基于PLc的污水处理控制系统设计PPtPPT课件

1 基于PLC的污水处理监控系统设计 姓名 关洋专业班级 自动化1322学号 1303012219指导教师 陶文华 2 1 本课题的背景 意义2 课题研究的主要内容及控制目标3 系统的总体控制方案4 系统的硬件配置5 系统的软件设计6 污水处理系统的组态建立 3 1 本课题的背景 意义 目前 环境问题成为了制约世界各国可持续发展的重要因素之一 水环境的污染问题 不仅严重影响着人们的健康 还加速了水资源的短缺 众所周知 中国水资源严重缺乏 是世界13个缺水国家之一 与发达国家相比 中国污水处理的效率还很低 主要表现为城市生活污水处理效率低 城市生活污水处理在发达国家已经成为了一个比较稳定的市场 而在中国则迫切需要加快污水处理的发展进程 因此 如何有效的进行水资源的循环再利用成为社会的一个重要问题 污水处理系统对于全面建设小康社会的中国而言就更重要了 我国正处在经济高速发展的时期 城镇化的步伐加快 城市污水排放量增大 在这种背景下 合理地开发适合城市综合污水处理的技术和工艺 不仅能缓解城市水资源短缺的现状 同时维护生态环境 将对人类社会和经济具有深远的历史意义和现实意义 4 随着淡水资源的日益短缺和需水量的不断增加 许多缺水城市和地区无新的水源可开发利用 污水的回收和再用已成为解决水资源短缺的有效措施之一 因此 不断加大我国污水处理的效率和力度 对改善环境质量和人民生存环境 促进社会的可持续发展具有重要的意义 而PLC控制器以其技术成熟 通用性好 可靠性高 安装灵活 扩展方便 性能价格比高等一系列优点 在工业控制中得到了越来越广泛的应用 由此 做一个基于PLC的污水处理监控系统的设计 将科学理论与实际问题结合起来去解决问题 具有很深的现实意义 5 2 课题研究的主要内容及控制目标 主要内容 本课题主要设计的内容是污水处理工艺及污水处理系统的组成和PLC控制系统设计 主要由以下内容组成 1 介绍了污水处理的基本内容 包括工业污水处理的发展现状以及污水处理的工艺流程 2 介绍了PLC的基本结构和工作原理 并对工业污水处理控制系统进行设计分析 3 具体分析设计工业污水处理的硬件系统 4 具体分析设计工业污水处理的软件系统 5 系统的组态建立 6 控制目标 对污水进行除油 消毒 调整PH值 同时在该系统中设置有溶解氧仪超声波检测器 通过它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 在反应池中将污水pH值控制在6 9范围内 污水处理系统工艺流程选择合适 PLC选型合适 PLC硬件 软件经仿真均能正常工作 经过处理系统能将污水处理为可再利用水 当设备处于自动工作方式下 相关设备按PLC程序工作 实现污水处理法的流入 反应 沉淀 排放的自动化 在污水处理中采用PLC控制系统改造 提高自动控制的可靠性 减轻工人的劳动强度 提高污水处理厂的运行效率和运行效益 实现污水厂生产管理的科学性 7 3 系统的总体控制方案 系统工艺流程图 8 SBR污水处理工艺 SBR法是歇式活性污泥法 SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess 的简称 是一种按照一定的时间顺序间歇式操作的污水生物处理技术 也是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥工业污水处理技术 又称序批式活性污泥法 其反应机理及去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同 只是运行操作方式不尽相同 SBR法与传统的水处理工艺的最大区别在于它是以时间顺序来分割流程各单元 以时间分割操作代替空间分割操作 非稳态生化反应代替生化反应 静置理想沉淀代替动态沉淀等 整个过程对于单个操作单元而言是间歇进行的 但是通过多个单元组合调度后又是连续的 在运行上实现了有序和间歇操作相结合 9 PH值控制流程图 10 本系统采用PID控制算法 在污水的自动控制中 混凝剂投加 氯气投加和曝气环节由于过程的复杂性 多变性 非线性和大滞后的特点 对于污水处理系统PH值 采用PID控制可以克服系统复杂的时滞非线性特性 PID控制技术是迄今为止最通用的污水处理控制策略 对于工业控制过程 常规的PID控制器具有原理简单 使用方便 稳定可靠 无静差等优点 常规的PID控制器的描述如下式所示 u k KpE k Ki E k KdEc k 控制器输出量u t 的算法为 11 典型PID控制回路 12 4 系统的硬件配置 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S7 200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 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 西门子公司专门为S7 200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 13 I O分配表 数字量输入模拟量输入 14 数字量输出模拟量输出 15 其他电气设备选型 变频器 西门子MM430 7 5KW 250KW 接触器 施耐德LC1 D0901M5C交流接触器 液位计 选用MSP422超声波液位计1套 MSP422是一款简单的4 20mA输出液位传感器 其量程0 3 8m 分辨率小于1mm 稳定状况下为量程的 1 电源12VDC 30VDC搅拌机1台 选用JBJ 1 5型搅拌机 n 86r min 药计量泵 H2SO4OD90型 PH计 选用PC 350PH计 测试范围0 0014 00pH 精度0 01pH 信号输出为隔离式DC4 20mA输出 电压输出 12VDC输出 电磁阀 ZS 20B污泥回流泵 G40 1型螺杆泵一台卧式离心泵 SLWH65 100 1 型刮泥机 GNJ 5 5污水流量计 CE 9628箱式压滤机 XM30 800 U 16 工业污水处理系统PLC硬件接线图 17 5 系统的软件设计 采用西门子公司为S7 200系列PLC开发的STEP7 Micro WIN32作为编程软件 上面介绍了工业污水处理控制系统的相关内容 硬件结构的总体设计基本完成后 就要开始软件部分的设计 根据控制系统的控制要求和硬件部分的设计情况及PLC控制系统I O的分配情况 进行软件编程设计 采用模块化设计方法 主要包括主程序 数据采集模块 PID控制算法设计等程序 系统组态使用MCGS进行组态设计 18 6 污水处理系统组态建立 上位机设计包括 1 污水处理远程计算机控制系统 它采用MCGS组态软件来控制和管理 是一套用来构造和生成计算机监控系统的组态软件 通过对现场数据的采集显示 报警处理 流程控制和报表输出等多种直观方式 向用户提供解决实际问题的方案 2 整个工程的系统构成及工艺流程 被监控对象的特征 主要监控要求和技术要求等 3 拟定组建工程的总体规划和设想 主要包括系统需要实现哪些功能 控制流