光催化和无机膜饮用水净化装置控制系统

1、光催化和无机膜饮用水净化装置控制系统第一章第一章 设计介绍设计介绍1.1 系统名称：光催化和无机膜饮用水净化装置控制系统系统名称：光催化和无机膜饮用水净化装置控制系统1.2 设计工艺简介：设计工艺简介：SBR 是光催化和无机膜饮用水净化装置控制系统（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥光催化和无机膜饮用水处理技术，又称序批式活性污泥法。SBR 法光催化和无机膜饮用水处理实验装置如下图所示，1、5、12 均为水箱，2 为水泵，3、11 为电磁阀，4 为水流量计（用于检测注水流量情况，产生模

2、拟量电流信号） ，6 为搅拌电机，7 为曝气头（有三个） ，8 为充气泵，9 为气体流量计（用于检测充气流量情况，产生模拟量电流信号） ，10 为排水斗。主要工艺过程简介如下：1、注水。此时 3 打开，2 工作，将 1 内的光催化和无机膜饮用水泵入 5（内有活性污泥） ，4 可以检测水流量，其余装置均处于不工作状态，注水过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，3 闭合，2 停止工作。下面进入曝气阶段。2、曝气。此时 8 工作，通过 7 将空气泵入 5， 9 可以检测空气流量，其余装置均处于不工作状态，曝气过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，8 停止工作。下面进入搅拌

3、阶段。3、搅拌。此时 6 工作对 5 中物质进行搅拌，其余装置均处于不工作状态，搅拌过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，6 停止工作。下面进入沉淀阶段。4、沉淀。此时所有装置均处于不工作状态，让 5 水中的杂质沉淀，沉淀过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束。下面进入排水阶段。5、排水。此时 11 打开， 5 上部的清水可由 10 排入 12，然后再排向别处，其余装置均处于不工作状态，排水过程持续一定时间（预先设定好或由人实时控制）后结束，11 闭合。下面又进入注水阶段，开始新的循环。1.3 SBR 介绍介绍- 1 - 与传统光催化和无机膜饮用水处理工艺不同，SBR

4、 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR 技术的核心是 SBR 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。正是 SBR 工艺这些特殊性使其具有以下优点：1、 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。2、 运行效果稳定，光催化和无机膜饮用水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。3、 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对光催化和无机膜饮用水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。4

5、、 工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。5、 处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。6、 反应池内存在 DO、BOD5 浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。7、 SBR 法系统本身也适合于组合式构造方法，利于光催化和无机膜饮用水处理厂的扩建和改造。8、 脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。9、 工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。SBR 系统的适用范围由于上述技术特点，SBR 系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。就近期的技术条件，SBR 系

6、统更适合以下情况：1） 中小城镇生活光催化和无机膜饮用水和厂矿企业的工业光催化和无机膜饮用水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。2） 需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。3） 水资源紧缺的地方。SBR 系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。4） 用地紧张的地方。5） 对已建连续流光催化和无机膜饮用水处理厂的改造等。6） 非常适合处理小水量，间歇排放的工业光催化和无机膜饮用水与分散点源污染的治理。第二章第二章 总述总述2.1 PLC 介绍介绍PLC 即可编程控制器，国际电工委员会(IEC)先后

7、颁布了 PLC 标准的草案第一稿、第二稿,并在 1987 年 2 月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 ”- 2 -2.2 组态软件概况组态软件概况组态软件，又称监控组态软件，译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据

8、采集与监视控制 ),组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。国国外外组组态态软软件件：1、InTouch：Wonderware 是 Invensys plc“生产管理”部的一个运营单位，是全球工业自动化软件的领先供应商。Wonderware 的 InTouch 软件是最早进入我国的组态软件。在 80 年代末、90 年代初，基于 Windows3.1 的 InTouch 软件曾让我们耳目一新，并且 InTouch 提

9、供了丰富的图库。但是，早期的 InTouch 软件采用方式与驱动程序通信，性能较差，最新的 InTouch7.0 版已经完全基于 32 位的 Windows 平台，并且提供了 OPC 支持。2、IFix：GE Fanuc 智能设备公司由美国通用电气公司（ GE）和日本 Fanuc 公司合资组建，提供自动化硬件和软件解决方案。Intellution 公司以 Fix 组态软件起家， 1995 年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司， Fix6.软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。 Intellution 将自己最新的产品系列命名为 iFiX，在 iFiX

10、 中，Intellution 提供了强大的组态功能，但新版本与以往的 6.版本并不完全兼容。原有的 Script 语言改为 VBA（Visual Basic For Application），并且在内部集成了微软的 VBA 开发环境。遗憾的是，Intellution 并没有提供 6.1 版脚本语言到 VBA 的转换工具。在 iFiX 中，Intellution 的产品与 Microsoft 的操作系统、网络进行了紧密的集成。 Intellution 也是 OPC（OLE for Process Control）组织的发起成员之一。 iFiX 的OPC 组件和驱动程序同样需要单独购买。3、Win

11、CC：西门子自动化与驱动集团 (A&D)是西门子股份公司中最大的集团之一，是西门子工业领域的重要组成部分。Simens 的 WinCC 也是一套完备的组态开发环境， Simens 提供类语言的脚本，包括一个调试环境。 WinCC 内嵌 OPC 支持，并可对分布式系统进行组态。但 WinCC 的结构较复杂，用户最好经过 Simens 的培训以掌握 WinCC 的应用。4、Movicon：全称为 Monitor, Vision and Control.它是新一代的自动化监控软件，由意大利著名自动化软件供应商PROGEA 公司开发，PROGEA 公司自 1990 年开始开发基于 Microsoft

12、Windows 平台的自动化监控软件，开发的软件以简单易用，稳定可靠著称。全面支持Windows 平台。 主要组成部分包括：实时数据库 ,历史数据库，事件及报警管理，安全管理，任务及事件调度，通讯驱动，网络功能， OPC，图形用户接口（窗口资源）等，同时集成 VBA 兼容的脚本语言及类似 STEP-7 指令表的软逻辑功能。5、Citech：悉雅特集团（ Citect）是世界领先的提供工业自动化系统、设施自动化系统、实时智能信息和新一代 MES 的独立供应商。- 3 -CiT 公司的 Citech 也是较早进入中国市场的产品。 Citech 具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而

13、不是工控用户。Citech提供了类似语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix 不同的是，Citech的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。国国内内组组态态软软件件：1.世世纪纪星星组态软件（北京世纪长秋科技有限公司）北京世纪长秋科技有限公司是专业从事工业自动化软件开发、销售、服务及工业自动化系统集成的高新技术企业。公司拥有自主产权的软件产品世纪星通用工业自动化监控组态软件 ，本产品自 1999 年开始销售， 10 年内已有二万多套软件应用于相关行业，如：电力变电配电自动化、电厂监控、石油、化工、冶金、矿山、工业民用水处理、环保 光催化和无机膜饮用水处理

14、、储备粮库、铁路隧道信号监控、交通信号监控、食品及饮料自动化监控等。2.三三维维力力控控 ForceControl （北京三维力控科技有限公司）北京三维力控科技有限公司是专业从事监控组态软件研发与服务的高新技术企业，核心软件产品初创于 1992 年，公司以自主创新为动力，逐渐奠定了在国内市场的领先地位。3.组组态态王王 KingView（北京亚控科技发展有限公司）北京亚控科技发展有限公司正式成立于 1997 年，公司着眼自动化软件领域的尖端技术，基于工业网络平台，为用户提供专业客制化应用解决方案和自动化软件产品和服务。作为国产 SCADA 软件，其创始人早在 1993 年就开始研发组态王产品，

15、并迅速应用到了国内用户的系统中。当时的目标是为用户建立具有易用性强，动画功能丰富、技术性能卓越、稳定可靠且价格低廉于一身的工业自动化软件平台。4.紫紫金金桥桥 Realinfo(紫金桥软件技术有限公司 )紫金桥软件技术有限公司是由中石油大庆石化总厂出资成立的专门从事计算机软件产品开发的高新技术企业，是中国石油天然气集团的软件开发基地。公司专注于自主知识产权软件产品 “实时数据库系统 ”和“监控组态软件 ”的开发与推广工作。5.MCGS(北京昆仑通态自动化软件科技有限公司 ): 昆仑工控-为大型专业工控企业联盟集团，以雄厚的资金为后盾，高、新、尖技术力量为核心，专门从事设计、生产、销售各种类型传

16、感器、变送器、热工仪表、现场控制器、计算机控制系统、数据采集系统、组态软件、专用现场控制软件等6.还还有有 Controx（开开物物）,易易控控等等 组组态态软软件件特特点点 ：随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件- 4 -的源程序时，倘若原来

17、的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。第第三三章章饮饮用用水水处处理理电电路路设设计计3.1 SBRSBR 光催化和无机膜饮用水处理电气控制原理图设计光催化和无机膜饮用水处理电气控制原理图设计(1)(1) 主电路设计：主电路设计：M1M2SKM1KM2FU1 M3TKM3RNN L5 L6FR1FR2FR31#泵（污水）2泵（清水） 风机M4FR4K

18、M4KM5FU4FU3FU2阀门电动机FU5FU63333QFSBR 光催化和无机膜饮用水处理电气控制系统主电路1) 主回路中交流接触器 KM1、KM2、KM3 分别控制 1#清水泵 M1、2#清水泵 M2、曝气风机 M3；交流接触器 KM4、KM5 控制电动阀电动机 M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。2) 电动机 M1、M2、M3、M4 由热继电器 FR1、FR2、FR3、FR4 实现过载保护。电动阀电动机 M4 控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机 M4 实现双重保护。3) QF 为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4)

19、 熔断器 FU1、FU2、FU3、FU4 分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6 分别完成交流控制回路和 PLC 控制回路的短路保护。(2)(2) 交流控制电路设计：交流控制电路设计：- 5 -1#泵提示(潜水)L5NHL1HL2HL3HL4YA1HL5YA2KA1FR1FR2FR3FR4KM1-1KM2-1KM3-1KA2-1KA2-2KA3-1TC220隔离变压器1:1 L N+24VDCCOMPLC注:电源指示2#泵提示(清水)罗茨风机上水电磁阀上水阀指示排空电磁阀 表示采用第三种接地方式。220V电动机过载保护3.23.2 硬件选择硬件选择电源模块:PS307 CPU 模块:CP

20、U314 硬件组态:MCGS PLC 机型选择：西门子 S7200 系列 PLC上位机编程软件：V4.0 STEP7-Micro/WIN硬件组态：MCGS3.33.3 设计方案设计方案（1） 硬件选择情况：1、5、12 均为水箱，2 为水泵，3、11 为电磁阀，4 为水流量计，6 为搅拌机，7 为曝气头（3 个） ，8 为充气泵，9 为气体流量计，10 为排水斗（2） I/O 分配类型名称类型名称类型名称M1.0电磁阀 3的开关M1.7充气泵Q0.0水泵M1.1电磁阀11 的开关M2.0沉淀开关Q0.1搅拌电机M1.2启动M2.1排水阀开关Q0.2充气泵M1.3停止M1.6搅拌电机开关Q0.3

21、电磁阀 3M1.4自动M1.5手动Q0.4电磁阀11- 6 - 手动/自动：I0.0 自动启动：I0.1 自动停止：I0.2 手动：起动 3：I1.0 停止 3：I1.1 起动 2：I1.2 停止 2：I1.3 起动 8：I1.4 停止 8：I1.5 起动 6：I1.6 停止 6：I1.7 排水：I2.0 停止：I2.1PLC 与外部连接情况c.上位机编程- 7 - 公共程序 自动- 8 -手动手动流量(x-0)/(N-6400)=(100-0)/(3200-6400)x=(N-6400)/256- 9 -XORD AC3,AC3MOVW AIWO,AC3ITD AC3,AC3DTR AC3,

22、AC3-R 6400,AC3/R 256,AC3MOVR AC3,VD50注释： 注水曝气搅拌沉淀排水设计思路1. 使用可编程控制器作下位控制站/下位机，使用微计算机上位控制站/上位机，组成控制系统，实现对 SBR 法光催化和无机膜饮用水处理实验装置运行的控制。 上位机监控界面设计 2. 使用 STEP7 编程软件对下位机编程，使下位机能够根据外界输入信息及来自上位机的指令的处理结果来对实验装置进行控制；使用 WINCC 组态软件对上位机编程，编程控制画面实现对下位机及实验装置的监控。上位机监控界面实现效果- 10 -按下现场实际操作的启动按钮后，系统开始按步骤运行，通过按下自动按钮及手动按钮

23、可完成相应的控制方式切换，启动手动控制方式后每一步须按下其相应的按钮来启动运行系统，相应的监控画面也随之变化，两者同步进行。3. 下位机 PLC 输入信号及输出信号：输入信号有水流量计的 420mA,模拟量电流信号和气体流量计的 420mA 模拟量电流信号：输出信号有泵 2 控制信号，电磁阀 3 控制信号，电动机 6 控制信号，泵 8 控制信号，电磁阀11 控制信号。由变量连接的规范，设计合适的图形面，设计出简单的控制界面手动控制界面- 11 -3.43.4 S7_200S7_200 控制程序设计控制程序设计根据控制要求，编写控制程序如下：LD M1.4O M0.1AN M1.5= M0.1LD M1.2O M0.7AN M1.3= M0.7LDN M0.1A M1.0AN M2.0AN jiaobanji:Q0.1AN chongqibeng:Q0.2- 12 -= shuibeng:Q0.0LDN M0.1A M1.0AN M2.0AN