基于PLC的自来水厂净水处理控制系统设计

1、AtT PLC I打电蚀II监拧系统毕业论文（设计）论文（设计）题目：基于PLC的自来水厂净水处理控制系统设计系别：物理与机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号：2010105602姓名：陈政指导教师：陆正杰时间：2014年06月河池学院毕业论文（设计）开题报告系别:物理与机电工程学院专业:机械设计制造及其自动化学号2010105602姓名陈政论文（设计）题目基于PLC的自来水厂净水处理控制系统设计命题来源教师命题 学生自主命题教师课题选题意义（不少于300字）:中国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%,仅次于 巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位

2、，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4、美国的 1/5,是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。我国水资源短缺、水污染严重、水土流失严重、 水价严重偏低、水资源浪费严重。而且南方水多，北方水少。西部水少，沿海水多。据统计，我国目前缺水总量估计为400亿立方米，每年受旱而积200万260万平方千米，影响粮食 产量150亿200亿千克，影响工业产值2000多亿元，全国还有7000万人饮水困难。缺水对环境和人的 身心健康都有着严重的影响。随着社会经济的发展，水对人民的生活与生产的影响越来越重要，人们对供水的质量与安全保障的 要求不断提髙。加强供水系统的监控是一项重要而有效的节水降耗措施

3、，同时又能降低供水系统的能耗。 因此加强水处理厂的各个工艺环节的自动监测与控制具有重要意义。由于历史现实的原因，我国水厂自动化的总体发展水平还不髙，发展也不平衡。大中城市的水厂特 别是发达地区的大型水厂，自动化程度较高，而小城市和城镇的水厂特别是落后地区的小型水厂，自动 化程度较低，有些甚至还是空白。并且，在一些已实现自动化的水厂中，虽然其自动化系统和设备与英 它行业如化工、电力等相比不差甚至更先进，但是，其功能并未充分发挥出来。有的自控系统从未运行 过，一直处于闲苣状态；有的运行一段时间后变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了自动化系统和设 备的极大浪费。因此，对水净化处理控制技术的研究具有极

4、英重要的现实意义。PLC作为一种新型的工业控制器，以其通用性好、安装灵活、扩展方便、可靠性高、性能价格比高等一系列优点，在工业控制中得到越来越广泛的应用，在自来水处理中也得到广泛的推广，近年来随着科技 的发展，工业控制的稳左性、自动化程度不断提髙，使得其成为城币自来水处理自动化方而的首选。30AtT PLC I打电蚀II监拧系统研究的目标和主要内容（不少于400字）（1）査阅各种资料，了解水厂净水处理的基本工作原理：（2）研究基于PLC控制的自动系统设讣（3）研究该系统的实用性及经济作用深入了解和分析被空控对象的工艺条件和控制要求。系统完成的动作，自动工作循环的组成，必要 的保护和联锁等。拟采

5、用的研究方法1、PLC的选型。通过操作，设计一个PLC水净化处理控制系统装苣。按控制要求选择外部设备，确立系统所需的 用户输入，输出设备（常用的输入设备有按纽、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输岀设备有 继电器、接触器、指示灯等等），设讣PLC外部电路的接线图。根据已确左的拥护I/O设备，统计所需 的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型。2、熟悉PLC主机的结构，熟悉编程器的功能和编程语言。进一步熟悉编程器，掌握输入输出、左时器计数器、微分、保持继电器等常用指令的功能和编 程方法。设计应用系统梯形图程序，编写控制程序。将程序输入PLC,进行软件测试。3、本次毕业设汁的研究内容主要

6、是通过网络、图书馆查阅各种相关资料。研究工作的进度安排2014. 2. 20-3. 10收集相关资料,与指导老师取得联系,确定毕业设计题目,上交开题报告2014. 3. 12-3. 20查询课题资料，编写控制程序并设计流程图2014. 3. 21-3. 30开始年业设计作品制作2014. 4. 1-4. 30毕业设计的撰写2014. 2-4月根据导师意见，进一步修改论文2014.5月 答辩。参考文献目录(作者、书名或论文题目、岀版社或刊号、出版年月日或出版期号)1 刘灿生.自动化是我国水厂的发展方向J 给水排水1998, 24 (12)： 1.2 丁亚兰.国内外给水工程设计实例M.北京：化学工

7、业出版社.2000： 6165.31T桓如.工业用水处理工程M.北京：淸华大学出版社，2005： 188-2454 郭凤文.水工业自动化控制技术的发展趋势J.中国给水排水，2001, 17(3)： 3235.5 胡晓春.水厂自动化及设计J.给水排水.2000.6 宋保民，张泾周.上位机与PLC组建分布式控制系统时串口通信的实现J.机械与电子，2005, (1)： 3133.7 常斗南.可编程序控制器原理、应用及通信H.北京：机械工业出版社，1997： 6896.8 周万珍,高鸿斌.PLC分析与设计应用M.电子工业出版社.2004,5： 108132.9 袁任光.可编程序控制器选用手册M.北京：

8、机械业出版社，2002, 381402.10 廖常初.PLC梯形图程序的设计方法与技巧M.电工技术.1998, 10： 5965.指导教师意见该同学毕设选题“基于PLC的自来水厂净水处理控制系统设计”在生活用水净化领域中被广泛应 用。前景广阔，选题具有一过的实用价值。选题研究目标明确，内容左位准确。前期准备充分，研究进 度计划合理，具有可行性。同意开题。签名：年 月 日_教研室主任意见同意开题。签需：年 月 日30廉j - plc rusntM机监拧系统目录摘 要水是关系到国民生计的一项重要资源，随着人们生活水平的提高，人们对水的质量要求也越来越髙，因此水厂的水净化处理方法就显得尤为重要。本课

9、题通过了解对比国内外已建水厂自动化控制系统的现状，器具设备越来越智能化的发展趋势，以及现今我国欠发达城市水厂现状,设计了一套以PLC FX2N作为主控制器的自来水自动控制系统，该系统能实时监控水处理的每一个环im包括自动投明矶、加氯，检测水的PH值，水的流速大小和水的浑浊度投放药量等，并自动储存数据。该系不仅统降低了能耗，提髙了管理水平，而且和人力手动投放药相比，英精确度更准，大大提髙了供水质疑和节约了人力成本。对推进我国中心型水厂给水工艺的发展和减小与先进水平的差距都具有重要现实意义。通过运行的情况表明，该系统经济实用，功能齐全，性能稳泄可靠，值得推广。0关键词中小型PLC：自动控制系统；上

10、位机监控系统：自来水净化；0引言01净水处理的总体介绍12各控制环节的具体操作22. 1取水泵的选择和控制22. 2絮凝剂的投放控制22. 3沉淀过滤淤泥的淸理控制32.4活性炭的定时更换32. 5加氯消毒控制42. 5. 1系统结构42. 5. 2控制特点43系统硬件设计53. 1系统所需仪器设备53.2电气控制系统63. 3净水处理系统的工作原理63. 3. 1控制系统总体框图63. 3. 3净水处理系统主电路设计73. 4 PLC 选型83. 5 PLC 的 I/O 分配94软件系统设计104. 1总体流程设计104.2手动模式104.3自动模式104. 6 PID 控制155调试和运行

11、结果165. 1硬件系统的调试165. 2软件系统的调试175. 3运行结果176总结与展望18参考文献19Abstract. Water is related to an important resource of national life, along with the improvement of peoples living standard, people on the quality of water requirements are increasingly high, so it is very important in water purification. This to

12、pic through the comparison of the present situation at home and abroad have built water plant automation control system of the understanding, development trend and equipment more intelligent, and present status of less developed city water plant, a set of PLCFX2N as the main controller of the tap wa

13、ter automatic control system design, the system can real-time monitor water in every aspect of treatment, including automatic alum, chlorine, detection of the pH value of water, water velocity and water turbidity on the charge, and automatic data storage The system not only system reduces the energy

14、 consumption, improve the management level, and a manual on the drug, its accuracy is more accurate, greatly improving the water quality and save manpower cost It has the important practical significance to promote the development of Chins s gap between central Waterworks in process and decreases wi

15、th the advanced leve1 By running the situation that, the system is economical and practical,complete function, stable and reliable performance, worthy of promotion20Key words the small and medium PLC;automatic control system;PC monitoring system 20 附录20致谢2230基于PLC的自来水厂净水处理控制系统设计机械设计制造及其自动化专业陈政指导教师：陆

16、正杰摘 要水是关系到国民生计的一项重要资源，随着人们生活水平的提髙，人们对 水的质疑要求也越来越高，因此水厂的水净化处理方法就显得尤为重要。本课题通过了解对 比国内外已建水厂自动化控制系统的现状，器具设备越来越智能化的发展趋势，以及现今我 国欠发达城市水厂现状，设汁了一套以PLC FX2N作为主控制器的自来水自动控制系统，该 系统能实时监控水处理的每一个环仔，包括自动投明矶、加氯，检测水的PH值，水的流速 大小和水的浑浊度投放药量等，并自动储存数据。该系不仅统降低了能耗，提髙了管理水平, 而且和人力手动投放药相比，其精确度更准，大大提高了供水质量和节约了人力成本。对推 进我国中心型水厂给水工艺

17、的发展和减小与先进水平的差距都具有重要现实意义。通过运行 的情况表明，该系统经济实用，功能齐全，性能稳泄可靠，值得推广。关键词中小型PLC：自动控制系统；上位机监控系统；自来水净化：引言随着社会经济的发展，水对人民的生活与生产的重要性日益突出，人们对供 水的质量与安全性的要求也越来越高。加强供水系统工作的监测是一项重要而有 效的节水降耗措施，因此加强水处理厂的各个工艺环节的自动监测与控制具有重 要意义。水厂自动化的主要目的不仅是节省劳动力，降低成本，减少维修危险性, 更主要的是实现优质、可幕、高效的供水保证。过程生产的自动检测、调整、控 制和事故报警可确保设备在设定状态下运行，实现不间断的可靠

18、供水。过滤、投 药、消毒等过程实施闭环控制，实现随着水的流量、水的浑浊度变化及时调节工 艺参数，确保出水水质的达标。凭着现代化技术手段对生产过程进行管理和控制， 提高设备的可靠性和运行效率，是技术发展的必然趋势。：1现代水处理厂采用讣算机控制技术已经非常普遍。欧美大部分国家净水处理 厂早就完全用讣算机进行数据记录和运行过程控制，像美国、英国、法国这些国 家大部分已经实现全自动化无人值守控制模式。在厂区内设有相关数量的现场计 算机，对整个水处理过程实现多环路控制，其中包括沉淀、过滤和反冲洗、化学 At I PLC Fl控轧钢机臨拧系统药剂投放等。设在中心控制室内的讣算机主机从各个现场计算机中搜集

19、数据，并 入提供图表显示、曲线、各个设备动作记录。由于中国的实际国情，我国水厂自动化发展的总体水平相对落后，发展也不 平衡。大城市的供水厂特别是发达地区的大型水厂，自动化程度早较高，而小城 市和县级的水厂，自动化程度就低了很多，甚至有些还是空白。并且，在一些已 经实现自动化的水厂中，虽然其设备和自动化控制系统与其它行业如电力、化工 等相比不差甚至更先进，但是，其功能并未充分发挥出来。有的自控系统为了应 付上级检查只是安装在那里，一直处于闲置状态；有的运行一段时间后，乂变为 了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了资源的极大浪费。因此设计一套以PLC为主 的控制系统来控制净水的各个主要环节，不仅降低运行

20、成本，提高了效率，且用 科学的方法保证了水的质量，具有很高的研究价值。1净水处理的总体介绍图中主要分为以下儿个工艺过程：（1）取水：用多台抽水泵将河流、水库、地表等处的水抽入净水厂储水池。图1净水系统流程图（2）加絮凝剂：刚取的水有很多杂志，漂浮物等，这时就需要加絮凝剂混 合后进行反应，并清理反应后沉淀的污泥。（3）平流池沉淀：和混凝剂反应后的水从栅格低速流过平流沉淀池，让悬 浮颗粒等杂质沉淀，并排出沉淀的污泥。（4）过滤沉淀：平流池的沉淀后水还有颗粒杂质在里面，这时就要通过颗 粒介质（活性炭）来去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时更换活性炭。（5）药剂的投加：经过活性炭吸附后，按工艺要求投入氯气

21、，达到消毒的 目的。（6）送水：多台水泵将自来水以一定的流量和压力送入供水管网。过去的自来水厂净水过程简单且操作麻烦，精度乂不是很高，不能很好地确 保水的质量。为此，我根据上述的净水流程图，在相关环节设置了一套以PLC为 主的自动控制系统。2各控制环节的具体操作2. 1取水泵的选择和控制水泵是给水系统中的主要升压设备。较多釆用离心式水泵。水泵的吸水方式 分水泵直接从室外管网抽水和水泵从贮水池抽水两种。水泵的选择原则，应是既 满足给水系统所需的总水压与水量的要求，乂能在最佳工况点（水泵特性曲线效 率最高段）工作，同时还能满足输送介质的特性、温度等要求。生活给水系统的 水泵，宜设一台备用机组。生产

22、给水系统的水泵备用机组，应按工艺要求确定。 每组消防水泵应有一台不小于主要消防泵的备用机组。不允许断水的给水系统的 水泵，应有不间断的动力供应。当采用设水泵、水箱的给水试时，通常水泵直接 向水箱输水，水泵的出水量与扬程儿乎不变，选用离心式恒速水泵即保持高效运 行。对于无水量调节设备的给水系统，在电源可靠的条件下，可选用装有自动调 速装置（变频调速器）的离心式水泵，其工作原理是在水泵出水口或管网末端安 装压力传感器，将测定的压力值，转换成电信号输入压力控制器，再与控制器内 根据用户需要设定的压力值比较。2. 2絮凝剂的投放控制投药混凝剂是水质净化最重要的环节，准确投加所需要的混凝剂量是获得较 好

23、混凝效果及经济效益的最关键问题。本系统III “液位仪”、“计量泵”组成, 可手动或自动控制。“液位仪”自动检测当前加药箱中的药液高度，当液位低于设定值时，液位 仪的报警铃启动，提示工人组织药液向加药箱中加药，当液位到达设定值时，报 警铃停止报警。“计量泵”当源水泵启动时，加药控制部分控制空压机启动搅拌 混凝剂。计量泵根据源水流量计或源水变频器的信号调节加药量，向源水管道或 源水泵中加药，并在仪表上显示。絮凝剂从药粉仓中输出后，经过一个射流混合 器在溶解箱中混合。运行时，射流混合器顶端的喷嘴喷出的水流形成了一层转动 的水膜，干粉物质从上端落到水膜上，并随着水膜旋转下落。在此过程中粉状絮 凝剂粉

24、末被润湿。山底端喷嘴喷水形成的一个强力冲击的横断水流层使絮凝剂进 一步被溶解，而部分从中间落下的干态物质也被溶解。在加药箱里有三个液位检测开关，分别为高液位、低液位和极低液位。正常 工作状态在高、低液位之间，到低液位时系统自动开启进水电磁阀，同时开启干 粉喂料电机。喂料电机的运行II1PLC程序发出的时序脉冲信号来控制，这种运行 方式可以很好的保证配制药液的浓度。当出现异常情况时，系统将自动停止运行 并发出报警信号。当溢流信号出现时系统将报警并显示故障原因；当极低液位动 作时，系统将自动停机并报警，这一设讣是为了在断水的情况下保护加药泵，防 止加药泵干抽。2. 3沉淀过滤淤泥的清理控制当河水等

25、经过沉淀过滤后会产生一些淤泥之类的沉淀物，这时就要求及时清 理干净，保证水的清洁度。因此，我选择淤泥泵来清理。淤泥泵为干式下泵型， 电机采用油室密封方式，内部设计有机械密封装置，能有效防止杂质和高压水进 入电机内腔。该机除了主叶轮外，还有搅拌叶轮，能将沉淀于水底的淤泥搅拌成 湍流后抽取出来。电机放入水下，吸渣率高，不受吸程限制，清淤更彻底。整体 设备简单，不需配备辅助搅拌装置或喷射装置，操作也简便，机组总投资降低， 是最佳选择。2.4活性炭的定时更换活性炭可采用湿式投加和干式两种方法。经过综合考虑，本设计采用干式投 加法。干法工艺釆用直接山给料设备将炭粉投入到水射器中，通过水射器将 炭粉投加到

26、投加点中，粉炭的讣量是通过给料设备来完成的。干式投加采用的主 要设备是干粉投加机，通过料仓给料、投加机螺杆输送，并利用水射器将粉末炭 投入水中。干式投加运转可靠、给料均匀、驱动功率和占地面积小、操作管理乂 方便、30At I PLC Fl控轧钢机臨拧系统容易实现自动控制，水射器设备简单、工作可靠，使用起来也方便。因此，本设计经过权衡对比决定釆用干式投加方式并组成自动投加成套设备。其自动投加原理如下：粉耒戏自SW殳加成奁设&示意图22.5加氯消毒控制2. 5. 1系统结构双回路加氯、独立后备设备、自动称重、漏氯报警、自动压力保护。PLC与 加氯机通过智能口通讯连接，相互联系。水质参数均测入PLC

27、,通过PLC传输至加 氯机；PLC有完整的控制方案，当加氯机控制器故障或有其它缺陷时，PLC能够自 动控制，精确加氯。2. 5. 2控制特点氯气输送管道配备了隔膜压力仪表，PLC与压力表相连接，监控中心实时监 控氯瓶压力。双供气系统自动切换控制，PLC与自动切换控制器相连接，监控中 心实时监测供气状况，确保连续不断的向加氯机供气。PLC对前加氯机加氯量进 行自动比例控制。其控制比率值可以预设定（根据经验和季节的不同）；通过监 控中心的计算机随机更改和设定。进行流量配比控制，根据源水浊度调节比例系 数，进行智能控制。PLC对后加氯机采用复合环加氯控制方式，根据滤后水流量 及余氯分析仪的反馈值对加

28、氯量进行复合环控制。采用智能PID算法，对余氯值进行高精度控制，使出厂水始终达到标准。前后加氯机共备用一台加氯机，PLC 将据其工作方式施加控制方案实现讣算机远程自动控制、就地手动控制和加氯机 本身自动控制多功能。加氯机本身和PLC对加氯量均能进行闭环控制，根据现场 特点通过加氯机能够进行经典的闭环控制，通过PLC更能进行模糊智能控制，提 高制水质量，降低耗氯量。PLC对投加量、故障、设备运行情况及重要参数自动 记录、存档、分析，并定期给出报表；计算机自动记录切换时间及每一氯瓶的供 气时间与供气量，以备生产管理和成本分析。：5图3漏氯报警和保护系统3系统硬件设计3. 1系统所需仪器设备本系统包

29、括中控室、取水井、加矶加氯间、反应池、过滤池、清水池、送水 泵房、管网等各环节组成，各子系统山PLC站控制，中控室有2台分别用于生产管 理与监控的算机，中控计算机可实时显示各PLC单元控制的仪表、机电、加矶、 加氯设备和滤池在内的工作情况，可对系统的所有设备进行远程操作和控制。PLC 接收流量、浊度、压力无线远传信号，控制加氯、加矶量；管理计算机用于显示、 存储视频信号，以便于管理。仪器仪表的分布主要设置在三个地段：取水口处检测水源各项指标，保证最 快地决策投矶量，避免山于延迟带来的投矶量误差；滤池后检测的各项指标起到 反馈调节的作用，自动微调投矶加氯量，使整个系统成为一个闭环调节系统，保 证

30、实现最佳控制；在自来水出厂之前再对所有指标做一次检测，一方面这个数据 上报管理机构存档，可以直接打印报表，另一方面是为防止特殊环境下清水池污 染等突发事件发生时可以及时报警。3.2电气控制系统电气控制系统主要包括操作面板，电气控制柜等单元。山于在该系统中需要 检测较多的数字输入量，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按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：显示面板山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，主要包括各

31、类传感器 的输入信号、PLC及其扩展模块等。3. 3净水处理系统的工作原理3. 3.1控制系统总体框图净水处理系统的电气控制系统总框图如图4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，以及相关信号的输入，完成相关设 备的运行、停止和调速控制。30廉j - plc rusntM机监拧系统3. 3. 2工作过程在手动状态下，各类设备的控制使根据操作面板上的按钮输入来控制，没有 逻辑控制，可以不根据传感器状态进行控制，在自动方式下进行控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启动、停止控制，其工作过程如下:图4电气控制系统框图接通电源，自动控制方式启动。运行粗格栅，

32、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;(1) 根据反馈回来的液位差状态控制清水机运行与停止；(2) 进行泵房中的潜水泵根据液面高低进行运行和停止；(3) 投药机根据水的浑浊度和流速反馈的模拟量经PLC运算后进行控制。(4) 在净水系统中，投药机的启动采用顺序控制方式，依次启动设备。m3. 3.3净水处理系统主电路设讣主电路是山各个电机、泵与电网的连接。如图5所示，为主电路连线图。三 台电机分别为排淤机(Ml)、投放电机(M2)、水泵电机(M3),接触器MK3、KM2、 KM6分别控制Ml、M2、M3、的工频运行;接触器KM5、KM9分别控制Ml、M3变频运 行；QF1为主电路

33、的开关；FU1为主电路熔断器；FR1、FR2、FR3一/ 口L2L3NL3阻二二一2L122L220LM ,L15排淤电机投放电机水泵电机图5主电路接线图分别为三台电机过载保护的热继电器；选MM430变频器是用来控制电机Ml、M3变频运行的。3.4 PLC选型PLC是可编程控制器的简称，在本系统中PLC代替了原先的硬接线的控制逻辑 电路，实现了生产的自动控制；PLC比先前的继电器控制具有如下优点：30At I PLC Fl控轧钢机臨拧系统（1）可改变控制程序：在水厂生产流程或工艺改变的情况下，不必改变PLC 的硬件设备，只要改变相应的程序就可满足用户要求。（2）适用于工业环境，可靠性高：PLC

34、产品的平均无故障时间达5年以上， 因此它是一种高可靠性产品，大大提高了生产设备的工作效率。3） PLC功能齐全：一般PLC具有开关量和模拟量输入/输出、计数、定时、逻 辑和算术运算、顺序控制、PID调节、通讯等功能。除了应用于开关量控制系（统外，也可用于连续的流程控制系统，从而使净水处理设备的控制水平大 大提高；（4）易掌握，便于维护：使用人员只要掌握工程上通用的梯形图语言就可 进行用户程序的编程和调试，乂山于PLC具有自诊断功能，因而较容易进行维护, 查出故障原因。本文采用日本三菱公司的FX2系列中的FX2N-32MR型号系列PLC,其型号位 32X,本文使用一个8位的I/O扩展模块。PLC

35、通过各种模块接口采样电信号；控制信号IIIPLC输出后以4-20mA电流形式 送到执行机构，控制执行机构的动作。：83. 5 PLC的I/O分配表3-1输入地址分配输入地址输入设备输入地址输入设备X0启动开关SB1X8手动格栅池进水泵SB3XI格栅井低位液位X9手动调节池进水计B1泵SB4X2格栅井高液位计X10手动反应池进水B2泵SB5X3调节池低位液位XII手动絮凝投放机计B3SB6X4调节池髙位液位X12手动活性炭变换计B4机SB7X5反应池低液位llX13手动反应池排水B5反应池高液位讣泵X6B6X7停止开关SB2表3-2输出地址分配输入地址输入设备输入地址输入设备Y0格栅池进水泵KM

36、1Y9活性炭机KM7Y1格栅池高液位报Y10手动格栅池进水警灯HL1泵KM8Y2调节池髙液位计Y11手动调节池进水报警灯HL2泵KM9Y3调芮也进水阀KM2Y12手动反应池进水泵 KM10Y4水浑浊度检测器Y13KM3投氯机KM11Y5反应池髙液位报 警灯HL3Y14手动排泥机KM12Y6絮凝剂投放机KM4Y15手动反应池排水 电机KM13Y7排污机KM5Y8冲洗机KM6根据控制系统的功能要求，设计污水处理控制系统外部连线图，如图6所示。4软件系统设计采用三菱公司为FX2N系列PLC开发的SWOPC-FXGP作为编程软件，上面介绍了 丄业污水处理控制系统的工作原理、结构和电气控制部分。硬件结构

37、的总体设计 基本完成后，就要开始软件部分的设计，根据控制系统的硬件部分和控制要求的 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。在软件的设计过程 中，首先按照需要实现的功能要求做出流程图，其次按照不同的功能编写不同的 功能模块，这样写出的程序条例清晰，便于调试4. 1总体流程设计根据系统的控制要求，控制过程可以分为自动运行和手动控制功能。在手动 控制模式下，每个设备可单独运行，以测试设备的性能，如图4-1所示。开手自动30展fplc自挖轧钢机监控系统图4-1模式选择流程图4. 2手动模式在手动模式下，可以单独调试每个设备的运行，如图4-2所示。在此模式下, 可以过按钮对格栅机、

38、电动阀门、加氯机以及各类泵进行控制：对于曝气机的控 制，可以通过按钮增大或减小变频器的频率来改变其速度，以检测调试性能。4.3自动模式处于自动方式时，系统上电后，按下自动启动确认按钮后系统运行，系统开 始工作，其工作过程包跨一下儿个方面：系统上电后，按F自动启动确认按钮，启动抽水泵；30廉J - PLC自控轧钢Ml监控系统30启动幵关 格栅井彳氐位滋位计 格栅池高液位 调节池低位潘&计 调节池高位潘位计 反应池低液位 反应池高滋位计 停止幵关 手动格栅池进力泵 手动调节池进力泵 手动反应池进水泵 手动絮凝投放机 手动活性炭变换机 手动反应池排力泵(JJSBIB2B3B6SB2rf7sB3LlT

39、sB4rrTsB5LU SB6jfTfsB7fsB8rrTsB9llT-X0YCXIY1X2Y2X3Y3X4Y4X5Y5X6Y6X7Y7X8Y8X9Y9X10Y10XIIY11X12Y12X13Y13X14Y14Y15KM格栅池进水泵池高液位计报警灯调节池进水阀COMCOM1COM2COM3Ki12投氮机排泥机水洱浊度检测器2应池高滋位报警灯絮瀕剂投放机排污机冲洗机活性茨机手动格栅池进水泵手动调节池进水泵手动反应池进水泵图6污水处理控制系统外部连线图廉j - plc rusntM机监拧系统30格栅池进调节 池进水电排 污泥电图4-2手动操作模式流程图启动粗格栅系统；启动调节池系统；启动混凝池系

40、统；启动污泥脱水系统；以上丄作方式并不是顺序控制方式，而是按照PLC检测到传感器状态进行启动，如图4-3所示:图4-3自动操作模式流程图在自动控制模式流程图中，调用了各个控制系统程序，主要包括格栅系统程 序、调节系统、反应系统及杂质污泥脱水系统程序，以下分别介绍各个子程序的 工作过程。格栅系统程序主要控制格栅机和清杂质机的运行，其工作过程包括以下儿个 方面:(1)自动过程开始启动格栅机，定时20min；(2) 定时到，停止运行格栅机2h;(3) 2h定时到，运行格栅机20min,循环进行；(4) 同时检查液位差，若超过设定值则启动清杂质机:(5) 液位差值低于设定值，停止清杂质机运行。格栅系统

41、丄作流程图如图4-4所示。格栅启动格栅格栅进水 n图4-4格栅系调节反应系统主要控制絮状物沉淀情况，其工作过程包括以下儿个方面：(1) 自动过程开始启动絮凝机；(2) 检测液位高度和水的浑浊度，当氯的浓度和水浑浊度低于最低位传感器 时，开始定时防止误判；(3) 定时到后，若仍低于最低位传感器，则投絮机继续运行，否则停止；(4) 监测浑浊度处于中位和高位传感器之间时，开始定时防止误判；廉j - plc rusntM机监拧系统定时到后，若浓度和浑浊度仍持续处于高位传感器，则输岀报警信号。图4-5水泵工作流程图杂质污泥脱水系统程序主要控制离心式脱水机，启动定时;(1) 自动过程开始首先启动离心式脱水

42、机，启动定时;(2) 定时到，启动聚合物泵，启动定时;（3）定时到，启动杂质污泥泵和切割机；杂质污泥脱水机系统丄作流程图如图4-6所示图4-6杂质污泥脱水机系统工作流程图4. 6 PID控制PID是将经过反馈后得到的误差信号分别进行比例、积分和微分运算后再叠 加得到控制器输出信号，对于工业控制过程，常规PID控制器有原理简单、使用 方便、稳定可靠、无静差等优点，因此在控制理论和技术发展的今天，在工业控 制领域有广泛应用。常规的PID控制器的描述如式（1-1）所示：Un二KpEn+KiEn+KdEonCn式（4-1）式中各参数代表的意义是：En:控制器偏差输入30At I PLC Fl控轧钢机臨

43、拧系统Eon：系统误差变化率Kp：比例增益KI：积分增益KD：微分增益微分作用KD的作用使之能够根据偏差变化的趋势做岀反应，它加快了对偏差 变化的反应速度，能够有效的减小超调，缩小到最大动态偏差。但是，同时乂会 使系统收到高频干扰的影响。积分的作用KI是为了消除静态而引入的。但是，KI 值的引入使得系统响应的快速性下降，稳定性变差。最明显的是在系统出现大偏 差阶段时，积分往往使得系统的响应出现过大超调，从而使得调节时间变长。比 例增益KP使控制器的输入输岀成一一对应关系，只要输入输出有偏差，比例作用 立即产生控制作用，比例控制是用来调节系统的静态增益的，它基于偏差进行调 节，是有差调节。要减小

44、偏差，同时也为了加快系统响应速度，缩短系统的调节 时间，就需要增大KP值。但是因为KP值乂受到系统稳定性的限制，所以KP值不能 任意增大。在实际的系统设计中只有合理的整定上述三个参数，才能获得比较满 意的控制性能。在污水自动控制中，氯气投加、絮凝剂投加和曝气环节山于过程 的多变性、复杂性、非线性、和大滞后的特点，采用PID控制算法难以实现准确 和高效的控制。为此在常规的PID控制基础上，采用模糊推理的方法，对PID控制 参数进行在线整定，从而完善PID控制器的性能。：応5调试和运行结果工厂水净化自动控制系统设计、安装完成后，进行系统的调试和试运行，确 定符合实际进水水量和水质的各项控制参数，发

45、现并解决设备、仪表、程序、工 艺等方面出现的问题，检验系统是否实现工艺设计LI标，即出水各项指标达到设 计要求。5. 1硬件系统的调试调试过程首先检查总供电及各设备供电是否正常，然后检查设备的电气控制 是否正常，能否正常开机，检查仪表及控制系统是否正常，各种闸阀能否正常开 启和关闭。在对系统进行必要检查后，开始进行具体的调试。硬件功能调试主要是测试硬件的功能是否正常，这部分的调试内容包括：(1) 供电线路的设置和检测，主要是用万用表检测电路的连通是否实现，以 及保证接线的正确性，防止220V与24V线路的错位接线发生。(2) 变频器进行单独调试，检测能否正常进行参数设置；(3) 电机直接加三相

46、电源调试，检测电机的工作状态；(4) PLC单独检测，检测能否正常进行变频调速，在外部控制模式下，控制 端子是否能正常控制电机启动，调节电机转速等；(5) 变频器加电机进行调试，检测能否正常进行变频调速，在外部控制模式 下，控制端子是否能正常控制电机自动，调节电机转速等；(6) PLC加变频器联机调试，检查PLC、变频器是否能实现对此系统控制。5. 2软件系统的调试在三菱卿(庇7川弋编程软件中，通过编程，将编好的程序下载到PLC 中进行运行调试，检查程序是否错误，是否能够实现相应的功能控制。调试时， 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格栅

47、机，抽水泵，以及污泥回流泵的启停，因此需要按照液 位传感器反馈来的信息进行判断处理，然后再进行输出控制。5. 3运行结果通过系统调试，能够实现PLC在系统控制中的手动、自动模式的控制。启动 电源后按下自动或手动模式选择按钮。挡在手动模式时，可通过通过各个控制按 钮实现对河水净化处理系统中各电机的控制运行。当在自动模式时，在自动方式下进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器 的状态对各设备进行启动和停止控制。自动控制系统过程包括：粗格栅系统、调 节系统、投放系统和污泥脱水系统。启动自动运行按钮后，自动过程开始，启动 格栅电机和调节池电机进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环 进行。(1

48、)当闭合开关，辅助继电器接通，检测液位格栅池低液位接通，格栅 进水电机运行，当格栅液位到达高液位时，高液位检测讣接通，高液位报警灯接 通，然而格栅池停止进水(2)当调节池处于低位时，调节池进水阀接通，调 节池进水。当调节池到达高液位时，高液位检测计接通，高液位报警灯接通，调 节池停止进水。(3)辅助继电器H0接通富足继电器Ml也接通，反应池定时器T1 开始讣时，当液面没有超过高液位警戒时，反应池进水电磁阀进水。当T1讣时结 束时，反应池停止进水，（4）当T1计时结束时，投放机定时器T2开始计时，在 T2计时的时间段中，投放机运行，向反应池中进行投放。（5）当T2计时结束后, 投放机停止投放,反

49、应池排水机定时器T3开始计时，在T3这段时间中排水机运行, 排出清液（6）当T3计时结束时，排水机停止，同时排泥泵T4开始计时这段时间 中，排泥泵开始运行（7）当T4计时结束时，进行重置定时器，反应池重新运行（8）当反应池中液位到达高液位时，反应池高液位报警接通，反应池停止进水。（9）当反应池的液位到达低液位时，排水电磁阀关断，反应池停止排水（10） 当浓缩次液位到达高位时，浓缩次高液位报警灯接通，反应池停止排水，脱水机 开始运行，当浓缩池液位处于低液位时，反应池排泥泵运行，在手动控制模式下，分别手动按下控制柜上格栅池电机、调节池进水电机、 反应池进水电机、投放机、反应池排水机、反应池排泥泵以

50、及浓缩池脱水机按钮 时，相应每个自动程序的电机关断，然后启动手动各个电机进水、排污、投放等 程序。6总结与展望本文通过分析国内外净水厂及其讣算机自动控制系统现状的比较，针对水厂 的控制要求设讣了一套自动化控制系统。经试验室调试和现场运行试验，系统能 很好地完成调节任务，不论取水浊度在哪个范围系统都能在较短时间自动将加矶 量调节到合适位置，保证成品水质浊度在25的技术要求。其它通讯、显示、操 作、报警及历史曲线等各项功能工作正常，达到了客户提出的系统要求。水厂生产实现自动化控制，改变了传统的生产运行管理方式，促进了净水处 理技术水平的提高。釆用PLC来实现自来水自动加药控制的过程，可使控制方案

51、简洁化，设计和施工周期缩短，整个系统可靠性较高，维护乂方便。同时将落后 的手工操作方式改成全自动控制，不仅有利于操作人员的身体健康，而且大大提 高了生产效率和制水质量，这套控制系统可广泛适用于各种工艺流程和不同的水 质，实用价值较高。在应用方面，中小型自来水厂的自动化系统有着广泛的前景。依靠现代化技 术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势，也是适合我国国情的较好做法。在今后的发展中，我们可以扩展更高端的功能，比如在线视频控制，远程质 量监测等，采用该技术后，可将全区、市各自来水厂的数据实时入网，方便各监 测部门实时监督，并自动生成报

52、表，有很大的发展前景和空间。在设计中预留接 口，可以方便以后将电机等主要设备的运行、报警数据如过流、过压、缺相等纳 入本监控系统，集中显示记录，进一步提高整体运行的可靠性，数据记录的自动 化以及完备性。在程序中还可以用到比例/积分/微分(PID)回路控制指令，通 过PID调节，可以更精确的控制加矶量。但是在本系统中程序里面设置的延时时 间较长，运用PID调节，容易形成振荡，并且在本系统中PID调节的参数整定很难, 需要花费很多的时间和经历，因此本程序设讣中没有采用这个控制方法。参考文献11刘灿生自动化是我国水厂的发展方向J.给水排水1998, 24 (12) : 1.2 丁亚兰.国内外给水工程

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54、可编程序控制器选用手册M.北京：机械业出版社，2002, 381402.10 縻常初.PLC梯形图程序的设计方法与技巧M.电工技术.1998, 10： 5965.Design of Water Plant Water Purification30廉J - PLC自控轧钢Ml监控系统Processing Control System Based on PLCMajor： Mechanical Design, Manufacturing and Automation CHEN ZhengSupervisor： LU Zheng-jieAbstract Water is related to an important resource of national life, along with the im