRB） 5 10 m，腐生菌（ TGB）10 30 m；有机物：胶质沥 青质类和石蜡等重质油类。 （ 2） 胶体 粒径为 1 10-3 1 m。主要由泥砂、腐蚀结垢产物和微细有机物构成，物质组成与悬浮固体基本相似。 （ 3） 分散油及浮油 采出污水所含的原油， 90%左右为 10 100 m 的分散油和大于 100 m 的浮油。 （ 4） 乳化油及溶解油 原水中有 10%左右的 1 10-3 10 m的乳化油。此外还有极少的溶解油，其粒径小于 1 10-3 m。溶解油含量很少，不作为污水处理的主要对象，在净化水中主要含有溶解油。 （ 5） 溶解物质 在水中处于溶 解状态的小分子及离子物质，主要包括：溶解在水中的无机盐类。基本上以阳离子的形式存在，其粒径都在 1 10-3 m以下，主要包括Ca2+、 Mg2+、 K+、 Na+、 Fe3+、 Cl-、 HCO3-、 CO32-等；溶解气体。如 O2、 CO2、H2S、烃类气体等，其粒径一般为 3 10-4 5 10-4 m。 1.2.2 常用的 含油废水处理工艺技术 （ 1） 物理法 含油废水物理处理方法包括重力分离法、过滤法、离心分离法等。重力分离法重力分离法是典型的初级处理方法，是利用油和水的密度差及油和水的不相溶性，在静止或流动状态下 实现油珠、悬浮物与水分离。分散在水中的油珠在浮力作用下缓慢上浮、分层，油珠上浮速度取决于油珠颗粒的大小，油与水的密度差，流动状态及流体的粘度。它们之间的关系可用 Stokes 和 New-ton 等定律来描述。重力分离法的特点是： 能接受任何浓度的含油废水，同时除去大量的污油和悬浮固体等杂质，但处理出水往往达不到排放标准。在稳定的流速和油含量的特定条件下，可作为二级处理的预处理。常用的设备是隔油池，包括平流隔油池（ API）、斜板隔油池（ PPI）、波纹斜板隔油池或称高效除油器（ CPI）、小型nts 3 隔油池以及用于收集来自家庭 、汽车库、饭店、医院等的废水油脂的简易隔油井。隔油池水面的浮油可利用集油管排出或采用撇渣机等专用机械撇出，而小隔油池也可进行人工撇油。重力分离技术是应用最广泛、最实用的一种油水分离技术。通过对几种重力油水分离设备的比较， HNS- 型分离性能最优，油中含水质量分数仅为 1.56%。 20 世纪 70 年代中期出现的立式斜板除油罐集立式除油罐与斜板隔油池的优点于一体，大大提高了除油效率，可基本去除水中的浮油和分散油。该法适用于除去废水中的浮油、部分分散油、重油以及油 -固体物等不与水溶解的有害物质，但不能除去废水中的溶解油 和乳化油。 （ 2） 过滤法 过滤法是将废水通过设有孔眼的装置或通过由某种颗粒介质组成的滤层，利用其截留、筛分、惯性碰撞等作用使废水中的悬浮物和油分等有害物质得以去除。常用的过滤方法有 3 种：分层过滤、隔膜过滤和纤维介质过滤。含油废水经过隔油、气浮或混凝沉淀 气浮处理后，再用过滤法处理，可使废水中的含油量降到10mg/L 以下或更低。常用的层滤工艺是硅藻土过滤（ D. E. F）和砂滤（ S. F），一般作为深度处理的预处理。用砂滤池过滤时要求废水中不含重油，以免堵塞砂滤层。膜过滤法又称为膜分离法，是利用微孔膜 将油珠和表面活性剂截留，主要用于除去乳化油和某些溶解油。滤膜包括超滤膜、反渗透膜和混合滤膜等。膜材料包括有机膜和无机膜两种，常见的有机膜有醋酸纤维膜、聚砜膜、聚丙烯膜等，常用的无机膜有陶瓷膜、氧化铝、氧化钴、氧化钛等。采用膜分离法处理乳化油废水具有不需加混凝剂、不产生含油污泥、浓缩液可焚烧处理、透过量和出水水质稳定等优越性，特别适合高浓度乳化油废水的处理。但采用膜分离前必须先对含油废水预处理，降低进水的污染物含量，使进水水质能够保证膜元件在一定时间内稳定运行，不产生膜污染。膜使用一定时间后必须采取适当清洗方 法再生。 （ 3） 离心分离法 离心分离法是使装有含油废水的容器高速旋转，形成离心力场，因固体颗粒、油珠与废水的密度不同，受到的离心力也不同，达到从废水中去除固体颗粒、油珠的方法。常用的设备是水力旋流分离器。旋流分离器在液固分离方面的应用始于 19 世纪 40 年代，现在较为成熟，但在油 /水分离领域的研究要晚得多。虽然液固分离与液液分离的基本原理相同，但二者设备的几何结构却差别较大。脱油型旋流分离器起源于英国。从 20 世纪 60 年代末开始，由英国南安普顿大学MartinThew 教授领导的多相流与机械分离研究室开始水 中除油旋流分离器的研究，发明了双锥双入口型液液旋流分离器，在试验过程中取得满意效果。随后，YoungGAB 等人设计出的与双锥型旋流器具有相同分离性能但处理量要高出 1nts 4 倍的单锥型旋流分离器。经过几何优化设计， Conoco 公司提出了 K 型旋流分离器，对于直径小于 10m的油滴分离性能提高更加明显。由于旋流分离器具有许多独特的优点，旋流脱油技术在发达国家含油废水处理特别是在海上石油开采平台上已成为不可替代的标准设备。该法常用来分离分散油，对乳化油的去除效果不太好。离心分离法设备体积小、除油效率高，但高流速产生的紊流容 易将部分分散油剪碎，而且运行费用高，因此常用于处理水量少，占地受限制的场合，如海上采油平台、油船等。 （ 4） 浮选法 浮选法，又称气浮法，是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理技术。该法是在水中通入空气或其他气体产生微细气泡，使水中的一些细小悬浮油珠及固体颗粒附着在气泡上，随气泡 -起上浮到水面形成浮渣 （含油泡沫层），然后使用适当的撇油器将油撇去。该法主要用于处理隔油池处理后残留于水中粒经为10 60m的分散油、乳化油及细小的悬浮固体物，出水的含油质量浓度可降至20 30mg/L。根据产生气泡的方式不同 ，气浮法又分为加压气浮、鼓气气浮、电解气浮等，其中应用最多的是加压溶气气浮法。还有混凝沉淀 -气浮法，即在气浮过程中投加适当的混凝剂，使气浮的效果更加有效，但是该法浮渣量大且含有大量气泡。另外还有吸附气浮法，即在气浮池里投加粉末活性炭，吸附废水中的油和溶解性污染物，废炭以及废水中的其他悬浮物附着在气泡上并与气泡一起上浮到池顶由除渣机除去。江汉石油机械厂同各油田设计院、学院合作，针对油田采出水研制开发了溶气气浮、叶轮式气浮、喷射式气浮等各种气浮设备。涡凹气浮（ CAF） 系统应用于克拉玛依石油化工厂石化废水处理的 工程实例取得了良好的处理效果，表明该系统值得在石化领域推广应用。气浮法处理含油废水工艺成熟，油水分离效果好而且稳定，但缺点是浮渣难处理。生化法生物氧化法是利用微生物的生物化学作用使废水得到净化的一种方法。油类是一种烃类有机物，可以利用微生物的新陈代谢等生命活动将其分解为二氧化碳和水。含油废水中的有机物多以溶解态和乳化态存在， BOD5 较高，利于生物的氧化作用。 对于含油质量浓度在 30 50mg/L 以下、同时还含有其他可生物降解的有害物质的废水，常用生化法处理，主要用于去除废水中的溶解油。含油废水常见的生化处理法有活性污泥法、生物过滤法、生物转盘法等。活性污泥法处理效果好，主要用于处理要求高而水质稳定的废水。生物膜法与活性污泥法相比，生物膜附着于填料载体表面，使繁殖速度慢的微生物也能存在，从而构成了稳定的生态系统。但是，由于附着在载体表面的微生物量较难控制，因而在运转操作上灵活性差，而且容积负荷有限。在石化工业炼油厂，含油废水处理常用的工艺流程是隔nts 5 油 气浮 生化。该工艺基建费用低，出水水质好，但运行费用较高，特别是当BOD5 浓度较低时，活性污泥对油的降解速率很低，系统常在高泥龄（污泥产量少、更新速度慢） 下运行，泥龄一般在 50 100d。 BOD5 低意味着活性污泥菌体养料不足，菌体因内源呼吸而自我消耗，使活性污泥减量而且过于分散、沉降性差，达不到曝气池所需正常的污泥浓度，这种问题可通过与生活污水等BOD5 高的污水一起处理而得到解决。 （ 5） 药剂法 药剂法，是投加药剂由化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质，使废水得到净化的一种方法。常用的化学方法有中和、沉淀、混凝、氧化还原等。对含油废水主要用混凝法。混凝法是向含油废水中加入一定比例的絮凝剂，在水中水解后形成带正电荷的胶团与带负电荷的乳化油产生电中 和，油粒聚集，粒径变大，同时生成絮状物吸附细小油滴，然后通过沉降或气浮的方法实现油水分离。常见的絮凝剂有聚合氯化铝（ PAC）、三氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁等无机絮凝剂和丙烯酰胺、聚丙烯酰胺（ PAM）等有机高分子絮凝剂，不同的絮凝剂的投加量和 PH 值适用范围不同。此法适合于靠重力沉降不能分离的乳化状态的油滴和其他细小悬浮物。 （ 6） 电化学法 电化学法包括电解法、电火花法、电磁吸附分离法和电泳法。电解法包括电凝聚和电气浮，电凝聚是利用溶解性电极电解乳化油废水，从溶解性阳极溶解出金属离子（一般用 Al 作阳极）， 金属离子发生水解作用生成氢氧化物吸附凝聚废水中的乳化油和溶解油，然后沉淀除去油分。电解凝聚与投加化学絮凝剂相比，具有一些独特的优点： 可去除的污染物种类广泛，反应迅速，适用的 pH 范围宽，所形成的沉渣密实，澄清效果好，占地面积小，操作方便。但是电解凝聚也存在阳极消耗量大、阳极钝化、耗电量高等缺点。前苏联一炼油厂用三相交流电电凝聚法处理高浓度含油废水，效果很好。电解气浮法是利用不溶性电极电解含有乳化油和溶解油的废水，利用电解分解作用和初生成的微小气泡的上浮作用，使乳化油破坏，油珠附着于气泡上浮形成浮渣而除去。电 解产生的气泡细小均匀因而捕获杂质的能力比较强，去除固体杂质和油滴效果较好，缺点是电耗大、电极损耗大，单独使用时不能达到排放要求。电火花法是用交流电来去除废水中乳化油和溶解油的方法。装置由两根同心排列的圆筒组成，内圆筒同时兼作电极，另一电极是一根金属棒，电极间填充微粒导电材料，废水和压缩空气同时送入反应器下部的混合器，再经多孔筛板进入电极间的内圆筒。筒内的导电颗粒呈翻腾床状态，在电场作用下，颗粒间产生电火花，在电火花和废水中均匀分布的氧作nts 6 用下，油分被氧化和燃烧分解。净化后的废水由内部经多孔顶板进入外圆筒并由此 外排。电磁吸附分离法是使磁性颗粒与油 /水乳状液废水相掺混，在其吸附过程中，利用油珠的磁化效应，再通过磁性过滤装置将油分去除。高梯度磁性分离器用于炼油厂含油废水处理的分离效果很好。电泳法分离乳化油是利用废水中油珠表面所带的负电荷在电场的作用下定向移动从而实现油水分离。不管是外加电场还是具有不同电极电位的材料放在一起自然形成的电场都可以达到目的。 1.3 基本内容 、 拟解决的主要问题 该控制系统中所有设备都具有自动 /手动功能。当设备处于自动工作方式下时，所有设备按 PLC 程序中设定的时间间隔工作；在动工作方式中，操作 员可以使用控制盘上的按钮控制设备的工作。 控制盘上有用于控制操作的开关、按钮和定时器，以及用于显示工作状态的指示灯等控制设备。 PLC 输出节点通过电缆和现场的控制设备连接。控制阀门采用气动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。 1.3.1 沉降罐的控制 沉降罐的控制分为自动和手动两种控制方式。这两种方式，都是由 PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启动和关闭阀门。 （ 1） 自动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于自动的位置时，该沉降罐处于自动控制状态。该沉降罐按 照沉降罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 （ 2）手动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于手动的位置时，该沉降罐处于手动控制状态。该沉降罐不会按照沉降罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动沉降罐，使其自动完成排污过程。 1.3.2 过滤罐的控制 过滤罐的控制分为自动、手动和差压 3 种控制方式。这 3 种方式，都是由PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制过滤罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启动和关闭阀门。 nts 7 （ 1） 自动状态 当某一个过滤罐的方式选择开 关置于自动的位置时，该过滤罐处于自动控制状态。该过滤罐按照过滤罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 （ 2）手动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时，该过滤罐处于手动控制状态。该过滤罐不会按照过滤罐定时器所设定的时间间隔定时自动操作，而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动过滤罐，使其自动完成排污过程。 （ 3）差压控制状态 无论过滤罐的方式选择开关处于何种状态，当该过滤罐上的差压开关动作后，仪表盘上的差压报警指示灯点亮，并且自动开始该过滤罐的反冲洗过程。 当有过滤罐正在反冲洗时 ，以上的控制都不起作用，只有等到停止反冲洗后才能起作用；在任何时候，均可以中断过滤罐的反冲洗过程。 1.4 技术路线或研究方法 1.4.1 分析被控对象和明确控制要求 了解被控设备的工作原理、工艺流程和操作方法，了解被控对象机械、电气、液压传动之间的配合关系，确定被控对象的控制要求。 1.4.2 PLC 选型 根据系统的控制要求，确定系统的输入设备的数量及种类，明确输入信号的特点，选择与之相匹配的输入模块。根据负载的要求选用合适的输出模块。确定输入输出点数。 1.4.3 控制程序设计 包括状态表、状态转换图、梯 形图、指令表等 4 种形式。 nts 8 第 2 章 工艺流程及设备控制要求 2.1 沉降、过滤过程的工艺流程 沉降和过滤过程是在含油污水经过加药处理过程后，在污水中形成许多絮凝物，加药后的污水进入沉降罐中，污水中的杂质在沉降罐中沉淀后，上层清液由沉降罐顶部流出，经过加压泵后，进入精细过滤器过滤，经过过滤器过滤后就可以达到要求的技术指标。沉降罐运行中底部的污泥需要定时排出。在沉降罐底部圆周上均匀分布着 4 个排污阀，在设定的循环周期中， 4 个排污阀依次打开，将沉降罐底部的污泥排出。精细过滤器是内部填充有多层滤料的承压罐，一般采用610 个过滤器并联运行。过滤器分时间进行反冲洗操作。这样可以保证整个流程连续不断地运行。过滤器从开始进水过滤开始，到反冲洗完成结束算做一个周期。工艺流程如图 1 所示。 （ 1）罐排污流程 沉降 在沉降罐中进行，来水进入沉降罐，在罐中将大部分杂质沉淀到罐底，上层清夜由顶部的出水口流出，进入下一道处理工序。 排污 沉降过程运行一定的时间后，需要将底部的 4 个排污阀依次打开，将罐底的污泥排出。排污过程不影响沉降过程。 （ 2）过滤器过滤流程 过滤 经过沉降处理的污水进入过滤器中。过滤进水阀和出水阀门打开，污水经过加压泵加压后，由过滤进水阀进入过滤器，经过滤层过滤后，再经过滤出水阀流出，进入清水罐储存起来。 排水 当过滤器运行一段时间后，需要反冲洗，首先需要将过滤器中的水排出。排水是，过滤进、出水阀关闭，然后排水和排气阀打开，将过滤器中的污水排出。 nts 9 图 2.1 过滤工艺流程 2.2 过滤流程的设备控制要求 本工程所有设备都具有自动 /手动功能。当 设备处于自动工作方式下时，所有设备按 PLC 程序中设定的时间间隔工作。在手动工作方式中，操作员可以使用控制盘上的按钮控制设备的工作。 （ 1）系统组成 在中央控制室设有一面控制盘。控制盘上有用于控制操作的开关、按钮和定时器，以及用于显示工作状态的指示灯等控制设备。控制盘内安装有一台OMRON 的 CQMI 系列 PLC。 PLC 输出节点通过电缆和现场的控制设备连接。控制阀门采用气动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。 沉 降 罐 过 滤 罐 排污阀 排污阀 排污阀 排污阀 进水阀 加药后进水 过滤入水 反冲洗 出水 排气阀 反冲 洗 出 水阀 反冲 洗 进 水阀 排气阀 过滤进水阀 过滤 出 水阀 过滤 出水 反冲 洗 入水 过滤 出 水 反冲洗入 水 nts 10 （ 2）设备控制原理 沉降罐的控制 沉降罐的控制分为自动和手动两种控 制方式。这两种方式，都是由 PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启闭阀门。 自动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于自动的位置时，该沉降罐处于自动控制状态该沉降罐按照沉降罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 手动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于手动的位置时，该沉降罐处于手动控制状态。该沉降罐不会按照沉降罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作。而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动该沉降罐，使其自动完成排污过程。 在任何时候，均 可中断沉降罐的排污过程。在下一次启动时将从上一次被中断的阀开始。 过滤罐的控制 过滤罐的控制分为自动、手动和差压种控制方式。这种方式，都是由PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制过滤罐阀门的开启和关闭， 不需要操作人员在现场手动启闭阀门。 自动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于自动的位置时，该过滤罐处于自动控制状态。该过滤罐按照过滤罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 手动状态 当某一个过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时，该过滤罐处于手动控 制状态。该过滤罐需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动该过滤罐，使其自动完成排污过程。 差压控制状态 无论过滤罐的方式选择开关处于何种状态，当该过滤罐上的差压开关动作后，仪表盘上的差压报警指示灯点亮，并且自动开始该过滤罐的反冲洗过程。 当有过滤罐正在反冲洗时，以上的控制都不起作用，只有等到停止反冲洗后才能起作用。在任何时候，均可以中断过滤罐的发冲洗过程。 2.3 本章小结 本章对过滤流程系统的工艺流程及设备控制要求作了具体的介绍。沉降、过nts 11 滤过程的工艺流程分为罐排污流程和过滤流程，设备控制原理分为沉降管的控制和过 滤罐的控制。 nts 12 第 3 章 PLC 选型和资源配置 3.1 控制系统构成图 控制系统图如图 2 所示： 图 3.1 PLC 过滤流程控制系统图 3.2 PLC 框架配置图 PLC 框架配置图如图 3.2 所示： 图 3.2 PLC 框架配置图 电源模块 CPU 模块 输入单元 输入单元 输出单元 输出单元 CQM1-PA CQM1-CPU CQM1-ID CQM1-ID CQM1-OC CQM1-OC 206 41-E 213 213 222 222 M1 M2 M3 M4 输出单元 输出单元 输出单元 输出单元 CQM1-OC CQM1-OC CQM1-OC CQM1-OC 222 222 222 222 M5 M6 M7 M8 控制盘 PLC 盘面设备 过滤器阀门 反冲洗泵 沉降罐排污阀 现场设备 nts 13 3.3 I/O 地址分配 I/O 地址分配采用手动分配的方式，输入地址分配和输出地址分配分别如表1 和表 2 所示。 （ 1） 输入地址分配 表 3.1 输入模块地址分配 输入地址 对应的输入模块 0000000031 输入模块 M1 0010000131 输入模块 M2 （ 2） 输出地址分配 表 3.2 输出模块地址分配 输出地址 对应的输出模块 1000010015 输出模块 M3 1010010115 输出模块 M4 1020010215 输出模块 M5 1031010315 输出模块 M6 1041010415 输出模块 M7 1051010515 输出模块 M8 3.4 模块功能概述 （ 1） CQM1-PA206 它是欧姆龙的电源模块，向 CPU 模块及其他模块供电。 （ 2） CQM1-CPU41-E CPU 模块，控制整个控制系统按照程序有序运行。 （ 3） CQM1-ID213 数字量输入模块，输入点数为 32 点。主要用来将输入信号转换为 PLC 可以识别的信号。 （ 4） CQM1-OC222 数字量输出模块，输出点数为 16 点。主要用来将控制信号输出到相应的外部设备。 nts 14 3.5 本章小结 本章对过滤了了流程控制系统、 PLC 框架配置、 I/O 地址分配和模块功能做了具体介绍。 模块分为：电源模块、 CPU 模块、数字量输入模块和数字量输出模块。 nts 15 第 4 章 过滤流程控制系统程序设计 4.1 编程 软件介绍 编程软件采用日本欧姆龙公司为其生产的 PLC 而设计的编程软件 CX- Programmer。 CX-Programmer 是 OMRON 公司 PLC 的软件编程、调试工具程序，其运行在Windows98 NT2000 操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。 OMRON 的 SYSMAC CS1 系列 PLC 具有较丰富的指令系统，利用这些指令即可完成过滤流程控制处理等相关设备参数的数据采集和处理；顺序和逻辑联锁控制设备电机的启停和阀开关等操作。 本系统具有全功能汉字处理和汉字显示的友好界面。由于 VBA 的内置，使系统功能更为强大，操作更为灵活。 iFix 采用电子签名技术后，能够创建一个更加安全的环境。不仅设置了二次确认功能，防止误操作，而且对于那些由于数据输入和报警确认所产生的所有数据库过程的改变，要求操作者进行电子 “ 签名 ” 。 “ 电子签名 ” 能够唯一识别操作者所做的更改，而且可以有选择地要求其他人对于这些更改进行电子签名。操作者不再需要使用纸和笔对他们的动作进行记录和签名，而且从根本上排除了丢失或破坏这些记录的可能性。同时，系统提供了更为高级的安全管理，可根据不同的登录帐号，赋予操作者不同的操作权限； 在制作 本系统的时候参考了其他的一些比较好的 PLC 控制系统及一些关于PLC 过滤流程控制系统方面的资料。吸取了这些控制系统的优点，同时也克服了他们的一些缺点，希望该系统对需要的事业单位有帮助。 4.2 程序的流程图、构成及相关设置 4.2.1 流程图 （ 1）沉降罐排污流程图 沉降罐排污程序是在 PLC 程序的控制下，按照预先设定的时间依次将排污阀打开设定的时间；或者在手动控制状态，由操作工通过控制盘上的按钮来启动沉降罐的排污过程。排污阀在 PLC 程序的控制下按设定的时间来顺序自动打开和关闭，一个沉降罐的排污的流程如图 4.1 所示。 nts 16 图 4.1 沉降罐排污的流程图 （ 2）过滤器反冲洗流程图 过滤器反冲洗过程是在 PLC 程 序的控制下，过滤器按预先设定的时间间隔开始反冲洗过程；或者手动控制，由操作工通过控制盘上的按钮来启动过滤器的反冲洗过程。无论是在自动控制状态下还是在手动控制状态，每个过滤器的阀门都是在 PLC 程序的控制下，按预定的顺序和时间间隔动作，以完成一个过滤器的反冲洗操作过程。一个过滤器的反冲洗的过程如图 4.2 所示。 手动 /自动 选择 循环时间到 否 手动按钮按下 排阀门打开 自动 N 手动 Y N Y 关闭打 开的排污阀，同时打开下一个排污阀 Y N 延时时间 所有的排污阀都打开过 Y 开始 结束 N nts 17 图 4.2 过滤器反冲洗流程图 手动 /自动 选择 循环时间到 否 手动按钮按下 过滤进出水阀 门关闭 自动 N 手动 Y N Y 延时 3s 后打开反冲洗进水和出水阀 打开排气阀 打开排水阀 关闭反冲洗进水和出水阀 YY N 静置 10s 反冲洗时间到 延时 10S 打开过滤进水阀和出水阀 关闭排气阀和排水阀 排水时间到 打开反冲洗泵 N Y 开始 结束 nts 18 4.2.2 程序的构成 程序主要有自动、手动式、报警等 3 种模式。 （ 1）自动模式 在这种模式下， PLC 将运行已经设置好的程序，不需要操作工在现在手动启闭阀门。 （ 2）手动模式 当某一个沉降罐或过滤罐的方式选择开关置于手动的位置时，设备运行不再按照 PLC 程序运行，完全是通过人的操作来完成。 （ 3）报警模式 当过滤罐的差压开关动作后，差压报警指示灯点亮。 4.3 程序构成介绍 整个程序由主程序和子程序两个程序模块组成 。 （ 1） 主程序 完成对过滤过程系统整个工艺流程的控制 （程 序和梯形图见附图）。 （ 2） 子程序 有两个子程序： 一个是沉降罐排污子程 序，完成工艺流程中沉降罐排污过程的执行； 另一个 是反冲洗罐反冲洗子程序，完成工艺流程中反冲洗罐反冲洗过程的执行（程序和梯形图见附图）。 4.4 系统资源分配 （ 1） 数字量输入部分 数字量输入模块 M1 输入地址分配表如表 4.1 所示。 表 4.1 数字量输入模块 M1 输入地址分配表 输入地址 对应的输入设备 00000 1 号反冲洗罐差压开关 00001 2 号反冲洗罐差压开关 00002 3 号反冲洗罐差压开关 00003 4 号反冲洗罐差压开关 00004 5 号反冲洗罐差压开关 nts 19 00005 6 号反冲洗罐差压开关 00006 选择 00007 选择 00008 启动过滤罐 00009 启动沉降罐 00010 停止过滤罐 00011 停止沉降灌 00012 7 号反冲洗罐差压开关 00013 8 号反冲洗罐差压开关 00014 备用 00015 备用 数字量输入模块 M2 输入地址分配表如表 4.2 所示。 表 4.2 数字量输入模块 M2 输入地址分配表 输入地址 对应的输入设备 00100 1 号罐手动 /自动选择开关 00101 2 号罐手动 /自动选择开关 00102 3 号罐手动 /自动选择开关 00103 4 号罐手动 /自动选择开关 00104 5 号罐手动 /自动选择开关 00105 6 号罐手动 /自动选择开关 00106 1 号沉降罐手动 /自动选择开关 00107 2 号沉降罐手动 /自动选择开关 00108 冲洗次数选择开关 00109 冲洗次数选择开关 00110 定时器 1 输出（过滤罐） 00111 定时器 2 输出（沉降罐） 00112 7 号罐手动 /自动选择开关 00113 8 号罐手动 /自动选择开关 00114 3 号沉降罐手动 /自动选择开关 00115 4 号沉降罐手动 /自动选择开关 nts 20 （ 2）数字量输出部分数字量输出模块 M3 输出地址分配表如表 4.3 所 示。 表 4.3 数字量输出模块 M3 输出地址分配表 输出地址 对应的输出设备 10000 1 号沉降罐显示 10001 1 号沉降罐 1 号排污阀 10002 1 号沉降罐 2 号排污阀 10003 1 号沉降罐 3 号排污阀 10004 1 号沉降罐 4 号排污阀 10005 2 号沉降罐显示 10006 2 号沉降罐 1 号排污阀 10007 2 号沉降罐 2 号排污阀 10008 2 号 沉降罐 3 号排污阀 10009 2 号沉降罐 4 号排污阀 10010 离线排水 10011 冲洗过滤 10012 反冲洗罐定时器 10013 沉降罐定时罐 10014 排污指示灯 10015 备用 数字量输出模块 M4 输出地址分配表如表 4.4 所示。 表 4.4 数字量输出模块 M4 输出地址分配表 输出地址 对应的输出设备 10100 1 号反冲洗罐进水阀 10101 1 号反冲洗罐出水阀 10102 1 号反冲洗罐反洗进水阀 10103 1 号反冲洗罐反洗出水阀 10104 1 号反冲洗罐排水阀 10105 1 号反冲洗罐排气阀 10106 1 号反冲洗罐显示 10107 2 号反冲洗罐进水阀 10108 2 号反冲洗罐出水阀 nts 21 10109 2 号反冲洗罐反洗进水阀 10110 2 号反冲洗罐反洗出水阀 10111 2 号反冲洗罐排水阀 10112 2 号反冲洗罐排气阀 10113 2 号反冲洗罐显示 10114 差压报警显示 10115 备用 数字量输出模块 M5 输出地址分配表 4.5 如表所示。 表 4.5 数字量输出模块 M5 输出地址分配表 输出地址 对应的输出设备 10200 3 号反冲洗罐进水阀 10201 3 号反冲洗罐出水阀 10202 3 号反冲洗罐反洗进水阀 10203 3 号反冲洗罐反洗出水阀 10204 3 号反冲洗罐排水阀 10205 3 号反冲洗罐排气阀 10206 3 号反冲洗罐指示灯 10207 4 号反冲洗罐进水阀 10208 4 号反冲洗罐出水阀 10209 4 号反冲洗罐反洗进水阀 10210 4 号反冲洗罐反洗出水阀 10211 4 号反冲洗罐排水阀 10212 4 号反冲洗罐排气阀 10213 4 号反冲洗罐指示灯 10214 启动反冲洗泵 10215 备用 数 字量输出模块 M6 输出地址分配表如表 4.6 所示。 表 4.6 数字量输出模块 M6 输出地址分配表 输出地址 对应的输出设备 10300 5 号反冲洗罐进水阀 nts 22 10301 5 号反冲洗罐出水阀 10302 5 号反冲洗罐反洗进水阀 10303 5 号反冲洗罐反洗出水阀 10304 5 号反冲洗罐排水阀 10305 5 号反冲洗罐排气阀 10306 5 号反冲洗罐指示灯 10307 6 号反冲洗罐进水阀 10308 6 号反冲洗罐出水阀 10309 6 号反冲洗罐反洗进水阀 10310 6 号反冲洗罐反洗出水阀 10311 6 号反冲洗罐排水阀 10312 6 号反冲洗罐排气阀 10313 6 号反冲洗罐指示灯 10314 备用 10315 备用 数字量输出模块 M7 输出地址分配表如表 4.7 所示。 表 4.7 数字量输出模块 M7 输出地址分配表 输出地址 对应的输出设备 10400 7 号反冲洗罐进水阀 10401 7 号反冲洗罐出水阀 10402 7 号反冲洗罐反洗进水阀 10403 7 号反冲洗罐反洗出水阀 10404 7 号反冲洗罐排水阀 10405 7 号反冲洗罐排气阀 10406 7 号反冲洗罐指示灯 10407 8 号反冲洗罐进水阀 10408 8 号反冲洗罐出水阀 10409 8 号反冲洗罐反洗进水阀 10410 8 号反冲洗罐反洗出水阀 10411 8 号反冲洗罐排水阀 10412 8 号反冲洗罐排气阀 nts 23 10413 8 号反冲洗罐指示灯 10414 备用 10415 备用 数字量输出模块 M8 输出地址分配表如表 4.8 所示。 表 4.8 数字量输出模块 M8 输出地址分配表 输出地址 对应的输出设备 10500 3 号沉降罐显示 10501 3 号沉降罐 1 号排污阀 10502 3 号沉降罐 2 号排污阀 10503 3 号沉降罐 3 号排污阀 10504 3 号沉降罐 4 号排污阀 10505 4 号沉降罐显示 10506 4 号沉降罐 1 号排污阀 10507 4 号沉降罐 2 号排污阀 10508 4 号沉降罐 3 号排污阀 10509 4 号沉降罐 4 号排污阀 10510 工作指示 10511 备用 10512 备用 10513 备用 10514 备用 10515 备用 （ 3） 内部工作位部分内部工作位地址分配表如表 4.9 所示。 表 4.9 内部工作位地址分配表 字 位 功能说明 010 中间继电器字 00 反冲洗罐启动按钮微分位 01 沉降罐启动按钮微分位 02 右选按钮微分位 03 左选按钮微分位 nts 24 04 子程序 SBN01 完成标志微分位 05 子程序 SBN02 完成标志微分位 07 停反冲洗罐按钮按下后保持至定时器 T004 置位 020 中间继电器 00 自动反冲洗过程启动微分位 01 自动排污过程启动微分位 016 反冲洗罐标志字，当它的某一位为 1 时，表示该位对应的罐正在进行反冲洗 017 沉降罐标志字，当它的某一位为 1 时，表示该位对应的罐正在进行排污 216 反冲洗罐子程序 SBN02 中阀门控制位， 2160021605 对应罐上的 6 个阀门 217 沉降罐子程序 SBN02 中阀门控制位， 2170021703 对应罐上的 4 个阀门 223 沉降罐状态字 00 沉降罐自动排污正在进行标志 01 沉降罐手动排污正在进行标志 03 沉降罐子程序 SBN01 结束标志 04 沉降罐启动按钮按下标志 05 沉降罐操作完成后，定时器复位 224 反冲洗罐状态字 00 反冲洗罐自动反冲洗正在进行标志 01 反冲洗罐手动反冲洗正在进行标志 02 反 冲洗罐差压控制反冲洗正在进行标志 03 反冲洗罐子程序 SBN02 结束标志 04 反冲洗罐启动按钮按下标志 05 反冲洗罐子程序 SBN02 完成 1 个罐的操作后定时器复位 06 反冲洗罐子程序 SBN02 完成 1 次操作后定时器复位 07 冲洗次数完成 1 次标志 08 冲洗次数完成 2 次标志 09 冲洗次数完成 3 次标志 10 一个罐的反冲洗过程完成标志 nts 25 11 停反冲洗罐按钮按下后强迫子程序 SBN02 完成 12 反冲洗罐启动，离线，排水标志 （ 4）子程序说明子程序说明表如表 4.10 所示。 表 4.10 子程序说明 子程序 说 明 SBN01 沉降罐排污子程序 SBN02 反冲洗罐反冲洗子程序 （ 5）定时器地址分配定时器地址分配分别如表 4.11、表 4.12、表 4.13 所示。 表 4.11 主程序用定时器地址分配表 定时器 说 明 T001 反冲洗罐反冲洗周期定时器复位时间，设定为 1s T002 沉降罐排污周期定时器复位时间，设定为 1s T004 停反冲洗罐时反冲洗罐进出水阀延迟动作定时器，设定为 5s 表 4.12 反冲洗罐反冲洗子程序用定时器地址分配表 定时器 说 明 T011 反冲洗罐离线等待时间，设定为 30s T012 反冲洗罐进出水阀关闭到排水阀打开延迟时间，设定为 30s T013 反冲洗罐排水时间，设定为 8min T014 反冲洗罐排水阀打开到排气阀打开之间的延迟时间，设定为5s T015 反冲洗时间定时器，设定时间为 8min T016 排气，排水阀关闭到进出水阀打开之间的延迟，设定为 5s T017 静置时间，设定为 60s 表 4.13 沉降罐排污子程序用定时器地址分配表 定时器 说 明 T021 1#排污阀排污时间定时器，设定为 5min T022 2#排污阀排污时间定时器，设定为 5min T023 3#排污阀排污时间定时器，设定为 5min nts 26 T024 4#排污阀排污时间定时器，设定为 5min 4.5 主 程序 根据过滤过程控制系统的工艺流程及设备要求，编写的控制程序如下。 （ 1）工作指示 在自动工作方式下，可编 程序控制器得电后，通常标志 p-On为“ ON”，工作指示 105.10 也为“ ON”。它的助记符程序为； LD P-On OUT 105.10 ；工作指示 TIM 030 #10 所对应的梯形图如图所示 P-On 105.10 图 4.3 工作指示梯形图 （ 2）调用子程序 1 沉降罐自动排污或手动排污正在进行时调用子程序 1。它的助记符程序为； LD 223.00 OR 233.01 SBS(91) 1 ；调用子程序 1 （ 3）调用子程序 2 在按下停反冲洗罐按钮后保持 至定时器 T004 置位前，反冲洗罐自动反冲洗正在进行、反冲洗罐自动反冲洗正在进行、或反冲洗罐差压控制反冲洗正在进行、调用子程序 2，它的助记符程序为； LD 224.00 OR 224.01 OR 224.02 ANDNOT 10.07 SBS(91) 2 ；调用子程序 2 TIM 030 #10 nts 27 另外，按下停反冲洗罐按钮后也要强迫子程序 2 执行，它的助记符程序为： LD 224.11 SET 224.05 ；反冲洗罐子程序 2 完成一个罐的操作 后定时器复位 SBS(91) 2 ；调用子程序 2 （ 4） 1 号反冲洗罐 1 号反冲洗罐标志位 16.00 位和进水阀标志位 216.00 位都为“ ON”时， 1 号反冲洗罐进水阀打开； 1 号反冲洗罐标志位 16.00 位和出水阀标志位 216.01 位都为“ ON”时， 1 号反冲洗罐出 水阀打开； 1 号反冲洗罐标志位 16.00 和反洗进水阀标志 位 216.02 位都为“ ON”时， 1 号反冲洗罐反洗进水阀打开 ;1 号反冲洗罐标志位 16.00 和反洗出水阀标志位 216.03 位都为“ ON”时， 1 号反冲洗罐反洗出水阀打开； 1 号反冲洗罐标志 位 16.00 位和排水阀标志位 216.04 位都为“ ON”时， 1 号反冲洗罐排水阀打开； 1 号反冲洗罐标志位 16.00 位和排气阀标志位216.05 位都为“ ON”时， 1 号反冲洗罐排气阀打开。它们的助记符程序为： LD 16.00 OUT TR0 AND 216.00 OUT 101.00 ； 1 号反冲洗罐进水阀 LD TR0 AND 216.01 OUT 101.01 ； 1 号反冲洗罐出水阀 LD TR0 AND 216.02 OUT 101.02 ； 1 号反冲洗罐反洗进水阀 LD TR0 AND 216.03 OUT
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