PLC控制的中水回用处理系统设计

1、绪论1第1章基于PLC的污水处理控制系统的方案论证41.1基于PLC的污水处理系统的设计方案41.2基于PLC的污水处理系统的方案论证5第2章系统的硬件组成及其电路设计82.1可编程控制器（PLC的选择8.2.2PLC的选择82.3传感器的选择92.3.1液位传感器的选择92.3.2温度传感器的选择112.3.3流量传感器的选择132.3.4酸碱度传感器的选择142.3.5溶解氧测定仪的选择162.3.6变频器的选择172.4电机控制电路1.9.第3章基于PLC的污水处理控制系统的软件设计223.1部分系统流程图22.3.2上位机监控系统24.3.3基于PLC的污水处理控制系统流程图26.第4

2、章PLC控制的程序设计274.1程序设计的原则27.4.2控制系统的I/O点及地址分配27.4.3PLCI/O接线图.30.4.4PLC控制程序程序说明31第5章监控程序的软件设计355.1组态软件简介.组态软件的选择355.1.2世纪星组态软件简介355.1.3世纪星软件组成355.2组态画面的具体设计365.2.1组态图形界面的设计365.2.2组态的变量设计375.2.3应用程序命令语言编辑38结论40参考文献41致谈日42摘要水污染是我国城市面临的严重问题，它不仅危害人民的身体健康，更制约着我国经济的发展，破坏了生态平衡，并容易导致水荒的发生。中国水资源

3、人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。因此，中水回用目前与自来水生产、供水、排水、处于同等重要地位。针对现阶段我国污水处理厂的计算机管理和自动控制系统水平较低，污水厂的正常运行率和出水合格率不高，利用PLC与流量计、PH计、温度计和液位计组成污水处理控制系统，通过以太网实现上位机监控，对生产和生活过程中产生的废水进行净化、中和以及生化氧化等处理，使其最终达到“中水”的排放标准。由于应用软件控制代替了硬件控制，不仅提高了污水处理厂的正常运行率，而且为自动化控制的顺利实现创造了条件。本设计介绍了PLC在污水处理系统中的应用及PLC控制系统的配置和控

4、制方式，并对PLC和上位机组成的控制系统的主要功能进行了叙述，从而实现污水处理正果过程的实时监测和自动控制。设计中运用了温度传感器、液位传感器、流量传感器和酸碱度传感器来采集信号，经PLC处理分析后分别控制各水泵、风机和阀门的启停与开关，从而实现了生产过程的自动化。关键词：PLC;污水处理；中水回用；传感器；组态软件AbstractAbstractWaterpollutionisaseriousproblemfacedbyourcity,ItisnotonlyharmfultopeopleshealthbutalsoRestrictChinaseconomicdevelopmentsdestr

5、oyedtheecologicalbalance,andeasilyleadtowatershortagesfromoccurringheChinesewaterresourcesaverageamountpercapitaarefew,thespatialdistributionisnotbalanced.AlongwiththeChineseurbanization,theindustrializationacceleration,thewaterresourcesdemandgapalsodaybydayincreases.Therefore,Sewagetreatmentandrunn

6、ingwaterproduction、watersupplying、drainingwaterandthewatersalescommissionisattheequallyimportantpositionnow.ForthelowlevelofcomputermanagementandautomaticcontrolsystemofthepresentstageofChinassewagetreatmentplants,andthelowrateofthenormaloperationofwastewatertreatment,usingPLCandflowmeter,PHmeter,le

7、velmeterthermometerandcompositionoftheindustrialsewagetreatmentcontrolsystem,monitoringbytheEthernet.Especiallyfortheindustrialwastewaterproducedbythefactory,byneutralizationandbiochemicaloxidationprocessing,thesystemwillpurifythewater,makingituptotheemissionstandard.Insteadofhardwarecontrol,softwar

8、econtrolcanimprovetherateofthenormaloperation,andcreatetheconditionsforthesmoothrealizationoftheautomaticcontrol.ThisdesignintroducedPLCinsewagetreatmentsystemsapplicationandthePLCcontrolsystemsdispositionandthecontrolmode,andhascarriedonthenarrationtoPLCandthesuperiormachinecompositionscontrolsyste

9、msmajorfunction,thusrealizesthesewagetreatmentfruitsofvirtueprocessreal-timemonitorandtheautomaticcontrol.Inthedesignhasutilizedthetemperaturesensor,thefluidpositionsensor,theflowsensorandthepotentialofhydrogensensorgathersthesignal,afterPLCprocessinganalysiscontrolsvariouswaterpumps,theairblowerand

10、thevalveseparatelyopensstopswiththeswitch,thushasrealizedtheproductionprocessautomation.Keywords:PLC;Sewagetreatment;Sensor;Configurationsoftware绪论1.污水处理的背景地球虽然有70.8%的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%,而且分布不均。20世纪50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度

11、扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。全世界每天约有200吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国40%的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲55条河流中仅有5条水质差强人意。20世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增加了5倍。世界上许多国家正面临水资源危机：12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施。水污染是我国城市面临的严重问题，它不仅危害人民的身体健康，更制约着我国经济的发展，破坏了生态平衡，并容易导致水荒的发生。中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日

12、益增大。因此，污水处理目前与自来水生产、供水、排水、中水回用处于同等重要地位2 .我国污水处理的发展现状虽然由于国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。但目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段。一方面，中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。另一方面，中国的污水处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低。因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创建合理的污水处理收费体系，扶植国内环保产业发展，推进污水处理行业的产业化和市场化。污水处理行业

13、是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。中国将在“十一五”期间投资3000亿元以推进城市污水处理和利用，中国污水处理行业由此迎来高速发展期。从总体上看，我国污水处理正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，污水处理需求将逐步实现自给。我国污水处理主要面临的难题：(1)人口增加，污水增多在我国，随着城市人口的增加和工农业生产的发展，污水排放量也日益增加，水体污染相当严重，而且几乎遍及全国各地。到2000年底，全国设市的663个城市中有310个建有污水处理设施，建设污水处理厂427座，年污水处理量113.6亿立方米，污

14、水处理率只有34.23%(2)加快发展，急需资金在社会主义市场经济条件下，污水处理是从一定量的资金投入开始的。污水处理资金的规模决定着污水处理的规模。污水处理资金自身的发展速度决定着污水处理发展的速度和污水处理技术进步的速度。现实的污水处理中，技术先进、处理费用低的决策方案通常是预付资金量较大的方案。从这个意义上说，资金自身的发展速度越快，污水处理技术的进步和应用才能越快，污水处理也才能越快。(3)处理资金，来源困难长期以来，我国城市污水处理设施采取的是免费使用政策，不仅扩大再生产由财政投资，简单再生产也需要财政拨款才能完成，财政拨款因此成了污水处理设施维护建设投资的唯一来源。城市污水处理是公

15、益事业，污水处理资金财政拨款应是公共财政支出。因我国社会主义市场经济体制改革还在深化中，公共财政收入占GDP的比重、中央公共财政收入占公共财政收入的比重目前还不够合理，城市污水处理资金很难像美国等发达国家哪样绝大多数来自财政拨款或贷款。3.污水处理的前景随着中国经济的发展和人民生活水平的逐步提高，必然对环境质量提出更高的要求。解决好水污染问题，对污水进行处理后再排放，是生态环境保护以及为人们营造舒适生活环境的重要条件。城市污水处理及污染防治技术政策规定，2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%重点城市的污水处理率不低于70%要达到此目标， 每年用于水污染防治投资须达400亿元

16、以上。新世纪，我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段，不仅大城市，很多中小城市、铁道部各车站区，甚至发达地区的乡镇都开始修建污水处理厂。自动化系统在污水处理过程中所发挥的重要作用已逐渐被认识，并受到普遍重视。面对巨大的市场需求，势必要研究和开发出具有自主知识产权的自动化系统及配套设备。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，在污水处理中也得到一定程度的推广。随着现代控制技术和计算机技术的飞速发展，控制技术在污水厂中得到了广泛应用，使得整个污水处理过程实现了计算机监测、控制和管理，以实现高质量、低成本、稳定可靠

17、的运营方式。作为一个朝阳产业，污水处理行业的发展前景十分广阔。第1章基于PLC的污水处理控制系统的方案论证1.1基于PLC的污水处理系统的设计方案为了保证污水处理系统的正常稳定运行，保证可靠控制，减轻劳动强度，提高工作效率，降低运行成本，提高管理技术水平，采用先进的计算机控制系统进行污水处理系统的数据采集和监控。控制系统的设计原则：(1)保证系统具有高可靠性、稳定性，以保证污水处理设备安全可靠的运行。(2)系统应具有较高的性能价格比。控制系统将完成以下主要功能：(1)对污水处理现场的各种设备进行自动控制；(2)可根据工艺要求，随机调整检测、控制参数；(3)对污水处理工艺过程进行数据采集和显示；

18、(4)对实时采集的数据进行归档、趋势图显示、打印；(5)对历史数据的查询和打印；污水处理是一项涉及生物、化学、物理等多项学科的综合性技术，具工艺机理较为复杂。污水处理工艺可分三类，即一级处理、二级处理、三级处理。一级处理：主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOr股可去除30流右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。二级处理：主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BODCOEW质)，去除率可达90%Z上，使有机污染物达到排放标准。三级处理：进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主

19、要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。国内目前综合考虑水质、投资、运行成本、处理效果等因素，多采用一级和二级处理方式。一级处理采用物理方法，利用物理作用处理、分离和回收污水中的悬浮物(SS)和泥砂。主要设备有格栅、筛网、沉砂池、沉淀池、水泵、除渣机等，物理法工艺过程的变化较快。二级处理则采用生化方法，生化法是利用微生物能够降解代射有机物的作用来处理污水中悬浮性溶解性有机物以及氮、磷等营养盐。由于污水处理厂的占地面积大，设备比较分散，信号的传输距离较远。通过分析工艺过程发现：在受控对象中有相当多的开关量和模拟量，同时检测点也较多。而控制过程是以逻辑顺

20、序控制为主，闭环控制为辅。针对这样一个实际状况，我们将PLC(ProgrammableLogicController)作为下位机，计算机作为上位机,通过上位机强大的数据处理能力和良好的界面实现管理和监控，以PLC可编程控制器进行逻辑运算，对生产过程实行在线实时控制。各PLC均可与PC联网通信。控制系统的主控部分采用欧姆龙公司生产的CPM2A-6的PLC,它与计算机连接，采用的通讯设备为RS-232/PPI多主站通信电缆。1.2基于PLC的污水处理系统的方案论证基于PLC的污水处理控制系统流程图如图1-1所示。图1-1基于PLC的污水处理控制系统流程图(1)粗细格栅及提升泵格栅是由一组平行的钢制

21、栅条组成，设在水泵前的格栅为粗格栅，设在构筑物前的格栅为细格栅。 粗格栅的目的是截流污水中较大的飘浮物和悬浮物， 防止污水提升泵的阻塞，减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。细格栅进一步去除污水中的细小悬浮物及细小纤维，降低生物处理负荷。污水通过粗格栅进入提升泵房，由提升泵提升污水，经过细格栅达到最高点，满足后续处理设施的水力要求。处理后的污水污泥搅拌机其中粗细栅格池中均设计有液位传感器，通过采集液位信号送入PLG用以控制压榨机、螺旋输送机栅格和水泵的启停。（2）曝气沉砂池曝气沉砂池的主要作用是去除砂和其他较重物质，主要是惰性无机物和有机物。同时还能使有机颗粒和无机颗粒分开，保护后续设

22、备安全稳定运行，便于后续处理。在沉沙池单元，利用液位传感器、水泵以及PLC构成了一个简单的控制回路。液位传感器将液位变化转化成信号传送给PLCPLC根据信号作出相应的指令反馈给执行机构一一水泵。通过控制水泵的启动和停止来达到控制沉沙池的水量。（3）反应池反应池包括氧化沟和消毒池，是整个处理工艺中的核心单元。PIC通过液位传感器、温度传感器、流量传感器以及PH计等给出的信号变化，作出相应的信号指令传送给水泵、搅拌器、鼓风机和各个阀门，并通过水泵、搅拌器的启动和停止来实现反应池中污水处理工艺的自动控制，以达到最佳处理状态。整套污水处理流程可有多个监控点，包括液位、PH值、溶氧、浊度、频率、泵运行状

23、态等。 每台现场设备原则在其相应现地箱上输出有三个状态信号： 故障、 运行/停止、手动/自动；和一个启动信号。为了使现场与PLC完全隔离，PLC所有数字量模块与现地箱中间必须加辅助继电器。所有输出信号（包括模拟量和数字量）由PLC内部程序或上位机指令控制。系统可以分为手动操作和全自动操作，手动操作是为了在设备调试和维修时使用，系统主要以全自动操作方式为主。在这种操作方式下，各类水泵、搅拌器等设备的启停、各种切换都由PLC按照预先编制的程序自动生成，不需要操作人员干预。每种工作状况的运行时问及各种测量参数均可以在线或离线调整，每台设备和每种工况的运行情况也都由相应的LED丁进行指示。 现场的泵类

24、、 搅拌器等信号通过PLC的控制转化将在上位机上显示。这样，即能对开关量（如泵、搅拌器）进行控制，又能对现场的模拟量如酸碱中和反应）进行调节，使全场的工艺、设备运行得到全面的控制。基于PLC的污水处理系统框图如图1-2所示。图1-2基于PLC的污水处理系统框图其中液位传感器的作用是检测各个水池中水位的高低，把信号传递给PLCPLC根据程序自动控制各水池水位，使各水池水位符合设计要求。温度传感器是检测反应池中的温度，如果温度过高，则由PLC控制阀门加水降温。流量传感器是检测阀门流量的，酸碱度传感器检测出反应池中水的酸碱度信号并反馈给PLC由PLC控制进行水的中和处理。在PLC工作时，搅拌机同时进

25、行正、反转的搅拌，以达到水浓度的均匀。LED信号灯则是根据个部件的工作情况作出相应的反映，以方便工作人员控制。第2章系统的硬件组成及其电路设计2.1可编程控制器（PLQ的选择可编程序逻辑控制器简称PLC（英文全称：ProgrammableLogicController）,是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。从结构上

26、分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU真块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，适用性强，易学易用，设计、安装、维护方便，体积小，重量轻，能耗低的特点。此外PLC具有丰富的I/O接口模块、编程简单易学、手段多、安装简单、维修方便、速度快等特点。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一

27、定的扫描速度重复执行上述三个阶段。PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每次扫描所用的时间称作扫描周期和工作周期。PLC一般将完成部分或全部如下操作：读输入，处理通信请求，执行逻辑控制程序，写输入，执行CPU自诊断。PLC就是这样周而复始的循环这些动作过程，一直到关机。2.2 PLC的选择本设计选用OMRON司的CPM2即PLG能基本满足系统设计的要求。日本OMRON司是世界上生产可编程序控制器（P。的著名厂家之一，OMRON的大、中、小、微型机各具特色各有所长，在中国市场上的占有率位居前列，在国内用户中享有较高声誉。1999年，OMRO而推出CS1系列的同时，在小型机

28、方面相继推出CPM2A/CPM2C/CPM2AECQM1俳机型。CPM2册CPM1AL后的另一系列机型。CPM2A勺功能比CPM1AT新的提升，例如，CPM2笳令的条数增加、功能增强、执行速度加快，可扩展的I/O点数、PC内部器件的数目、程序容量、数据存储器容量等也都增加了；所有CPM2A勺CPU1元都自带RS2326,在通信联网方面比CPM1做进不少。CPM2A勺基本指令与CPM1却同，都是14种，但CPM2A勺应用指令增加到105种、185条；CPM2A勺工作速度明显加快，基本指令LD的执行时间为0.64us,应用指令MOV勺执行时间为7.8us；程序容量增加到4096字；读/写DMi曾加

29、到2048字；最大I/O点数可扩展到120点； 内部器件数目也有增加， 如内部辅助继电器区（IR） 928位， 特殊继电器区 （SR448位，定时器/计数器256位，辅助继电器区（AR）384位1。2.3传感器的选择传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。污水处理系统中涉及到多种传感器，包括液位传感器、温度

30、传感器、流量传感器还有酸碱度传感器。系统工作时，各传感器先采集模拟信号输入PLC进行分析，控制继电器的导通与关断，从而控制各电机或阀门的正常工作。2.3.1液位传感器的选择由于格栅机难以将污水管道的垃圾全部过滤干净，进入污水池的漂浮物（发泡塑料、烂布条等）常附着在浮球检测器上，造成浮球的误动作，从而使水泵电机频繁起动/停止。电机的起动电流远大于运行的额定电流，会缩短电机及水泵的使用寿命及增加故障率。同时浮球检测器直接处于污水中，具检修及更换极不方便。因此本次设计采用CBM-2700投入式静压液位计作为液位传感器，其可靠防腐并带有陶瓷测量单元的探头，可以对净水、污水及盐水进行物位测量。静压投入式

31、液位变送器（液位计）是利用流体静力学原理测量液位，基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。适用于开放液罐的低液位监控、井或开放水域的深度或液位测量、地下水水位测量、污水处理，给水、化工和制药工业等行业的液位测量控制。测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：P=p.g.H+Po式中：P:变送器

32、迎液面所受压力P:被测液体密度g:当地重力加速度Po:液面上大气压H:变送器投入液体的深度同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的Po，使传感器测得压力为:p.g.H,显然,通过测取压力P,可以得到液位深度。功能特点：1:安装方便、结构简单、经济耐用。2:效准简单，可现场显示3:防结露，防雷击,防腐蚀，防堵塞设计4:探头直径19mrrr42mnW选5:稳定性好，抗干扰能力强6:具有反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时送器会自动限流在35MA以内。7：固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长

33、。技术参数：测量范围：-0.101Kpa2Mpa（0.1米200米）压力类型：绝压/表压可选精度等级：0.1级0.2级00.1F-S/年24VDC(特殊要求可定做)420mA/Hart协议05V等信号(特殊要求可定做)316L不锈钢-2060100c(定货请说明使用温度)-4060100c(常规60c以内)2.3.2温度传感器的选择温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。在大多数情况下，对温度传感器的选用，需考虑以下几个方面的问题：(1)被测对

34、象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距离测量和传送。(2)测温范围的大小和精度要求。(3)测温元件大小是否适当，价格如何，使用是否方便。(4)在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应测温要求。(5)被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。通过研究发现，金属铝(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铝的此种物理特性制成的传感器称为铝电阻温度传感器，通常使用的铝电阻温度传感器零度阻值为100Q,电阻变化率为0.3851Q/C。铝电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区(-200650C)最常长期稳定性:供电范围： 输出信号： 探

35、头材料： 介质温度：环境温度：图2-1投入式静压液位计的安装用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计供计量和校准使用。本设计采用南京华巨电子有限公司生产的STT-B系列铝电阻温度传感器，STT-B系列铝电阻温度传感器采用不锈钢外壳封装，头部为铝质防水接线盒，广泛应用于热能工程，电力，食品，制药，压力容器、石油化工等流程工业以及烘炉，塑料化纤，制冷机组等大型机械设备的温度。铝电阻的温度系数TCR按IEC751国际标准，温度系数TCR=0.003851Pt100(R0=100Q)、Pt1000(R0=100QQ)为统一设计型铝电阻。表2-2TCR=0.003851时的系

36、数值系数ABC数值_3-一13.9083父10七，一_25.775父10C-4.183父10七表2-3测量误差级别零度时阻值误差温度误差C温度系数TCRI差Q/Q/CoC时标准电阻值号1g匕时标准电阻值QPt100too.00132.51PtlOOOPtlOOO1000.。1385.11385.1TCR=R100一R0Ro100表2-1钳电阻的温度/阻值表温度/电阻曲线图如图2-2所示(2-1)图2-2温度/电阻曲线图1/3DINB0.04(0.10+0.00171t|)0.0038510.000004A0.06(0.15+0.002|t|)0.0038510.000005B0.12(0.30

37、+0.005|t|)0.0038510.0000122.3.3流量传感器的选择流量是工业生产中一个重要参数。工业生产过程中，很多原料、半成品、成品是以流体状态出现的，流体的流量就成为决定产品成分和质量的关键，也是生产成本核算和合理使用能源的重要依据。因此流量的测量和控制是生产过程自动化的重要环节。流量传感器的种类有很多，根据污水处理的实际环境，故本设计采用电磁流量传感器。电磁流量计测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，不易阻塞，适用于测量含有同体颗粒或纤维的液周二相流体；同时它不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管

38、道是最为适合；电磁流量计所测得的体积流量，实际上受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阀值以上）的变化影响不明显；与其它大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低；电磁流量计测量范围较大，通常为20:1一50:1,可选流量范围宽；电磁流量计的口径范围比其它品种流量仪表宽，从几毫米到3米；可测量正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于励磁频率很多；仪表输出本质上是线性的；易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体等优点。本设计选用上海星空自动化仪表有限公司生产的XKD99Z系列电磁流量计。XKD99Z8列电磁流量计是一种电磁感应式流量仪表,是集信号检测及微电子智能化技术于一体的

39、高新机电产品。它能测量导电液体介质，包括酸、碱、盐等强腐蚀性液体和纸浆、泥浆、废污水及固液两相悬浮液的体积流量。产品广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、食品、制药、造纸的行业及环保、市政管理、水利建设、河流灌溉等领域。其测量原理是基于法拉第电磁感应定律：导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电势，其感应电势E为：E=KBVD式中：K=表常数2.3.4酸碱度传感器的选择在工业废水处理过程中，大都要对水的PH值进行检测，控制中有不少是通过加中和剂来达到控制目的的，但要取得良好效果也并非容易。其原因在于酸碱中和过程通常呈现严重的非线性特性，加上处理过程一般在大容器中进行，化学反应比较缓慢。

40、以上两点不仅给PH控制造成较大困难，而且还往往造成中和剂的大量浪费。工业酸度计是实时在线自动监测工业生产或生态环境过程中溶液酸碱度的检测仪表，主要用于石油、化工和环保等领域。随着工业的迅速发展，对生态环境的破坏和污染也日趋严重，实时检测工业生产过程和生态环境中溶液的酸度、氧化还原电位并加以控制，这具有重要的实际意义。工业污水处理系统中，应采用性能稳定、寿命较长的在线PH计，最好带自清洗装置，定期清洗PH探头，保证系统能长期在高污染的水中测量。PH值检测采用的传感器是工业级PH复合玻璃电极传感器，其输出信号为-500+500Mv电极内阻Rg为10A810A9欧， 而ACL-8112PGR据采集卡

41、的输入阻抗为1000ME欠，当A/D转换参考电压为5V时，模拟电压输入可以为土5V、2.5V、1.25V、0.625V、0.3125V。因此，PH复合玻璃电极传感器的输出信号必须经过阻抗变换和电压放大才能满足ACL-8112P微据采集卡A/D转换的要求。B=磁感应强度V=测量管截面内的平均流速D=测量管道截面的内径图2-3电磁感应式传感器的测量电路方框图显示或记录电磁感应式传感器的测量电路方框图如图2-3所示。图2-4PH值检测电路的等效电路PH值检测电路可等效成如图3.5所示电路，其中，Ee为PH复合电极的输出电位，RgjPH值前向处理电路测量精度不小于0.1%时，按图3.5等效电路，根据R

42、R71-Ee-Eei乂一0.001(2-2)IRi+RgJEg可推导出Ri1000Rg因此，PH值前向处理电路的输入阻抗必须1012欧,应选择高输入阻抗的运算放大器实现阻抗转换和信号放大，具体电路如图2.5所示。该电路采用了美国BURR-BROWN生产的超低偏置电流的单运放OPA128其性能指标为：输入偏置电流小于土75fA;输入失调电压小于土50uV;差模输入电阻为1013欧；共模输入电阻为1015欧；开环电压增益110Dh完全满足PH值检测前向处理电路的要求。F.V.2图2-5PH检测电路图2-5中Rw为OPA12吩调电位器，Rw2为处理电路增益调节电位器，R2、C1和C2组成一个简单的低

43、通滤波器。调节Rw2(电路输出在土2.5范围内，通过数据采集卡进一步放大至土5V,在软件控制下进行A/D转换进入计算机进行数据处理。2.3.5溶解氧测定仪的选择溶解氧检测是水质检测一项非常重要的指标。典型应用包括水环境监测、渔业、污废水排放控制和实验室检测BOD?。 溶解氧测定仪是测定水中溶解氧的装置。 其工作原理是氧透过隔膜被工作电极还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流，通过测量此电流，得到水中溶解氧的浓度。本次设计选用成都瑞驰分析控制仪器有限公司生产的DOG682卵溶解氧分析仪，DOG682Q&是一款全新的ppb级溶解氧分析仪， 基于最新的极谱分析技术专为锅炉给水和凝结水等ppb级溶

44、解氧测量设计。采用了一系列先进的分析技术，确保了在(超)低浓度的稳定性和准确性，在测量性能和使用环境等方面有很大的提高。可广泛应用于火电、化工化肥、冶金、环保、制药、生化、食品和自来水等溶液中溶解氧值的连续监测。DOG6820勺技术指标：测量范围：0100.0ug/L,020.0mg/L分辨率：0.1pg/L、0.01mg/L精度：-g/L:1.0%FS;mg/L:0.5%FS流隔离输出：010mA(负载1.5kQ)或420mA(负载750Q)讯接口：隔离RS485电源：AC220让22V,50Hzi1Hz防护等级：IP65工作条件：环境温度060C,相对湿度090%DOG6820要特点：(1

45、)微机化：采用高性能CPU片、高精度AD转换技术和SM顶占片技术，完成多参数测量、温度补偿、量程自动转换、仪表自检，精度高，重复性好。(2)高可靠性：单板结构，触摸式按键，无开关旋钮和电位器。(3)直流+脉冲式极化电压：大大增强了在低浓度测量时的稳定性。(4)先进的数据处理方法： 成百倍的降低了膜的形变、 温度和流量变化对测量值的影响。(5)响应迅速、零点稳定、漂移小。(6)预制的长寿命渗透膜，易于更换。(7)防水防尘设计：防护等级IP65,适宜户外使用。(8)电磁兼容性(EMC/RFI)设计：按欧洲标准EN50081/50082设计制造。(9)报警功能：报警信号隔离输出，报警上、下限可任意设

46、定，报警滞后撤消。(10)网络功能：隔离的电流输出和RS485!讯接口。(11)工业控制式看门狗：确保仪表不会死机。一旦水中含氧突破所设定范围，PLC就会收到现场溶解氧仪反馈回的报警信号。PLC便根据现场测量值来调节鼓风量。鼓风机开启的台数由PLC根据测量的溶解氧的平均值来控制，PLC每隔10分钟判断一次氧化沟内的溶解氧值，溶解氧低于设定下限时变频器调节风机转速增加10%若风机已达最大值，则增开一台普通风机，溶解氧高于设定上限时变频器调节风机转速减少10%若调频风机已达最小值，则关闭一台普通风机。2.3.6变频器的选择变频器在污水处理中有重要的作用， 不但可以达到节能的效果， 还可以保护水泵电

47、机，搅拌机等污水处理设备。由电机特性分析可知，均匀改变电机供电频率f,就可以平滑地改变电动机的转速，从而改变泵机的转速；结合泵机特性分析，降低电动机转速，电动机输人功率也随之减少，泵机轴功率就相应减少，功耗也相应减少，从而达到节能的目的。另外，污水泵起动时的急扭和突然停机时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂，严重的可能造成电机的损坏，且泵机起动和停止时需通过开启和关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作不但工作强度大，而且难以满足工艺的需要。污水泵采用变频器调速以后，可以根据工艺的需要，实现泵机的软启和软停，从而使急扭及水锤现象得到解决。当搅拌机进行正反转工作时，还能起到过载保护的作用。而且在流量

48、不大的情况下，可以降低泵机的转速，这样不仅避免了水泵长期工作在满负荷状态，造成的电机过早的老化，而且变频的软启动大大的减小泵机启动时对机械的冲击，也具有节能的作用。生产变频器的公司很多，变频器的种类也很多，由于功能不同，不同的变频器虽然在使用中稍有差别，单大部分的使用方法是一样的。本设计我选用西门子MICROMASTER440称MM440)MM44位频器是一种集多种功能于一体的变频器，其恒定转矩控制方式的额定功率范围为120M200KW可变转矩控制方式的额定功率可达250KW它适用于电动机需要调速的各种场合。可通过数字操作面板或通过远程操作器方式，修改其改其内置参数，即可满足这种调速场合的要求

49、。主要特点：1、内置多种运行控制方式；2、快速电流限制，实现无跳闸运行；3、内置式制动斩波器，实现直流注入制动；4、具有PID控制功能的闭环控制，控制器参数可自动整定；5、多组参数设定且可相互切换，变频器可用于控制多个交替工作的生产过程；6、多功能数字、模拟输入/输出口，可任意定义其功能和具有完善的保护功能。MM44原列变频器具有过电压及欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、电动机过热保护和PTC/KTYfe动机过载保护等。MM44改频器的内部功能方框图如图2-6所示。PEPE令图2-6MM440变频器的内部功能方框图2.4电机控制电路污水处理系统中多出运用到电机，包括粗细栅格中

50、的各种设备，各种水泵，鼓风机和搅拌机等。电机的运行工程中需要由变频器进行保护和控制，通过PLC控制电器开关的开启和闭合来达到电机的启停。电机控制电路如图2-7所示。+1OV0VAIN1+AIN1+24VOV+24VOV-FEFE基干懿面板5DIN2DIN20 0DIN5DIN57 7DIN4DIN43 3DIN5DIN51616DIN6DIN6+TfF F【CACA1414PTCBPTCBTETE- -OUTOUTA A十12OUTl-12OUTl-TT映 值 十 加 勒UT2-TF.2 登,38,45M 口,5,6,7.0,123.4QoQ0Q0Q02LQ0Q0Q0Q0Q13LQ1Q1Q1Q

51、iQ1Q1Q1*l|,04,5,6,74,5,6,7卜.0000Q00001C2g3.4堂.58.6g.7Q0.0*Q0Q02*Q03,RA-A+A-RBB+*B-*RJC+*CRD,D+*D-212345678-911sAsASBSBSBSBSBSBSBSBSBSBSB234567009012111-11-1-1-1222SBSBSBSBSBSBSBSBSBSBSB图4-1CPM2A-60CDR-D（36点入24点继电器输出）4.4PLC控制程序4.4.1程序说明(1)粗格栅运行程序设计按下00000系统启动按钮，污水进入到装有粗格栅的水池中，当液位到达50m时，液位传感器00002启动，中

52、间继电器20001闭合，粗格栅开始工作，过滤污水(2)螺旋输送机当液位传感器00002启动时，污水阀关闭，螺旋输送机01001开始工作，将经粗格栅过滤的污水输送到细格栅的水池中，定时器TIM000开启定时，10秒钟后停止粗格栅，污水阀开启，继续进入污水图4-3螺旋输送机运行环节(3)水泵运行程序设计提升泵的运行有液位信号来控制，当水位高于液位下限低于上限时，提升泵1启动，进行排水；当水位高于液位上限时，提升泵2启动，此时两个水泵同时工作。当水位低于液位上限高于下限时，提升泵2停止；当水位低于液位下限时，提升泵1停止工作，此时两个水泵同时停止，重新往池中注水。水泵1运行程序启动图4-5水泵2运行

53、环节(4)细格栅启动和停止当输送机将粗格栅处理后的污水输送到细格栅的水池时并且细格栅的液位传感器开启in1ItMH图4-4水泵1运行环节水泵2运行程序启动序N.N.晚a a味段若秫倒】3)00320002000 | |pvpvnufllnufll-O-O-图4-6细格栅运行环节14蝇仃法谢卡也用到(中间继电器20000),细格栅开始工作(01008启动)。时间继电器TIM003开始定时，输送机停止工作，10秒钟后，细格栅停止工作。(5)流量控制程序经过粗细格栅过滤后的污水进入到反应池，流入反应池的污水流量须适中，保证污水处理的正常运行。当流量过快时，流量传感器00106带电将自动关小流量阀门；

54、当流量过慢时，流量传感器00107带电将自动开大流量阀门。图4-7流量运行环节(6)温度控制程序控制污水处理的温度是确保反应池内酶的活性，当反应池内温度过高时，热水阀门00109关断，冷水阀门00108开启；当反应池内温度过低时，冷水阀门00108关断，热水阀门00109开启。(7)PH控制程序控制污水处理的PH是确保反应池污水处理的关键，当反应池内酸性超标时，酸性计00111关断， 碱性计00110开启； 当反应池内碱性超标时， 碱性计00110关断， 酸性计00111开启。图4-9PH控制运行环节(8)溶解氧控制程序反应池内的含氧量是保证污水处理的主要因素，当反应池内含氧量过低时，0020

55、0带电启动鼓风机01015开启， 当反应池内含氧量过高时，00201带电启动鼓风机01015关闭。41seionseion2100121001-O-O-21001图4-10溶解氧控制运行环节i iDO200T 卜210m第5章监控程序的软件设计5.1组态软件简介5.1.1组态软件的选择目前自动化控制方面的软件品种繁多，但其组成部分大同小异。组态软件由系统管理、梯形图生成，计算公式生成（结构化文本语言生成）、历史库生成、图形生成、报表生成等构成。利用系统管理组态定义系统的硬件配置，只有硬件配置确定后，才能进行后面的组态。选择一个性能优良的组态软件对于整个控制管理系统的成功开发、 方便调试、 可靠

56、运行至关重要。由北京世纪长秋软件有限公司推出的世纪星7.22版，己成功地应用于众多领域。鉴于北京世纪长秋软件有限公司的世纪星组态软件较易掌握，且拥有良好的口碑。所以本设计在开发灌装监控的画面流程时采用了世纪星7.22版。5.1.2世纪星组态软件简介世纪星组态软件的全称是“世纪星通用工业自动化监控组态软件”，它是在PC机上开发的智能型人机接（HMD软件系统，以Windows98/2000/NT中文操作系统为平台，全中文界面。世纪星组态软件是由北京世纪长秋科技有限公司投资开发，太极计算机公司、清华大学、中科院等单位参与了世纪星组态软件核心模块的开发研制工作，在开发和设计过程中，采用国际先进的组态理

57、念，吸收当前国内外先进组态软件的优秀成果，在最大地满足和方便用户的思想指导下，采用了一系列独特的技术，从而使产品在面向市场几年的时间里，有了许多成功的应用实例1o5.1.3世纪星软件组成世纪星组态软件由开发系统和运行系统两部分组成。开发系统和运行系统是各自独立的Windows32位应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在开发系统中设计开发的工程和画面应用程序必须在运行系统中才能运行。世纪星组态软件开发系统是其应用程序的集成开发环境。开发者在这个环境中完成工况画面的设计、数据库定义、动画连接、设备安装、命令语言编写等。开发系统具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，对应于控制对象的

58、特性，对数据的报警、趋势曲线、历史数据记录、安全防范等重要功能有简单的操作方法。世纪星组态软件运行系统是一个实时运行环境， 用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面， 并负责数据库与I/O服务程序的数据交换。 它通过实时数据库管理从工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史数据记录、趋势曲线等监视功能。5.2组态画面的具体设计世纪星7.22版的开发系统是应用程序的集成开发环境，我们可以在这个环境下完成界面的设计、数据库的构造、动画连接的定义等。其应用程序制作过程如下:(1)设计污水处理过程监控图形界面；(2)将系统设计中用到的变量写入“变量数据库

59、”；(3)在“应用程序命令语言编辑”中编写相关汇编语言；(5)对监控图形界面中的图形建立动画连接；(6)运行和调试。5.2.1组态图形界面的设计设计图形界面即用抽象的图形画面来模拟实际的污水处理过程和相应的设备。 构造数据库即创建一个具体的数据库，用此数据库中的变量反映工控对象的各种属性，如污水池启动输送机的液位。动画连接就是用动画模拟工业现场的各个设备的运行情况。运行和调试则是用世纪星组态软件的仿真PLC来提供现场的模拟数据,以确保各动态点处于正确的连接状态。城市污水控制系统流程画面就是根据污水处理工艺过程及工艺要求， 用抽象的图形画面来模拟其实际的污水处理过程和相应的处理设备，主要用来显示

60、各动态信息，特别是主要的工艺参数、 以方便操作人员及时掌握现场情况， 并发现问题， 及时解决问题。 根据污水处理的工艺，在反应池的前方有粗格栅过滤污水中呈悬浮状态的固体污染物质， 细格栅进一步去除污水中的细小悬浮物及细小纤维，降低生物处理负荷，在机器的旋转过程中，完成对空瓶的上升充气、进液、回气排余液、下降、送出等一系列过程，还设计了沉淀池用于存放和处理粗细格栅过滤出的残余物。本组态画面是严格根据系统的自动控制要求，结合控制流程图，画出具体的污水处理控制系统的动态画面，如图5-1所示。该动态画面设计有设计美观，形象逼真等特点，并且实物也尽可能完整的绘制了出来。图5-1污水处理组态图形界面5.2.2组态