畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）；基于plc的工業(yè)排水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　河南科技學(xué)院</b></p><p>　　___屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　論文題目：基于PLC的工業(yè)污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　所在院系：</b></p&g

2、t;<p><b>　　所學(xué)專業(yè)： </b></p><p><b>　　導(dǎo)師姓名： </b></p><p><b>　　完成時(shí)間：</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來(lái),污水處理廠已成為各個(gè)城市

3、最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。尤其是中小城市,新建或擴(kuò)建污水處理廠已成為當(dāng)?shù)卣纳迫嗣裆钏降念^等大事。隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展、完善,污水處理廠的自動(dòng)化水平也相應(yīng)提高。而PLC控制器以其技術(shù)成熟、通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、功能及如何利用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,并介紹了在系統(tǒng)實(shí)施中遇到的若干問(wèn)題及其解決措施。在污水

4、處理中采用PLC控制系統(tǒng)改造后，提高了自動(dòng)控制的可靠性,不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且提高了污水處理廠的運(yùn)行效率和運(yùn)行效益,實(shí)現(xiàn)了污水廠生產(chǎn)管理的科學(xué)性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC,污水處理,SBR反應(yīng)</p><p>　　Design based on the PLC industrial sewage processing system</p><p>

5、;<b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, sewage treatment plant has already become one of the most important infrastructures in every city, and especially in small and medium-sized ones, to b

6、uild and expand such plants has been on the local governments’ top agenda to improve peoples’ life. With the development and improvement of automation technique and computer technology, automation level of sewage treatme

7、nt plants has also made a corresponding leap. While PLC has series of merits such as: mature technique, fine univ</p><p>　　Key words: PLC, Sewage treatment, SBR reaction</p><p><b>　　目　　錄&l

8、t;/b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1</p><p>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2</p><p><b>　　3.1 除渣2</b></p><p><b>　　3.2 除油3</b&g

9、t;</p><p>　　3.3 中和處理4</p><p>　　3.4 除有機(jī)物5</p><p><b>　　3.5 除鹽6</b></p><p><b>　　4 PLC選型7</b></p><p>　　4.1 PLC的I/O口分配8</p>

10、<p>　　4.2 系統(tǒng)外部接線圖9</p><p>　　4.3 軟件設(shè)計(jì)10</p><p>　　5 上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)10</p><p>　　5.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)10</p><p>　　5.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)11</p><p>　　5.3 上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信12</p>

11、<p>　　5.3.1 PLC的通信功能12</p><p>　　5.3.2 PLC的通信協(xié)議12</p><p><b>　　6 通訊網(wǎng)絡(luò)15</b></p><p>　　6.1 中央控制室15</p><p>　　6.2 控制分站15</p><p>　　6.3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表

12、15</p><p><b>　　7 結(jié)束語(yǔ)16</b></p><p><b>　　致謝17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　1 引言 </p><p&

13、gt;　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)環(huán)保事業(yè)也越來(lái)越重視，越來(lái)越多的污水處理廠正在興建或待建中，只要稍上規(guī)模的污水處理廠，無(wú)一例外地都使用了PLC作為其自控系統(tǒng)的主要設(shè)備。</p><p>　　工業(yè)污水處理自動(dòng)控制近年來(lái)一直是控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。伴隨著技術(shù)進(jìn)步、工藝改進(jìn)、系統(tǒng)完善的同時(shí),對(duì)工業(yè)污水處理的控制也提出了更高的要求。本系統(tǒng)構(gòu)建了基于PLC的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò),采用PC機(jī)和PLC組成網(wǎng)絡(luò)控制。為提高系統(tǒng)可靠

14、性,用工控機(jī)作為上位機(jī),PLC作為下位機(jī),控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行。PLC編程采用了一種簡(jiǎn)便實(shí)用的方式。從而實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程的自動(dòng)控制功能，同時(shí)與合流中央監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，上傳數(shù)據(jù)和接受中央監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的控制命令。整個(gè)控制系統(tǒng)改造最終達(dá)到無(wú)人或少人值守的目的。本系統(tǒng)大大提高了污水處理的自動(dòng)化水平[1]。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　

15、　該污水處理系統(tǒng),包括明渠除渣系統(tǒng)、平流隔油池系統(tǒng)、中和池中和系統(tǒng)、SBR反應(yīng)池系統(tǒng)和除鹽池除鹽5個(gè)子系統(tǒng).經(jīng)過(guò)處理的水可滿足回收利用的要求,能實(shí)現(xiàn)污水的循環(huán)利用。</p><p>　　生產(chǎn)廢水先通過(guò)柵格，使污水中的廢渣與水分離,然后進(jìn)入隔油池，通過(guò)刮板及刮泥機(jī)清除水中的油液，中和池做酸堿中和處理,污水從中和池進(jìn)入SBR反應(yīng)池進(jìn)行厭氧-好氧曝氣,在微生物的作用下,污水中的有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物氧化分解,廢

16、水得到凈化。經(jīng)過(guò)曝氣處理的廢水去除有機(jī)污染物后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離。分離后的水進(jìn)入處理池,加藥處理后將清水外排;分離后的污泥進(jìn)入集泥池,經(jīng)加藥混合、絮凝反應(yīng)后外運(yùn)填埋[2]。</p><p>　　污水處理系統(tǒng)的工藝流程見(jiàn)圖1。</p><p><b>　　圖1 工藝流程圖</b></p><p><b>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)<

17、/b></p><p><b>　　3.1 除渣</b></p><p>　　工業(yè)污水中含有大量的廢渣，如果不經(jīng)處理直接排入河中，不僅污染環(huán)境，而且會(huì)提高河床高度，阻塞河道。尤其是在雨季到來(lái)的時(shí)候，會(huì)對(duì)人民的生命造成極大的危害，給國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　除渣系統(tǒng)主要由格柵完成。</p><p>

18、;　　明渠內(nèi)的格柵由一組平行金屬柵條制成,一般斜置于污水主渠道上,截留污水中的大塊固體物,如塑料制品、纖維及其他生活垃圾,以防止閥門(mén)、管道及其后續(xù)處理設(shè)備堵塞或損壞. 污水過(guò)柵越緩慢,攔污效果越好,但過(guò)柵緩慢易造成柵前渠道或柵下積砂而使過(guò)水?dāng)嗝婵s小,流速變大.因此,污水過(guò)柵的流速應(yīng)根據(jù)污水中污染物的組成、含砂量及柵條間距等確定.格柵條間距應(yīng)根據(jù)污水的種類、流量代表性雜物種類和尺寸大小等來(lái)確定,既要滿足除渣要求,又要滿足后續(xù)水處理構(gòu)筑物及

19、設(shè)備的要求。</p><p>　　除渣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2</p><p>　　圖2 格柵除渣結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　污物的堵塞將會(huì)使格柵前后的水位差增加,用液位計(jì)來(lái)測(cè)量該水位差, PLC通過(guò)測(cè)量液位差值控制格柵除污機(jī)的清污動(dòng)作，當(dāng)格柵前后的液位值之差大于預(yù)定值時(shí)開(kāi)啟格柵除污機(jī)，當(dāng)液位差值減少至預(yù)定值時(shí)自動(dòng)停機(jī)。除污機(jī)位于明渠內(nèi)的格柵上。此外PLC系統(tǒng)還可控制開(kāi)啟順

20、序和運(yùn)行時(shí)間。</p><p>　　格柵除污機(jī)的工作原理：格柵除污機(jī)是由一種耙齒配成一組回轉(zhuǎn)格柵鏈，在電機(jī)減速器的驅(qū)動(dòng)下，耙齒進(jìn)行逆水流方向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)耙齒鏈運(yùn)動(dòng)到設(shè)備的上部時(shí)，由于槽輪和彎軌的導(dǎo)向，使每組耙齒之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，絕大部分固體物質(zhì)靠重力落下，另一部分則依靠清掃器的反向運(yùn)動(dòng)把粘在耙齒上的雜物清刷干凈。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)有液位報(bào)警模塊，由液位計(jì)來(lái)測(cè)量明渠內(nèi)的水位，當(dāng)明

21、渠內(nèi)的水位超過(guò)給定的界限時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，同時(shí)，系統(tǒng)停止工作。工作人員應(yīng)及時(shí)清查問(wèn)題所在，當(dāng)該問(wèn)題解決后，系統(tǒng)重新投入運(yùn)行[3]。</p><p>　　液位報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3</p><p>　　圖3 液位報(bào)警結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.2 除油</b></p><p>　　當(dāng)污水中含有過(guò)多的油類物質(zhì)時(shí)，

22、油膜就會(huì)覆蓋水的表面，導(dǎo)致外界的氧氣無(wú)法進(jìn)入水中，而水中產(chǎn)生的廢氣也無(wú)法順利排出。從而會(huì)影響水中各種生物的正常新陳代謝，導(dǎo)致大量的生物滅絕。</p><p>　　除油系統(tǒng)由隔油池中設(shè)置的刮油機(jī)完成。</p><p>　　平流隔油池中,一般裝有鏈條式刮油機(jī),廢水從池的一端進(jìn)入,從另一端流出.池內(nèi)水平流速較小,進(jìn)水中相對(duì)密度小于1.0的油滴在浮力的作用下上浮,并積聚在池的表面,通過(guò)設(shè)在池面的集

23、油管和刮油機(jī)收集浮油;相對(duì)密度大于1.0的油滴隨懸浮物下沉到池底,進(jìn)入收泥斗后定期排放。</p><p><b>　　刮油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4</b></p><p><b>　　圖4 刮油機(jī)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)報(bào)警模塊的原理及其結(jié)構(gòu)圖同除渣系統(tǒng)的原理及其結(jié)構(gòu)圖。</p><p>&

24、lt;b>　　3.3 中和處理</b></p><p>　　當(dāng)污水中含有酸性或堿性物質(zhì)時(shí)，就會(huì)使水中的酸堿性不平衡，從而改變水中生物的生活環(huán)境，導(dǎo)致水中生物大量滅絕。若用這種水進(jìn)行灌溉，就會(huì)使作物枯萎、死亡，給人民帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　中和處理系統(tǒng)通過(guò)中和池完成。</p><p>　　操作工人通過(guò)自動(dòng)控制或手動(dòng)控制加酸與加堿的閥

25、門(mén)與含有酸堿性廢水的充分中和,力圖通過(guò)中和反應(yīng)使污水的PH值在6.5-7.5之間,然后流入SBR反應(yīng)池,這樣使SBR反應(yīng)池中為中性環(huán)境,適合微生物將有害物質(zhì)充分分解為無(wú)害物質(zhì)。其工藝流程如下：</p><p>　　由PH值量計(jì)測(cè)量污水的酸堿值，控制加酸閥、加堿閥進(jìn)行中和作業(yè)。</p><p>　　(1)若為酸性時(shí)，PH值量計(jì)酸性觸點(diǎn)接通，加堿閥門(mén)打開(kāi)。</p><p&g

26、t;　　(2)若為堿性時(shí)，PH值量計(jì)堿性觸點(diǎn)接通，加酸閥門(mén)打開(kāi)。</p><p>　　(3)若酸堿適中時(shí)，PH值量計(jì)中性觸點(diǎn)接通，加堿閥和加酸閥門(mén)關(guān)閉，安全燈打開(kāi)[4]。</p><p><b>　　中和池結(jié)構(gòu)如圖5</b></p><p><b>　　圖5 中和池結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　

27、　本系統(tǒng)報(bào)警模塊原理如下：</p><p>　　當(dāng)PH值量計(jì)檢測(cè)到中和池內(nèi)的PH值小于2時(shí)，就說(shuō)明水中的酸性太強(qiáng)，為防止此酸性污水對(duì)處理設(shè)備的某些元件造成危害，此時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，設(shè)備停止工作。</p><p>　　當(dāng)PH值量計(jì)檢測(cè)到中和池內(nèi)的PH值大于12時(shí)，就說(shuō)明水中的堿性性太強(qiáng)，此時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，設(shè)備停止工作。</p><p>　　系統(tǒng)報(bào)警時(shí)工作人員應(yīng)對(duì)

28、污水來(lái)源進(jìn)行調(diào)查，看是否有強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿物質(zhì)泄露。如果有，則應(yīng)該及時(shí)治理；若沒(méi)有，則應(yīng)該對(duì)污水進(jìn)行必要的稀釋，而后，才能繼續(xù)處理污水。</p><p>　　此外，本系統(tǒng)液位報(bào)警模塊的原理及其結(jié)構(gòu)圖同除渣系統(tǒng)的原理及其結(jié)構(gòu)圖。</p><p><b>　　3.4 除有機(jī)物</b></p><p>　　當(dāng)水中含有大量的有機(jī)物時(shí)就會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，某

29、些浮游生物在水中爆發(fā)性繁殖，消耗水中大量的氧氣，從而使水中的其他生物大量死亡。這種生長(zhǎng)量特別巨大的浮游生物是粉紅色或紅褐色的，因此染紅了海水，導(dǎo)致了赤潮。赤潮不僅給海洋環(huán)境、海洋漁業(yè)和海水養(yǎng)殖業(yè)造成嚴(yán)重危害，而且對(duì)人類健康甚至生命都有影響。一方面，赤潮引起海洋異變，局部中斷海洋食物鏈，使海域一度成為死海；另一方面，有些赤潮生物分泌毒素，這些毒素被食物鏈中的某些生物攝入，如果人類再食用這些生物，則會(huì)導(dǎo)致中毒甚至死亡。</p>

30、<p>　　清除有機(jī)物通過(guò)SBR反應(yīng)池完成。</p><p>　　污水生物處理技術(shù)中的序批式活性污泥法(SBR法)是一種簡(jiǎn)單、快速且低耗的污水處理工藝，具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；</b></p><p><b>　?。?）沉淀性能好；</b></p><p&

31、gt;　?。?）有機(jī)物去除效率高；</p><p>　?。?）提高難降解廢水的處理效率；</p><p>　?。?）防止污泥膨脹性能強(qiáng)；</p><p>　?。?）脫氨、除磷效果好；</p><p>　　（7）耐沖擊負(fù)荷和處理能力強(qiáng)。</p><p>　　本系統(tǒng)共一個(gè)SBR反應(yīng)池，池子中有一臺(tái)曝氣機(jī)。曝氣機(jī)的運(yùn)行是由可

32、編程序控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在每個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)，曝氣機(jī)在相應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行，并根據(jù)SBR反應(yīng)池內(nèi)水質(zhì)調(diào)整曝氣量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。</p><p>　　污泥的厭氧消化不但使有機(jī)物消化分解提高污泥穩(wěn)定性而且隨著污泥穩(wěn)定化過(guò)程產(chǎn)生大量高熱值的沼氣作為能源利用,使污泥資源化。</p><p><b>　　其過(guò)程包括：</b></p><p>　?、俪渌?打

33、開(kāi)進(jìn)水泵) 7h;</p><p>　?、谄貧?開(kāi)啟空壓機(jī)) 1.75h;</p><p>　　③沉淀 1.5h;</p><p>　?、芘潘?打開(kāi)電磁閥) 0.5h</p><p>　　從充水開(kāi)始到排水結(jié)束為一個(gè)周期。在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)曝氣

34、、停氣使充氧/缺氧狀態(tài)相互交替進(jìn)行。在分解污水含碳化合物的同時(shí),相繼進(jìn)行含氮化合物的硝化和反硝化,最終達(dá)到脫磷、脫氨和脫氮的目的[5]。</p><p>　　本系統(tǒng)液位報(bào)警模塊的原理及其結(jié)構(gòu)圖同除渣系統(tǒng)的原理及其結(jié)構(gòu)圖。</p><p><b>　　3.5 除鹽</b></p><p>　　若污水不經(jīng)除鹽程序，直接排出，當(dāng)水中的鹽類物質(zhì)含量達(dá)到

35、一定的濃度時(shí)，就會(huì)改變水中生物的生存環(huán)境，導(dǎo)致水中生物的細(xì)胞里的水分大量流失，從而，使各種生物脫水而死。</p><p>　　除鹽系統(tǒng)經(jīng)過(guò)除鹽池完成除鹽程序。</p><p>　　除鹽時(shí)由除氯儀檢測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到水中含有鹽類物質(zhì)時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)，使該污水流入除鹽池，利用反滲透膜的特性來(lái)除去水中經(jīng)過(guò)中和反應(yīng)及生物化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生出來(lái)的多余的鹽類物質(zhì)；當(dāng)系統(tǒng)未檢測(cè)到鹽類物質(zhì)時(shí)，則污水通過(guò)溝渠流入清水

36、池。</p><p>　　為了防止反滲透膜兩側(cè)的壓力突變?cè)斐蓾B透膜破損，應(yīng)對(duì)除鹽池進(jìn)行劃分，使每個(gè)分支都有一個(gè)半透膜，從而，提高半透膜的使用時(shí)間，節(jié)省成本。</p><p>　　除鹽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6</p><p>　　圖6 除鹽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本處理系統(tǒng)所有控制閥采用就地和遠(yuǎn)程控制方式,即使在程控系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通

37、過(guò)就地控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。選擇遠(yuǎn)程控制時(shí),控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對(duì)控制閥進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和動(dòng)作控制,對(duì)控制閥的控制可分選擇自動(dòng)和手動(dòng)方式。在自動(dòng)方式時(shí)控制閥受P L C邏輯程序控制,在手動(dòng)方式時(shí)控制閥由操作員直接在操作界面上點(diǎn)擊控制。也可通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。</p><p>　　閥門(mén)的開(kāi)關(guān)與閉合與水位聯(lián)鎖,低液位開(kāi)啟、高液位閉合并報(bào)警。自動(dòng)/手動(dòng)/就地操作進(jìn)行聯(lián)鎖。

38、系統(tǒng)所有被檢測(cè)量可在操作界面上實(shí)時(shí)監(jiān)視。系統(tǒng)控制每列裝置的停止和再生程序、自動(dòng)加酸加堿程序。對(duì)于順序控制設(shè)置必要的分步操作、成組操作或單獨(dú)操作等,并有中斷或旁路等操作功能。在操作站界面上顯示各步驟設(shè)定時(shí)間和剩余時(shí)間等。</p><p>　　當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，畫(huà)面上出現(xiàn)“報(bào)警”字樣，并且代表該設(shè)備的圖形將閃爍，在報(bào)警記錄中出現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)間、故障設(shè)備名稱及告警原因等，因此能及時(shí)通知操作人員，以便最快地排除故障，恢

39、復(fù)生產(chǎn)運(yùn)行。另外還可對(duì)PLC進(jìn)行診斷報(bào)警[6]。</p><p><b>　　4 PLC選型</b></p><p>　　PLC是可編程控制器的簡(jiǎn)稱，在本系統(tǒng)中PLC代替了原先的硬接線的控制邏輯電路，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)控制。</p><p>　　PLC較原先的繼電器控制有下列優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　(1)控制程序可改變

40、</p><p>　　在污水廠生產(chǎn)工藝或流程改變的情況下，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只要改變相應(yīng)的程序就可滿足用戶的要求。</p><p>　　(2)適用于工業(yè)環(huán)境，具有高可靠性</p><p>　　PLC產(chǎn)品的平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)5年以上，因而它是一種高可靠的產(chǎn)品，大大地提高了生產(chǎn)設(shè)備的工作效率。</p><p>　　(3)PLC功能齊全<

41、;/p><p>　　一般PLC具有開(kāi)關(guān)量及模擬量輸人/輸出、定時(shí)、計(jì)數(shù)、邏輯和算術(shù)運(yùn)算，順序控制，PID調(diào)節(jié)，通信等功能。除了應(yīng)用于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)外，也可用于連續(xù)的流程控制系統(tǒng)，從而使污水處理設(shè)備的控制水平大大提高。</p><p>　?。?)易掌握，便于維護(hù)</p><p>　　使用人員只需掌握工程上通用的梯形圖語(yǔ)言就可進(jìn)行用戶程序的編程和調(diào)試。因此，即使不懂計(jì)算機(jī)的

42、人，也能掌握PLC。又由于PLC具有自診斷功能，因而較容易進(jìn)行維護(hù)，查找出故障原因。由于PLC自身的高可靠性，也使其故障率幾乎降至于零。正是PLC具有這么多的優(yōu)點(diǎn)，才使越來(lái)越多的PLC應(yīng)用到污水處理廠中[7]。</p><p>　　本文采用日本松下電工公司的FP系列PLC，其型號(hào)位C16。本文使用一個(gè)8位的I/O擴(kuò)展模塊。</p><p>　　PLC通過(guò)各種模塊接口采樣電信號(hào)；控制信號(hào)由P

43、LC輸出后以4—20mA電流形式送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。</p><p>　　4.1 PLC的I/O口分配</p><p>　　輸入設(shè)備 輸入設(shè)備 </p><p>　　啟動(dòng)開(kāi)關(guān)SB0 X0 明渠電磁閥KM0 Y0</p>

44、<p>　　明渠低位液位計(jì)B1 X1 明渠高液位報(bào)警燈HL1 Y1</p><p>　　明渠高位液位計(jì)B2 X2 刮油機(jī)KM2 Y2</p><p>　　除油池低位液位計(jì)B3 X3 除油池高液位報(bào)警燈HL3 Y3</p><p&

45、gt;　　除油池高位液位計(jì)B4 X4 加堿閥KM4 Y4</p><p>　　中和池低液位計(jì)B5 X5 加酸閥KM5 Y5 </p><p>　　PH計(jì)酸性觸點(diǎn)B6 X6 強(qiáng)酸報(bào)警燈HL6 Y6</p>&

46、lt;p>　　PH計(jì)堿性觸點(diǎn)B7 X7 強(qiáng)堿報(bào)警燈HL7 Y7</p><p>　　PH計(jì)強(qiáng)酸性觸點(diǎn)B10 X10 中和池高液位報(bào)警燈HL10 Y10</p><p>　　PH計(jì)強(qiáng)堿性觸點(diǎn)B11 X11 沖水電磁閥KM11 Y11</p>

47、<p>　　中和池高液位計(jì)B12 X12 空壓機(jī)KM12 Y12</p><p>　　SBR反應(yīng)池低液位計(jì)B13 X13 沉淀池狀態(tài)燈HL13 Y13</p><p>　　SBR反應(yīng)池高液位計(jì)B14 X14 排水閥KM14 Y14</p

48、><p>　　除鹽池低液位計(jì)B15 X15 SBR反應(yīng)池高液位報(bào)警燈HL15 Y15</p><p>　　除鹽池高液位計(jì)B16 X16 除鹽系統(tǒng)電磁閥KM16 Y16</p><p>　　停止開(kāi)關(guān)SB17 X17 除鹽池高液位報(bào)警燈HL17 Y17</p>

49、;<p>　　4.2 系統(tǒng)外部接線圖</p><p>　　本系統(tǒng)外部接線圖如圖7</p><p>　　圖7 系統(tǒng)外部接線圖</p><p><b>　　4.3 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)如圖8</p><p><b>　　圖8 系統(tǒng)總程序圖<

50、/b></p><p>　　5 上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　污水處理監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)4個(gè)污水分站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，用于監(jiān)控的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)的PLC主站相連，上位機(jī)操作系統(tǒng)采用Windows XP，監(jiān)控畫(huà)面圖形使用3DMAX制作。上位機(jī)的主要功能是

51、對(duì)污水站數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行及控制狀態(tài)，繪制重要參數(shù)的變化曲線。當(dāng)上位監(jiān)控機(jī)PC啟動(dòng)后,首先進(jìn)入了管理員登陸界面,輸入正確的登陸碼,進(jìn)入污水處理工藝監(jiān)控界面,其中包含過(guò)程工藝監(jiān)控畫(huà)面,控制操作畫(huà)面,實(shí)時(shí)曲線畫(huà)面參數(shù)設(shè)定畫(huà)面,報(bào)警畫(huà)面等。這些畫(huà)面之間可以隨意的切換。在退出系統(tǒng)之前,系統(tǒng)會(huì)詢問(wèn)你是否確定退出,以防止誤操作。</p><p>　　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。上位機(jī)為通用的工控計(jì)算

52、機(jī)。為了更好地反映各設(shè)備的運(yùn)行情況,又分別制作了中和池系統(tǒng)、厭氧池系統(tǒng)、組合池系統(tǒng)、沉淀池系統(tǒng)等分畫(huà)面。畫(huà)面中各參數(shù)值都是根據(jù)下位機(jī)PLC的改變而改變的。工作人員通過(guò)這些畫(huà)面可以隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、各種越限報(bào)警信號(hào),進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、處理、記錄和顯示。</p><p>　　監(jiān)控軟件啟動(dòng)時(shí)首先進(jìn)入主畫(huà)面,可直觀地顯示污水處理工藝流程圖,各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、儀表讀數(shù)都可以在主畫(huà)面中顯示。點(diǎn)擊主畫(huà)面中的對(duì)應(yīng)的按

53、鈕,可直接切換到各個(gè)分畫(huà)面系統(tǒng)相應(yīng)的監(jiān)控畫(huà)面,分畫(huà)面可以查閱各個(gè)儀表、傳感器和閥門(mén)的參數(shù),還可以進(jìn)行上下限報(bào)警、打印報(bào)表、顯示趨勢(shì)曲線等設(shè)置。</p><p>　　如“中和池系統(tǒng)”,以污水pH中和系統(tǒng)的流程為監(jiān)控界面,在中和池和管道的敏感區(qū)安裝pH計(jì),其輸出的4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字信號(hào),然后進(jìn)行運(yùn)算,再輸出一組4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),信號(hào)反饋到上位機(jī),根據(jù)當(dāng)前運(yùn)

54、行情況來(lái)控制閥門(mén),以控制所加酸堿量,達(dá)到酸、堿平衡。流程圖上可監(jiān)控各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)均放在流程圖的相應(yīng)位置,可實(shí)時(shí)顯示過(guò)程數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　5.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　下位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。下位機(jī)采用松下FP0型PLC,可以和現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、變送器、自動(dòng)化儀表相連,進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理。根據(jù)工藝要求,PLC得電自檢無(wú)

55、誤后,外部傳送信號(hào)通過(guò)傳感器、自動(dòng)化儀表輸入到PLC,當(dāng)電路發(fā)生短路、斷路或過(guò)載時(shí)電動(dòng)機(jī)將停止,同時(shí)發(fā)出報(bào)警。通過(guò)PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,PLC可根據(jù)液位信號(hào)決定設(shè)備的啟停和閥門(mén)開(kāi)關(guān),以出水水質(zhì)為依據(jù)采用前饋—反饋控制方法,使系統(tǒng)在各種工況下都能夠?qū)崟r(shí)地、穩(wěn)定地控制水質(zhì)。液位、PH值等模擬量也采用閉環(huán)控制,形成多個(gè)控制回路。</p><p>　　污水處理過(guò)程邏輯性很強(qiáng),閥門(mén)和液位之間動(dòng)作有很多連鎖關(guān)系,將所有有連鎖關(guān)

56、系的閥門(mén)和液位的動(dòng)作關(guān)系確定清楚,然后用相應(yīng)的控制點(diǎn)形成電氣連鎖,即可實(shí)現(xiàn)工藝要求。</p><p>　　整個(gè)軟件設(shè)計(jì)為便于調(diào)試采用模塊化編程,其主要包括信號(hào)獲取處理、信號(hào)控制、故障模塊的設(shè)計(jì),與上位機(jī)通信的設(shè)計(jì)?？刂泼總€(gè)設(shè)備的功能模塊都編制好后,將功能模塊都放在組織塊中,PLC執(zhí)行程序時(shí),按順序執(zhí)行組織塊中的所有功能模塊,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的自動(dòng)或手動(dòng)控制[8]。</p><p>　　

57、5.3 上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信</p><p>　　5.3.1 PLC的通信功能</p><p>　　PLC與計(jì)算機(jī)的通信一般是通過(guò)計(jì)算機(jī)的串口實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)一臺(tái)計(jì)算機(jī)與PLC通信數(shù)量的不同，可分為一臺(tái)計(jì)算機(jī)與一臺(tái)PLC通信的1：1方式，一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC通信的1：N方式。本文采用1：N的方式[9]。</p><p>　　此時(shí)，計(jì)算機(jī)使用RS-422/RS-23

58、2C適配器通過(guò)RS-422口與PLC連接，如圖9所示。</p><p>　　圖9 計(jì)算機(jī)與PLC連接圖</p><p>　　5.3.2 PLC的通信協(xié)議</p><p>　　FP系列PLC通信系統(tǒng)的基本協(xié)議是松下電工的專用通信協(xié)議MEWTOCOL,分為兩個(gè)部分：一是關(guān)于PLC與計(jì)算機(jī)的通信協(xié)議的MEWTOCOL-COM，另一個(gè)是關(guān)于數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的MEWTOCOL-D

59、ATA。</p><p>　?。?）MEWTOCOL-COM通信協(xié)議</p><p><b>　?、侔l(fā)送命令幀格式</b></p><p>　　通信開(kāi)始先由計(jì)算機(jī)發(fā)出呼叫，呼叫信息包括一些特殊標(biāo)志碼、PLC站號(hào)和呼叫字符等，具體格式如圖10。</p><p><b>　　圖10</b></p&

60、gt;<p><b>　?、陧憫?yīng)幀格式</b></p><p>　　PLC接到計(jì)算機(jī)的呼叫后，首先判斷是不是一個(gè)完整的信息，然后檢查呼叫站號(hào)是不是自己的站號(hào)，若是呼叫自己，則發(fā)送響應(yīng)信息，否則不予理睬。</p><p>　　如果正常，PLC發(fā)送下面信息，如圖11。</p><p><b>　　圖11</b>&

61、lt;/p><p>　　在數(shù)據(jù)傳送期間如有錯(cuò)誤，將由PLC發(fā)送下面信息，如圖12。</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　?。?）MEWTOCOL-DATA協(xié)議</p><p>　　這是應(yīng)用在PLC與PLC之間或計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的通信協(xié)議。</p><p>　?、侔l(fā)送命令

62、幀格式，如圖13。</p><p><b>　　圖13</b></p><p><b>　　②響應(yīng)幀格式</b></p><p>　　正確響應(yīng)，如圖14。</p><p><b>　　圖14</b></p><p>　　錯(cuò)誤響應(yīng)，如圖15。</p&

63、gt;<p><b>　　圖15</b></p><p><b>　　6 通訊網(wǎng)絡(luò)</b></p><p>　　該自動(dòng)化系統(tǒng)是由中央監(jiān)控管理級(jí)(工業(yè)計(jì)算機(jī))、區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)級(jí)(可編程邏輯控制器)、檢測(cè)執(zhí)行級(jí)(現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表)組成的三級(jí)計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　6.1 中央控制室<

64、;/b></p><p>　　一般來(lái)說(shuō),中央控制室設(shè)備主要有工控計(jì)算機(jī)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、不間斷供電電源、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、大型屏幕顯示設(shè)備等組成。</p><p>　　中央控制室的功能主要是接收現(xiàn)場(chǎng)控制分站傳送的各階段工藝參數(shù)及設(shè)備狀態(tài),為生產(chǎn)管理提供依據(jù);工藝管理人員按工藝要求,通過(guò)工控計(jì)算機(jī)向現(xiàn)場(chǎng)控制分站發(fā)出控制指令;另外工控計(jì)算機(jī)具備數(shù)據(jù)記錄、報(bào)表打印、趨勢(shì)查詢、報(bào)警查詢

65、和確認(rèn)等功能;工控機(jī)監(jiān)控軟件的操作、數(shù)據(jù)更改也在此進(jìn)行;它還可與上級(jí)企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊,為上級(jí)管理單位提供生產(chǎn)信息等工作。中央控制室以工控計(jì)算機(jī)為核心,采用100M交換式的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò),通過(guò)光纖冗余環(huán)和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與各控制分站相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)是在中控室操作監(jiān)視臺(tái)上設(shè)視頻控制器和監(jiān)視器,可控制、切換視頻圖像和顯示模式,通過(guò)調(diào)整安放在不同運(yùn)行區(qū)域控制攝像機(jī)的方位角度,

66、巡視或定點(diǎn)監(jiān)視生產(chǎn)區(qū)域的設(shè)備運(yùn)行狀況和工藝調(diào)整的執(zhí)行情況。</p><p><b>　　6.2 控制分站</b></p><p>　　控制分站由一套可編程控制器PLC、一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)操作顯示系統(tǒng)一臺(tái)不間斷供電電源UPS、分布式或遠(yuǎn)程I/O單元組成?？刂品终疽话愀鶕?jù)生產(chǎn)工藝設(shè)備的布置區(qū)域進(jìn)行設(shè)置。中小型污水處理廠一般設(shè)置2-4個(gè)控制分站。每個(gè)控制分站負(fù)責(zé)相應(yīng)區(qū)域所有自動(dòng)化設(shè)備

67、的控制,控制分站的主要功能是接收現(xiàn)場(chǎng)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù),并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至中央控制室,接受中央控制室發(fā)出的控制指令,完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制操作。</p><p><b>　　6.3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表</b></p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表是在工藝運(yùn)行過(guò)程中在線測(cè)量、監(jiān)視、顯示工藝運(yùn)行環(huán)節(jié)關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)的自動(dòng)化智能儀表,是最基層的數(shù)據(jù)采集來(lái)源?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表主要分為兩大類:&

68、lt;/p><p>　　(1)反映物理參數(shù)的檢測(cè)儀表,主要包括壓力測(cè)量?jī)x表、流量測(cè)量?jī)x表、溫度測(cè)量?jī)x表、液位測(cè)量?jī)x表。</p><p>　　(2)反映水質(zhì)狀況的在線分析儀表,主要有溶解氧分析儀、工業(yè)酸度計(jì)、污泥濃度計(jì)、檢測(cè)儀等設(shè)備。</p><p>　　儀表的維護(hù)應(yīng)嚴(yán)格按照生產(chǎn)廠家提供的維修與維護(hù)說(shuō)明書(shū)、手冊(cè)進(jìn)行。每日巡視、定期清洗、注意校驗(yàn)標(biāo)定,做好維修計(jì)劃,保證儀表

69、的正常運(yùn)行。</p><p>　　中控室操作站監(jiān)控污水處理和污泥處理的全過(guò)程,是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的樞紐。加藥間一體化工控機(jī)監(jiān)控加藥區(qū)域的過(guò)程,脫水機(jī)房一體化工控機(jī)監(jiān)控脫水機(jī)房區(qū)域的處理過(guò)程。廠長(zhǎng)室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)僅有監(jiān)測(cè)功能,沒(méi)有控制功能,所監(jiān)測(cè)的是污水處理、污泥處理的全過(guò)程。中控室操作站和模擬屏之間通過(guò)RS232進(jìn)行串行通信。</p><p>　　污水處理廠多采用工業(yè)以太網(wǎng)連接中央控制室與控制分

70、站的數(shù)據(jù)傳輸,傳輸速率一般為100Mbps,這種系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性、可靠性強(qiáng)[10]?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖16。</p><p>　　圖16 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　7 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本文采用PLC對(duì)污水處理廠的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，經(jīng)過(guò)調(diào)試和運(yùn)行，本控制系統(tǒng)基本達(dá)到預(yù)期的控制要求，系統(tǒng)具有較高的可靠性，

71、可基本實(shí)現(xiàn)污水處理廠的無(wú)人化管理，不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且提高了污水處理廠的運(yùn)行效率和運(yùn)行效益,實(shí)現(xiàn)了污水廠生產(chǎn)管理的科學(xué)性。其中,PLC發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用。從而降低了污水廠的運(yùn)行成本。運(yùn)行實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)繼電器控制相比，節(jié)省了大量時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器及其他相關(guān)設(shè)備，提高了自動(dòng)控制的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)保障了設(shè)備的運(yùn)行安全，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p><b>　　致謝<

72、/b></p><p>　　首先，感謝我的導(dǎo)師，在這幾個(gè)月里她給了我很多指導(dǎo)性的意見(jiàn)，并且教會(huì)了我很多不懂的知識(shí)。她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍。她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。這篇論文的每個(gè)細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)，都離不開(kāi)您的細(xì)心指導(dǎo)。</p><p>　　其次，要感謝我的同學(xué)，在設(shè)計(jì)期間他們給我指出了很多細(xì)節(jié)上的錯(cuò)誤，正是由于他的幫助，才使我的論文日趨完善。</p>

73、<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張培山、鐘昆，基于PLC的污水處理廠自控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)，2006（1）</p><p>　　[2]李英輝、趙豫龍、戴青云，基于PLC的中水處理系統(tǒng)，石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（4）</p><p>　　[3]何獻(xiàn)忠，工業(yè)污水處理的PLC控制應(yīng)用，湖南冶金職業(yè)

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76、，應(yīng)用技術(shù)，2006（4）</p><p>　　[11]董淑冷、茅紅偉、唐曉俊，PLC在污水泵站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，制造業(yè)自動(dòng)化，2008（6）</p><p>　　[12]徐慶華，PLC在污水處理廠砂泵自動(dòng)控制中的應(yīng)用，技術(shù)與應(yīng)用，2008（3）</p><p>　　[13]趙芳、李從冰，基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006（4）</p>

77、;<p>　　[14]任萍、王創(chuàng)新，基于PLC的污水處理模糊控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，2006（1）</p><p>　　[15]凌軍、朱德勝、劉明全，PLC在污水處理提升泵房自控系統(tǒng)中的應(yīng)用，機(jī)電工程技術(shù)，2008（4）</p><p>　　[16]張建根，PLC在中水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，資源與環(huán)境，2008（4）</p><p>　　[17]楊帆，基于PL

78、C的污水處理控制系統(tǒng)，武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（4）</p><p>　　[18]劉貫華，基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用技術(shù)，2008（1）</p><p>　　[19]胡青龍、朱洋君，基于PLC控制的污水凈化處理系統(tǒng)，冶金行業(yè)應(yīng)用，2006（4）</p><p>　　[20]陳廷炯，造紙廢水處理的PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用，上海工業(yè)自動(dòng)化研究所</p&