PLC控制污水處理

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1、中原工學院 課程設計報告 目錄 2 / 12 前言 第一章污水凈化處理系統(tǒng)控制方案的選擇 1.1 PLC可編程控制器簡介 1.2 污水凈化系統(tǒng)方案概述 1.3 污水凈化系統(tǒng)方案組成 第二章I/O分配表 第三章PLC硬件接線圖 第四章編寫系統(tǒng)控制流程圖 第五章編程過程說明 第六章調試說明 第七章結束語 第八章參考文獻 3 / 12

2、 前言 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)技術水平的不斷提高，工業(yè)廢 物的生產(chǎn)量也急速增加，工業(yè)廢水和生活廢水給人民生活帶來了極大危 害，水污染嚴重威脅人類健康，如何節(jié)能、高效地解決污水處理問題，已 經(jīng)成為社會研究的熱點。國家對環(huán)保投入不斷增加，污水處理行業(yè)改革不 斷深入，城市污水處理廠運營管理向市場化、專業(yè)化、規(guī)?；凹瘓F化趨 勢發(fā)展。因此，對污水處理廠的生產(chǎn)運行實施全方面自動控制及遠程監(jiān) 控，對降低運行成本，加強生產(chǎn)管理，確保污水處理工藝的正常高效運行 和水質達標排放，提升企業(yè)運營管理的效率和品質具有十分重要的意義。 污水處理及水資源的再利用成為社會關注的重要問題。 1 .設計思想

3、來源： 基于以上污水帶給人的危害，此次課程設計從污水處理方向著手研 究，利用自動控制系統(tǒng)來解決污水危害問題。冶金行業(yè)中大量的工業(yè)用水 用于冷卻，為此每天消耗大量的水資源，由于用過的冷卻水含有氧化鐵雜 質，不宜多次循環(huán)使用。為保護環(huán)境、節(jié)約用水，需要對含有氧化鐵雜質 的污水進行凈化處理。本設計主要是運用PLC進行編程控制。 2 .設計目的： 課程設計以培養(yǎng)工程應用能力為主，在獨立完成設計任務的同時，還 要進行多方面能力的培養(yǎng)和提高，如：獨立工作能力、文獻信息檢索能 力、知識綜合運用能力、寫作及表達能力、創(chuàng)新能力。為畢業(yè)設計以及畢 業(yè)后的工作能力打下良好的基礎。通過機電傳動控制課程的學習，在

4、掌握 了機電傳動控制技術的基本工作原理和方法后，為使學生更進一步加深對 機電傳動控制技術應用特點理解和提高應用技術水平，結合生產(chǎn)工藝和機 械設備的要求，通過對PLC可編程控制器的具體實踐操作，孔實理論知識 的學習，并要求可順利完成污水處理系統(tǒng)自動控制設計。 3 .設計任務分析： 本設計主要是運用PLC進行編程控制，利用西門子公司的S7- 224型 PLC,來實現(xiàn)含氧化鐵雜質的污水凈化處理系統(tǒng)的自動控制，詳細介紹了 系統(tǒng)的硬件配置以及軟件設計流程圖，并且介紹了編程中的關鍵問題。 第一章污水凈化處理系統(tǒng)控制方案的選擇 1.1 PLC可編程控制器簡介 可編程邏輯控制器誕生于1969年，由

5、美國數(shù)字設備公司率先研制出 第一臺可編程邏輯控制器，這種設備結合了計算機和繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu) 點，發(fā)展40多年來，其應用領域從實現(xiàn)單體設備的簡單控制到實現(xiàn)過程 控制、集散控制等各種任務控制，作為工業(yè)通用設備，其功能也越來越強 大。可編程控制器建立在繼電器技術和計算機技術基礎之上。因采用計算 機軟件編程的方式對系統(tǒng)進行控制，所以比繼電器技術更容易操作，并且 控制系統(tǒng)，PLC的組成又及電腦系統(tǒng)基本相同，所以它比計算機更易于及 工業(yè)控制進行接口連接。 PLC硬件系統(tǒng)由PLC主機、外部設備、I/O接口單元構成；I/O接口 單元是可編程控制器系統(tǒng)為擴展功能，實現(xiàn)及更多的設備相連接而設置的 擴展部件。其

6、外部設備包括打印機、編程器、計算機等。可編程邏輯控制 落的軟件系統(tǒng)分為用戶軟件和系統(tǒng)軟件兩部分［3］。通過系統(tǒng)程序和所編 寫的用戶程序可以實現(xiàn)存儲和執(zhí)行指令，并借助模擬或數(shù)字信號的輸入輸 出，來控制各種各樣的電氣或機械生產(chǎn)過程。 總之，可編程邏輯控制器就是一種以微處理器為基礎，可以實現(xiàn)編寫 指令、存儲指令、執(zhí)行指令，并且?guī)в邢嚓P的輸入輸出接口，從而實現(xiàn)工 業(yè)控制目的的一種裝置。該裝置綜合了通信技術、計算機技術、微電子技 術、自動控制技術。 1. 2設計方案概述 污水處理的基本原理是利用物理法、化學法和生物法三大類。而在 冶金業(yè)中污水的處理方案，就有它的獨特的處理方案。對冶金業(yè)中所產(chǎn)生

7、的污水中含有大量的固體渣滓污染物，對于固體渣滓污染物的處理方法一 班采用物理法，而在物理法的處理方法中又有多種處理方法。根據(jù)三種方 法優(yōu)缺點的比較，本次設計選擇采用磁力分離式。 1＞磁力分離法原理及優(yōu)缺點 磁力分離式利用磁場力截留和分離廢水中污染物質的方法。主要應用 于去除廢水中磁性及非磁性懸浮物和重金屬離子，對廢水中有機物和營養(yǎng) 物的去除也有幫助。 使用較多的磁過濾器的主要部分為電磁鐵和鐵磁性過濾介質金屬 球、鋼毛等。其次為磁吸離器，它由不銹鋼圓盤制成，上面粘結了極性交 錯排列的數(shù)百塊永久磁鐵，并用鋁板覆蓋。運轉時圓盤轉動，浸沒部分吸 引水中磁性物質，轉離水面后，將表面泥渣即被掛走。

8、 其優(yōu)缺點如下： 優(yōu)點：操作方便，結構簡單.，設備簡單，清洗時斷掉電源，關閉進水 閥和出水閥，讓壓縮空氣強行把水箱中的水打入磁濾器中，沖洗磁鐵，去 掉附著的氧化鐵雜質使沖洗后的污水流入污水池，進行二次處理，處理后 的固體雜質還可以回收再利用。對廢水中有機物和營養(yǎng)物的去除也有幫 助。 缺點：對于其他無磁性的固體雜質不能及時的處理。 1. 3污水凈化系統(tǒng)方案 本系統(tǒng)由兩臺磁濾器、10只電磁閥和連接管道組成的兩臺機組組 成。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。 2》系統(tǒng)的設計要求 (1)兩臺機組的濾水工序，可單獨進行，也可以同時進行。而反洗工 序只允許單臺機組進行工作，一臺機組反洗是，另一臺必須

9、等待。兩臺機 組同時要求反洗時，1號機組優(yōu)先。 (2)為保證濾水工序的正常進行，在每臺機組的管道上均安裝了壓差 檢測儀表，只出表現(xiàn)了 “管壓差高”信號，則應立即停止濾水工序，自動 進入反洗工序。 (3)為增強系統(tǒng)的可靠性，將每臺機組的磁濾器及各個電磁閥線圈的 接通信號反饋到PLC的輸入端，一旦某一輸出信號不正常，要立即停止系 統(tǒng)工作，這樣可避免發(fā)生事故。 (4)執(zhí)行器輸出故障檢測及報警。 10 / 12 污水 1號磁濾器 1號水箱 到污水池 1號空氣壓縮 ■ 1號出水湖 2號水箱 壓縮空氣 到冷卻塔 圖1 3＞工藝流程介紹 污水凈化處理可

10、分為兩道工序，以1號機組為例，其工藝流程圖如圖 2所示。 (1)濾水工序：打開進水閥和出水閥，污水流經(jīng)磁濾器時，如果磁濾 涔的線圈一直通電，則污水中的氧化鐵雜質會附在磁濾器的磁鐵上，使水 箱中流出的是凈化水。 (2)反洗工序：濾水一段時間后，必須清洗附在磁鐵上的氧化鐵雜 質。這時只要切斷磁濾器線圈的電源，關閉進水閥和出水閥，讓壓縮空氣 強行把水箱中的水打入磁濾器中，沖洗磁鐵，去掉附著的氧化鐵雜質使沖 洗后的污水流入污水池，進行二次處理。 圖2 1號機組工藝流程圖 第二章I/O分配表 2.1硬件的選擇 (DPLC選擇 此設計中因1號機組和2號機組的工作原理相同，故選S7-

11、200模塊 化的中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等的性能要求的應用，模塊化和無排風扇 的結構，各種單獨的模塊之間可進行廣泛的組合用于擴展。結構模塊用多 機架配置時連接主機架和擴展機架,S7-200通過分布式的主機架和二個擴 展機架可以操作達到32個模塊。 (2) CPU的選擇 選擇CPU226用于復雜的中小型控制系統(tǒng)，可擴展到248點數(shù)字和35 路模擬量，有2個RS-485通信。中央處理器集成有PROFIBUS-DP和MPI 通信接口，多點接口可以同時連接編程器、PC機和人機界面。 (3) I/O模塊的選擇 信號模塊選用模擬量輸入輸出模塊EM223,模塊輸出點和輸入點各為 16點還可以擴展，

12、PLC對模擬量的處理，模擬量首先被傳感器和變送器轉 換成標準量程的電流或電壓，例：DC4?20mA, 1?5V, 0?10V, PLC用 A/D轉換潛將它們轉換成數(shù)字量。帶正負號的電流或電壓在A/D轉換后二 進制補碼表示。 D/A轉換器將PLC的數(shù)字輸出量轉換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行 潛。模擬量I/O模塊的主要任務就是實現(xiàn)A/D轉換和D/A轉換。 2.2 I/O分配表 1號機組的I/O地址分配表 編程元件 1\0端子 作用 輸 入 繼 電 器 10.0 總停按鈕 10. 1 1號磁濾器啟動按鈕 10.2 1號磁濾器停止按鈕 10.3 2號磁濾器停止按鈕

13、10.4 1號磁濾器輔助觸點，用于故障診斷 10.5 1號出水閥輔助觸點，用于故障診斷 10.6 1號進水閥輔助觸點，用于故障診斷 10.7 1號排污閥輔助觸點，用于故障診斷 11.0 1號凈水器差壓檢測儀，差壓過高開 關信號 輸 出 繼 11. 1 用于故障診斷 Q0. 0 總停輸出線圈 Q0. 1 1號濾水器線圈 電 器 Q0. 2 1號出水閥線圈 Q0. 3 1號進水閥線圈 Q0.4 1號排污閥線圈 Q0. 5 1號空氣壓縮閥線圈 Q0. 6 反洗鈴 Q0. 7 故障指示燈 Q1.0 故障報警器 2. 3程序設計

14、 （1）1號機組和2號機組工作流程相同，故只分析1號機組工作原理，來 設計主程序和子程序。首先，根據(jù)凈水機組的工藝要求和控制任務設計如 下的順序功能圖： SMO. M0. 0 系統(tǒng)總 停狀態(tài) M1.0 11號機組 總管狀 態(tài)1 -Ml. 1 1號磁濾 器I  Ml. 3 T37 Q0. 2 復位 1號進 水閥 （置 Q0. 3 復位 位） co .計時 40min T41 延時5s T39 延時 Imin Q0. 5 1號空 氣壓縮 閥（置 位） 5號壓 復, W 1氣縮 1 位 （2）程序分析 主程序設計分析：輸入電路使用CPU模塊提

15、供的DC 24V電源，開啟 動按鈕1號機組開始工作，1號進水閥打開，污水進入1號磁濾器開始過 濾。出1號水閥打開，40分鐘后濾水結束關閉1號進水閥，1秒后關閉1 號出水閥，5秒后關閉1號磁濾潛，2秒后進入反洗工序，接通1號排污 閥，1秒后接通1號壓縮空氣閥。接通1號反洗鈴，1分鐘反洗時間。反 洗結束關閉1號壓縮空氣閥1秒后關閉1號排污閥，再延時5秒后，又進 行濾水工序。 故障診斷程序分析：相對于PLC而言，外部輸入器件如電磁閥、磁濾 器容易出現(xiàn)故障。如果電磁閥和磁濾器出現(xiàn)故障不能及時的處理，容易造 成系統(tǒng)工作不正常，甚至損壞系統(tǒng)。處理方法是；如果外部輸出器件出現(xiàn) 故障時，必須停止并報警提示，提醒工作人員進行維修。故應設計故障診 斷子程序。 具體措施：如果某個線圈通電，對應的常開輔助觸點應該閉和；如果 沒有閉和，判斷該器件損壞。如果某個線圈斷電，對應的常閉觸點應該閉 和；如果沒有閉和，判斷該器件損壞。故障診斷子程序1為例，分析故障 診斷子程序的梯形圖見右圖。 它用順序功能的邏輯語言解釋如下：在ML1步即｛濾水工序｝如果磁 濾器或者出水閥或者進水閥沒有打開、或者排污閥或者壓縮空氣閥打開了, 則報警并且進入停機狀態(tài)。（5）磁濾器的壓差保護：如果磁濾器的入口和 出口壓差大于設定壓差，則濾水工序無條件結束，順序進入反洗工序。 13 / 12