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

1、<p><b>　　河南科技學(xué)院</b></p><p>　　___屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p>　　論文題目：基于PLC的工業(yè)污水處理系統(tǒng)設(shè)計</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>　　完成時間：</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來,污水處理廠已成為各個城市

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。隨著自動化技術(shù)、計算機技術(shù)的不斷發(fā)展、完善,污水處理廠的自動化水平也相應(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、擴展方便、性能價格比高等一系列優(yōu)點，在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了污水處理廠自動控制系統(tǒng)的組成、功能及如何利用PLC實現(xiàn)自動控制,并介紹了在系統(tǒng)實施中遇到的若干問題及其解決措施。在污水

4、處理中采用PLC控制系統(tǒng)改造后，提高了自動控制的可靠性,不僅減輕了工人的勞動強度,而且提高了污水處理廠的運行效率和運行效益,實現(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1</p><p>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計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10</p><p>　　5 上位機與下位機的設(shè)計10</p><p>　　5.1 上位機設(shè)計10</p><p>　　5.2 下位機設(shè)計11</p><p>　　5.3 上位機與下位機之間的通信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)場監(jiān)測儀表

12、15</p><p><b>　　7 結(jié)束語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;　　隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，國家對環(huán)保事業(yè)也越來越重視，越來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)污水處理自動控制近年來一直是控制領(lǐng)域研究的熱點之一。伴隨著技術(shù)進(jìn)步、工藝改進(jìn)、系統(tǒng)完善的同時,對工業(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機和PLC組成網(wǎng)絡(luò)控制。為提高系統(tǒng)可靠

14、性,用工控機作為上位機,PLC作為下位機,控制現(xiàn)場設(shè)備運行。PLC編程采用了一種簡便實用的方式。從而實現(xiàn)污水處理過程的自動控制功能，同時與合流中央監(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。整個控制系統(tǒng)改造最終達(dá)到無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化水平[1]。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計</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個子系統(tǒng).經(jīng)過處理的水可滿足回收利用的要求,能實現(xiàn)污水的循環(huán)利用。</p><p>　　生產(chǎn)廢水先通過柵格，使污水中的廢渣與水分離,然后進(jìn)入隔油池，通過刮板及刮泥機清除水中的油液，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,污水中的有機污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)被微生物氧化分解,廢

16、水得到凈化。經(jīng)過曝氣處理的廢水去除有機污染物后進(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)后外運填埋[2]。</p><p>　　污水處理系統(tǒng)的工藝流程見圖1。</p><p><b>　　圖1 工藝流程圖</b></p><p><b>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計<

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，而且會提高河床高度，阻塞河道。尤其是在雨季到來的時候，會對人民的生命造成極大的危害，給國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失。</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、管道及其后續(xù)處理設(shè)備堵塞或損壞. 污水過柵越緩慢,攔污效果越好,但過柵緩慢易造成柵前渠道或柵下積砂而使過水?dāng)嗝婵s小,流速變大.因此,污水過柵的流速應(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>　　污物的堵塞將會使格柵前后的水位差增加,用液位計來測量該水位差, PLC通過測量液位差值控制格柵除污機的清污動作，當(dāng)格柵前后的液位值之差大于預(yù)定值時開啟格柵除污機，當(dāng)液位差值減少至預(yù)定值時自動停機。除污機位于明渠內(nèi)的格柵上。此外PLC系統(tǒng)還可控制開啟順

20、序和運行時間。</p><p>　　格柵除污機的工作原理：格柵除污機是由一種耙齒配成一組回轉(zhuǎn)格柵鏈，在電機減速器的驅(qū)動下，耙齒進(jìn)行逆水流方向回轉(zhuǎn)運動；當(dāng)耙齒鏈運動到設(shè)備的上部時，由于槽輪和彎軌的導(dǎo)向，使每組耙齒之間產(chǎn)生相對運動，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動把粘在耙齒上的雜物清刷干凈。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)有液位報警模塊，由液位計來測量明渠內(nèi)的水位，當(dāng)明

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

22、油膜就會覆蓋水的表面，導(dǎo)致外界的氧氣無法進(jìn)入水中，而水中產(chǎn)生的廢氣也無法順利排出。從而會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)置的刮油機完成。</p><p>　　平流隔油池中,一般裝有鏈條式刮油機,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,通過設(shè)在池面的集

23、油管和刮油機收集浮油;相對密度大于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>　　刮油機的結(jié)構(gòu)如圖4</b></p><p><b>　　圖4 刮油機結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)報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，就會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，就會使作物枯萎、死亡，給人民帶來巨大的經(jīng)濟損失。</p><p>　　中和處理系統(tǒng)通過中和池完成。</p><p>　　操作工人通過自動控制或手動控制加酸與加堿的閥

25、門與含有酸堿性廢水的充分中和,力圖通過中和反應(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)充分分解為無害物質(zhì)。其工藝流程如下：</p><p>　　由PH值量計測量污水的酸堿值，控制加酸閥、加堿閥進(jìn)行中和作業(yè)。</p><p>　　(1)若為酸性時，PH值量計酸性觸點接通，加堿閥門打開。</p><p&g

26、t;　　(2)若為堿性時，PH值量計堿性觸點接通，加酸閥門打開。</p><p>　　(3)若酸堿適中時，PH值量計中性觸點接通，加堿閥和加酸閥門關(guān)閉，安全燈打開[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)報警模塊原理如下：</p><p>　　當(dāng)PH值量計檢測到中和池內(nèi)的PH值小于2時，就說明水中的酸性太強，為防止此酸性污水對處理設(shè)備的某些元件造成危害，此時，報警器發(fā)出報警，設(shè)備停止工作。</p><p>　　當(dāng)PH值量計檢測到中和池內(nèi)的PH值大于12時，就說明水中的堿性性太強，此時，報警器發(fā)出報警，設(shè)備停止工作。</p><p>　　系統(tǒng)報警時工作人員應(yīng)對

28、污水來源進(jìn)行調(diào)查，看是否有強酸或者強堿物質(zhì)泄露。如果有，則應(yīng)該及時治理；若沒有，則應(yīng)該對污水進(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 除有機物</b></p><p>　　當(dāng)水中含有大量的有機物時就會導(dǎo)致水質(zhì)富營養(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，則會導(dǎo)致中毒甚至死亡。</p>

30、<p>　　清除有機物通過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)是一種簡單、快速且低耗的污水處理工藝，具有以下優(yōu)點：</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單；</b></p><p><b>　?。?）沉淀性能好；</b></p><p&

31、gt;　?。?）有機物去除效率高；</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；</p><p>　?。?）脫氨、除磷效果好；</p><p>　　（7）耐沖擊負(fù)荷和處理能力強。</p><p>　　本系統(tǒng)共一個SBR反應(yīng)池，池子中有一臺曝氣機。曝氣機的運行是由可

32、編程序控制器來實現(xiàn)自動控制，在每個反應(yīng)周期內(nèi)，曝氣機在相應(yīng)的時間段內(nèi)運行，并根據(jù)SBR反應(yīng)池內(nèi)水質(zhì)調(diào)整曝氣量，實現(xiàn)節(jié)能運行。</p><p>　　污泥的厭氧消化不但使有機物消化分解提高污泥穩(wěn)定性而且隨著污泥穩(wěn)定化過程產(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>　　其過程包括：</b></p><p>　　①充水(打

33、開進(jìn)水泵) 7h;</p><p>　　②曝氣(開啟空壓機) 1.75h;</p><p>　?、鄢恋?1.5h;</p><p>　?、芘潘?打開電磁閥) 0.5h</p><p>　　從充水開始到排水結(jié)束為一個周期。在一個周期內(nèi)通過曝氣

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,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，就會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)過除鹽池完成除鹽程序。</p><p>　　除鹽時由除氯儀檢測，當(dāng)系統(tǒng)檢測到水中含有鹽類物質(zhì)時，開啟閥門，使該污水流入除鹽池，利用反滲透膜的特性來除去水中經(jīng)過中和反應(yīng)及生物化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生出來的多余的鹽類物質(zhì)；當(dāng)系統(tǒng)未檢測到鹽類物質(zhì)時，則污水通過溝渠流入清水

36、池。</p><p>　　為了防止反滲透膜兩側(cè)的壓力突變造成滲透膜破損，應(yīng)對除鹽池進(jìn)行劃分，使每個分支都有一個半透膜，從而，提高半透膜的使用時間，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、過就地控制實現(xiàn)手動控制。選擇遠(yuǎn)程控制時,控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對控制閥進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和動作控制,對控制閥的控制可分選擇自動和手動方式。在自動方式時控制閥受P L C邏輯程序控制,在手動方式時控制閥由操作員直接在操作界面上點擊控制。也可通過鍵盤和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。</p><p>　　閥門的開關(guān)與閉合與水位聯(lián)鎖,低液位開啟、高液位閉合并報警。自動/手動/就地操作進(jìn)行聯(lián)鎖。

38、系統(tǒng)所有被檢測量可在操作界面上實時監(jiān)視。系統(tǒng)控制每列裝置的停止和再生程序、自動加酸加堿程序。對于順序控制設(shè)置必要的分步操作、成組操作或單獨操作等,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)定時間和剩余時間等。</p><p>　　當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時，畫面上出現(xiàn)“報警”字樣，并且代表該設(shè)備的圖形將閃爍，在報警記錄中出現(xiàn)故障發(fā)生時間、故障設(shè)備名稱及告警原因等，因此能及時通知操作人員，以便最快地排除故障，恢

39、復(fù)生產(chǎn)運行。另外還可對PLC進(jìn)行診斷報警[6]。</p><p><b>　　4 PLC選型</b></p><p>　　PLC是可編程控制器的簡稱，在本系統(tǒng)中PLC代替了原先的硬接線的控制邏輯電路，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動控制。</p><p>　　PLC較原先的繼電器控制有下列優(yōu)點:</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)品的平均無故障時間達(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具有開關(guān)量及模擬量輸人/輸出、定時、計數(shù)、邏輯和算術(shù)運算，順序控制，PID調(diào)節(jié)，通信等功能。除了應(yīng)用于開關(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言就可進(jìn)行用戶程序的編程和調(diào)試。因此，即使不懂計算機的

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，才使越來越多的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，其型號位C16。本文使用一個8位的I/O擴展模塊。</p><p>　　PLC通過各種模塊接口采樣電信號；控制信號由P

43、LC輸出后以4—20mA電流形式送到執(zhí)行機構(gòu)，控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。</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>　　啟動開關(guān)SB0 X0 明渠電磁閥KM0 Y0</p>

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

45、gt;　　除油池高位液位計B4 X4 加堿閥KM4 Y4</p><p>　　中和池低液位計B5 X5 加酸閥KM5 Y5 </p><p>　　PH計酸性觸點B6 X6 強酸報警燈HL6 Y6</p>&

46、lt;p>　　PH計堿性觸點B7 X7 強堿報警燈HL7 Y7</p><p>　　PH計強酸性觸點B10 X10 中和池高液位報警燈HL10 Y10</p><p>　　PH計強堿性觸點B11 X11 沖水電磁閥KM11 Y11</p>

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

48、><p>　　除鹽池低液位計B15 X15 SBR反應(yīng)池高液位報警燈HL15 Y15</p><p>　　除鹽池高液位計B16 X16 除鹽系統(tǒng)電磁閥KM16 Y16</p><p>　　停止開關(guān)SB17 X17 除鹽池高液位報警燈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</b></p><p>　　系統(tǒng)總程序設(shè)計如圖8</p><p><b>　　圖8 系統(tǒng)總程序圖<

50、/b></p><p>　　5 上位機與下位機的設(shè)計</p><p><b>　　5.1 上位機設(shè)計</b></p><p>　　污水處理監(jiān)控系統(tǒng)用于對4個污水分站的運行狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，用于監(jiān)控的工業(yè)控制計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場的PLC主站相連，上位機操作系統(tǒng)采用Windows XP，監(jiān)控畫面圖形使用3DMAX制作。上位機的主要功能是

51、對污水站數(shù)據(jù)采集和自動控制系統(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PC啟動后,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,其中包含過程工藝監(jiān)控畫面,控制操作畫面,實時曲線畫面參數(shù)設(shè)定畫面,報警畫面等。這些畫面之間可以隨意的切換。在退出系統(tǒng)之前,系統(tǒng)會詢問你是否確定退出,以防止誤操作。</p><p>　　上位機軟件設(shè)計。上位機為通用的工控計算

52、機。為了更好地反映各設(shè)備的運行情況,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)等分畫面。畫面中各參數(shù)值都是根據(jù)下位機PLC的改變而改變的。工作人員通過這些畫面可以隨時對系統(tǒng)的運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、各種越限報警信號,進(jìn)行實時監(jiān)測、處理、記錄和顯示。</p><p>　　監(jiān)控軟件啟動時首先進(jìn)入主畫面,可直觀地顯示污水處理工藝流程圖,各個設(shè)備的運行狀態(tài)、儀表讀數(shù)都可以在主畫面中顯示。點擊主畫面中的對應(yīng)的按

53、鈕,可直接切換到各個分畫面系統(tǒng)相應(yīng)的監(jiān)控畫面,分畫面可以查閱各個儀表、傳感器和閥門的參數(shù),還可以進(jìn)行上下限報警、打印報表、顯示趨勢曲線等設(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,其輸出的4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器,經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字信號,然后進(jìn)行運算,再輸出一組4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號,信號反饋到上位機,根據(jù)當(dāng)前運

54、行情況來控制閥門,以控制所加酸堿量,達(dá)到酸、堿平衡。流程圖上可監(jiān)控各個現(xiàn)場數(shù)據(jù),每個監(jiān)控點均放在流程圖的相應(yīng)位置,可實時顯示過程數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　5.2 下位機設(shè)計</b></p><p>　　下位機系統(tǒng)軟件設(shè)計。下位機采用松下FP0型PLC,可以和現(xiàn)場的傳感器、變送器、自動化儀表相連,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

55、誤后,外部傳送信號通過傳感器、自動化儀表輸入到PLC,當(dāng)電路發(fā)生短路、斷路或過載時電動機將停止,同時發(fā)出報警。通過PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,PLC可根據(jù)液位信號決定設(shè)備的啟停和閥門開關(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,形成多個控制回路。</p><p>　　污水處理過程邏輯性很強,閥門和液位之間動作有很多連鎖關(guān)系,將所有有連鎖關(guān)

56、系的閥門和液位的動作關(guān)系確定清楚,然后用相應(yīng)的控制點形成電氣連鎖,即可實現(xiàn)工藝要求。</p><p>　　整個軟件設(shè)計為便于調(diào)試采用模塊化編程,其主要包括信號獲取處理、信號控制、故障模塊的設(shè)計,與上位機通信的設(shè)計?？刂泼總€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,按順序執(zhí)行組織塊中的所有功能模塊,就可以實現(xiàn)對所有設(shè)備的自動或手動控制[8]。</p><p>　　

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

58、2C適配器通過RS-422口與PLC連接，如圖9所示。</p><p>　　圖9 計算機與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,分為兩個部分：一是關(guān)于PLC與計算機的通信協(xié)議的MEWTOCOL-COM，另一個是關(guān)于數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的MEWTOCOL-D

59、ATA。</p><p>　　（1）MEWTOCOL-COM通信協(xié)議</p><p><b>　?、侔l(fā)送命令幀格式</b></p><p>　　通信開始先由計算機發(fā)出呼叫，呼叫信息包括一些特殊標(biāo)志碼、PLC站號和呼叫字符等，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接到計算機的呼叫后，首先判斷是不是一個完整的信息，然后檢查呼叫站號是不是自己的站號，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之間或計算機之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的通信協(xié)議。</p><p>　　①發(fā)送命令

62、幀格式，如圖13。</p><p><b>　　圖13</b></p><p><b>　?、陧憫?yīng)幀格式</b></p><p>　　正確響應(yīng)，如圖14。</p><p><b>　　圖14</b></p><p>　　錯誤響應(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>　　該自動化系統(tǒng)是由中央監(jiān)控管理級(工業(yè)計算機)、區(qū)域現(xiàn)場級(可編程邏輯控制器)、檢測執(zhí)行級(現(xiàn)場監(jiān)測儀表)組成的三級計算機分散控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　6.1 中央控制室<

64、;/b></p><p>　　一般來說,中央控制室設(shè)備主要有工控計算機、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、不間斷供電電源、打印機、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,通過工控計算機向現(xiàn)場控制分站發(fā)出控制指令;另外工控計算機具備數(shù)據(jù)記錄、報表打印、趨勢查詢、報警查詢

65、和確認(rèn)等功能;工控機監(jiān)控軟件的操作、數(shù)據(jù)更改也在此進(jìn)行;它還可與上級企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊,為上級管理單位提供生產(chǎn)信息等工作。中央控制室以工控計算機為核心,采用100M交換式的計算機局域網(wǎng)絡(luò),通過光纖冗余環(huán)和工業(yè)以太網(wǎng)交換機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,通過調(diào)整安放在不同運行區(qū)域控制攝像機的方位角度,

66、巡視或定點監(jiān)視生產(chǎn)區(qū)域的設(shè)備運行狀況和工藝調(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、一臺現(xiàn)場操作顯示系統(tǒng)一臺不間斷供電電源UPS、分布式或遠(yuǎn)程I/O單元組成。控制分站一般根據(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個控制分站。每個控制分站負(fù)責(zé)相應(yīng)區(qū)域所有自動化設(shè)備

67、的控制,控制分站的主要功能是接收現(xiàn)場采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù),并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過網(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,完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制操作。</p><p><b>　　6.3現(xiàn)場監(jiān)測儀表</b></p><p>　　現(xiàn)場監(jiān)測儀表是在工藝運行過程中在線測量、監(jiān)視、顯示工藝運行環(huán)節(jié)關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)的自動化智能儀表,是最基層的數(shù)據(jù)采集來源?，F(xiàn)場監(jiān)測儀表主要分為兩大類:&

68、lt;/p><p>　　(1)反映物理參數(shù)的檢測儀表,主要包括壓力測量儀表、流量測量儀表、溫度測量儀表、液位測量儀表。</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、污泥濃度計、檢測儀等設(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)說明書、手冊進(jìn)行。每日巡視、定期清洗、注意校驗標(biāo)定,做好維修計劃,保證儀表

69、的正常運行。</p><p>　　中控室操作站監(jiān)控污水處理和污泥處理的全過程,是整個計算機系統(tǒng)的樞紐。加藥間一體化工控機監(jiān)控加藥區(qū)域的過程,脫水機房一體化工控機監(jiān)控脫水機房區(qū)域的處理過程。廠長室計算機系統(tǒng)僅有監(jiān)測功能,沒有控制功能,所監(jiān)測的是污水處理、污泥處理的全過程。中控室操作站和模擬屏之間通過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[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</b></p><p>　　本文采用PLC對污水處理廠的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，經(jīng)過調(diào)試和運行，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、可基本實現(xiàn)污水處理廠的無人化管理，不僅減輕了工人的勞動強度,而且提高了污水處理廠的運行效率和運行效益,實現(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行成本。運行實踐證明，與傳統(tǒng)繼電器控制相比，節(jié)省了大量時間繼電器、計數(shù)器及其他相關(guān)設(shè)備，提高了自動控制的準(zhǔn)確性和可靠性，同時保障了設(shè)備的運行安全，收到了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。</p><p><b>　　致謝<

72、/b></p><p>　　首先，感謝我的導(dǎo)師，在這幾個月里她給了我很多指導(dǎo)性的意見，并且教會了我很多不懂的知識。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盡的啟迪。這篇論文的每個細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)，都離不開您的細(xì)心指導(dǎo)。</p><p>　　其次，要感謝我的同學(xué)，在設(shè)計期間他們給我指出了很多細(xì)節(jié)上的錯誤，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，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)

74、技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004（4）</p><p>　　[4]劉建雄，PLC控制系統(tǒng)在化學(xué)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用，工程技術(shù)，2008（5）</p><p>　　[5]陳慕君、吳軼、文方，基于PLC的污水處理模糊控制系統(tǒng)設(shè)計，江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008（7）</p><p>　　[6]孫衛(wèi)娜，基于PLC的污水處理系統(tǒng)研究,沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2007（6）</p&

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