論文_PLC在啤酒廢水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、PLC在啤酒廢水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要 介紹啤酒廢水處理的工藝流程、特點(diǎn)以及S7-300可編程控制器在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了一種經(jīng)濟(jì)、可靠、易于維護(hù)的控制系統(tǒng)方案，最后討論了上位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及其它系統(tǒng)與本系統(tǒng)的接口問題。關(guān)鍵詞    廢水處理    S7300   上位機(jī)Abstract introduction beer waste water processing technical process, the characteristic as well as the S7-300 programma

2、ble controller in control system application, has given the control system plan which one economy, reliable, easy to maintain, finally discussed on the position machine control system design as well as other systems and this system connection question. Key word Waste water processing S7-300 On posit

3、ion machine 目錄 摘要。1Abstract。1引言。31. 控制器PLC介紹。31.1 PLC定義。.31.2 PLC發(fā)展階段及發(fā)展方向。31.3 PLC在現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)應(yīng)用中所面臨的問題。42工藝介紹。52.1 啤酒廠廢水翠的主要工藝。52.2 工藝流程。53控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。63.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).。63.2 PLC啤酒污水控制系統(tǒng)的幾個特點(diǎn).。73.2.1 季節(jié)性流量變化控制.。73.2.2 IC塔的污水流量控制.。84上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì).。9結(jié)論。10參 考 文 獻(xiàn)。11致謝。12 引言隨著環(huán)境問題對人類生存的影響日趨加重，人們對環(huán)境保護(hù)的意識也日益重視。特別是近10多

4、年來，我國在環(huán)保方面的工作取得了一定的成績，使環(huán)境污染得到了一定的遏制。與此同時，環(huán)保產(chǎn)業(yè)也取得了很大的發(fā)展，許多地區(qū)競相將其作為重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域之一。其中城市污水處理和工廠廢水處理，控制污水排放，都得到高度重視，污水處理行業(yè)已成為一個新興、熱門的行業(yè)。1控制器PLC介紹1.1 PLC定義可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大的超過了邏輯

5、控制的范圍。因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計(jì)算機(jī)(Personal Computer )的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。為了使PLC生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國際電工委(IEC)先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通過對它的定義:“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其

6、功能的原則設(shè)計(jì)的?？傊?，可編程控制器是一臺計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。1.2PLC發(fā)展階段及發(fā)展方向1、PLC的發(fā)展階段雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通迅技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三個階段。(1)早期的PLC(60年代末-70年代中期)(2)中期的PLC (70年代中期-80年代中、后期)(3)近期的PLC (

7、80年代中、后期至今)2、PLC的發(fā)展方向PLC是一門綜合技術(shù)，其發(fā)展與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。隨著可編程序控制器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，它本身也在不斷發(fā)展。目前PLC主要朝兩個方向發(fā)展。(1)小型化方向發(fā)展目前的小型PLC大都局限在開關(guān)量的輸入輸出，而且CPU和I/O部件組裝在一個箱體內(nèi)，今后的小型PLC也將增加模擬量的處理功能，而且也將有靈活的組態(tài)特性，并且能與其它機(jī)型連用。小型PLC的基本特點(diǎn)是價格低廉、經(jīng)濟(jì)可靠，適用于回路或設(shè)備的單機(jī)控制，便于“機(jī)電儀”一體化。但免不了要犧牲一些用戶使用的方便性。既要簡單經(jīng)濟(jì)，又要不斷增強(qiáng)功能和使用的方便性是小型PLC的發(fā)展方向。(2)大型化方向發(fā)

8、展主要包含以下幾個方面：功能不斷加強(qiáng)：不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時等基本功能，還具數(shù)值運(yùn)算、模擬調(diào)節(jié)、監(jiān)控、記錄、顯示、與計(jì)算機(jī)接口、通訊等功能。網(wǎng)絡(luò)功能是PLC發(fā)展的一個重要特征。應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。用于過程控制的PLC往往對存貯器容量及速度要求較高，為此，開發(fā)了高速模擬量輸入模塊，專用獨(dú)立的PID控制器，多路轉(zhuǎn)換器等，使得數(shù)字技術(shù)和模擬量技術(shù)在可編程序控制器中得到統(tǒng)一。編程軟件的多樣化和高級化。構(gòu)成形式的分散化和集散化。1.3PLC在現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)應(yīng)用中所面臨的問題 在現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)中，PLC應(yīng)用越來越普及，PLC的種類、生產(chǎn)廠家也越來越多，但目前缺少對它們應(yīng)用環(huán)境，性能指標(biāo)的對比研究。

9、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很多，但對其缺少系統(tǒng)的、完整的介紹。特別是PLC系統(tǒng)的抗干擾、防雷的措，有待系統(tǒng)的研究。隨著PLC網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在對其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究就顯得尤為重要。2 工藝介紹2.1 啤酒廠廢水翠的主要工藝   一般啤酒廠的廢水處理主要采用好氧處理、水解好氧處理和厭氧好氧聯(lián)合處理等幾種工藝技術(shù)。   好氧處理工藝主要采用活性污泥法、高負(fù)荷生物過濾法和接觸氧化法等。水解好氧處理主要利用水解反應(yīng)器使啤酒廢水中的大分子難降解有機(jī)物被轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿右捉到獾挠袡C(jī)物，出水的可生化性能得到改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水解和好氧處理相結(jié)合，比完全好氧處理更為經(jīng)濟(jì)。

10、厭氧好氧聯(lián)合處理技術(shù)是一種能有效去除有機(jī)污染物并使其礦化的技術(shù)，它將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄楹投趸?，該處理技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、便于運(yùn)行管理。   目前，啤酒的廢水處理，一般采用厭氧好氧處理技術(shù)，這是一種在處理效果、投入成本和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面都較為合理、經(jīng)濟(jì)的方案。   南京英特布魯啤酒廠廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)為：日處理能力為5000 /天，進(jìn)水指標(biāo)為：COD2500 、 、 及 12；經(jīng)過處理后，其排放指標(biāo)為：COD 、 、 及 。處理后的水質(zhì)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。   整個污水處理系統(tǒng)主要由集水井、調(diào)節(jié)池、預(yù)酸化池、IC塔、二沉池等

11、設(shè)備和建筑物構(gòu)成，自動控制系統(tǒng)配置一套SiemensS7300PLC系統(tǒng)和一套上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。2.2 工藝流程啤酒廠廢水處理的工藝過程如圖1所示。啤酒生產(chǎn)過程中的麥糟水、洗滌水等排放廢水，首先進(jìn)入集水井并流入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行初步的物理處理，去除污水中的雜質(zhì)，在必要時進(jìn)行降溫處理。隨后進(jìn)入預(yù)酸化池進(jìn)行pH值等指標(biāo)調(diào)整，使其滿足在IC塔處理過程，在其處理過程中產(chǎn)生的沼氣，目前主要采用燃燒排放的方式（以后可以進(jìn)行沼氣利用處理）。在IC處理過程中，當(dāng)污水水質(zhì)達(dá)到一定要求后，廢水排放到曝氣池進(jìn)行好氧處理，隨后在二沉池進(jìn)一步沉淀、分離污泥，使排放水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，最后才排放至附近河流或經(jīng)消毒后進(jìn)行2次利用。&

12、#160;                           圖1 工藝流程示意圖3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)   本控制系統(tǒng)采用Siemens公司的S73000系列CPU3152DP  PLC，配置輸入輸出點(diǎn)：DI32×6192點(diǎn)、DO32×396點(diǎn)、AI8×432點(diǎn)、A04

13、15;14點(diǎn)；配置CP3431以太網(wǎng)通信模塊及TS Adapter與上位機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用Siemens工控機(jī)。3.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)   本控制系統(tǒng)由1個主站和1個遠(yuǎn)程站構(gòu)成，主站與遠(yuǎn)程站間采用Profibus-DP通信，通信速率最高可達(dá)12Mbps。PLC通過以太網(wǎng)和上位機(jī)進(jìn)行通信，其通訊速率可以到10Mbps，并為其它計(jì)算機(jī)訪問本控制系統(tǒng)預(yù)留接口。為了方便工藝工程師對工藝參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控以及自控工程師對本PLC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)，本系統(tǒng)配備了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過公共電話網(wǎng)，工藝工程師及自控工程師可在異地監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，極大地提高了快速處理現(xiàn)場發(fā)

14、生故障地能力，節(jié)省了維護(hù)的費(fèi)用和企業(yè)的成本。其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。PLC在啤酒廢水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2004年9月(2)                               圖2  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖   本系統(tǒng)的配置具有實(shí)際使用性能合理、通信速率、性價比高

15、的特點(diǎn)。在配置了TS  Adapter后，系統(tǒng)的遠(yuǎn)程服務(wù)具有明顯的優(yōu)勢，便于系統(tǒng)的維護(hù)和修改，特別適合應(yīng)用于缺乏技術(shù)骨干力量的企業(yè)中。3.2 PLC啤酒污水控制系統(tǒng)的幾個特點(diǎn)   通過PLC程序來完成啤酒廢水處理系統(tǒng)的自動控制，通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)控、調(diào)整。這種控制方式雖然在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但在具體項(xiàng)目中的應(yīng)用卻各有特點(diǎn)。一個系統(tǒng)要達(dá)到良好的控制效果，關(guān)鍵是控制系統(tǒng)的程序要適應(yīng)各種現(xiàn)場條件的變化，適合具體的工藝需要。3.2.1 季節(jié)性流量變化控制在啤酒生產(chǎn)中，由于產(chǎn)量與季節(jié)有很大的關(guān)聯(lián)性，其結(jié)果造成污水處理的負(fù)荷量，在一年中發(fā)生很大的波動。這

16、是季節(jié)性污水處理與城市污水處理有著明顯區(qū)別的地方。由于啤酒污水處理的關(guān)鍵是需要保證在厭氧、好氧處理中的活性污泥的能力。當(dāng)污水負(fù)荷發(fā)生變化時，適當(dāng)控制調(diào)節(jié)每天進(jìn)IC塔處理的污水量，通過PID調(diào)節(jié)廢水進(jìn)入閥的開度，進(jìn)行總量控制。在污水流量增大時，滿足最大日處理要求；流量減少時，保證維持活性污泥的基本需要。3.2.2 IC塔的污水流量控制進(jìn)IC 塔的污水流量控制，是本控制系統(tǒng)的一個比較關(guān)鍵部分。由于進(jìn)水水質(zhì)、進(jìn)水流量等參數(shù)變化，污水在各個處理階段的條件、時間等都需要發(fā)生相應(yīng)的變化。系統(tǒng)中，將進(jìn)入IC塔的污水流量控制與預(yù)酸化罐的液位或產(chǎn)生的沼氣流量等參數(shù)相關(guān)聯(lián)。這是一個可選擇的控制條件。在預(yù)酸化罐的液

17、位介于高和低之間，進(jìn)IC塔的廢水流量設(shè)定值等于正常流量設(shè)定值。流量、液位控制曲線如圖3所示。預(yù)酸化罐液位的設(shè)定值（液位低低、液位低、液位高、液位高高）和廢水流量的設(shè)定值（最大流量設(shè)定值、正常流量設(shè)定值、最小流量設(shè)定值）用于計(jì)算流量設(shè)定值。該計(jì)算公式是 ，其中： 代表流量； 代表液位。由圖3可知，可以通過預(yù)酸化罐液位，求出進(jìn)IC塔廢水流量設(shè)定值，再通過PID調(diào)節(jié)IC進(jìn)水調(diào)節(jié)閥的開度，使得IC塔的進(jìn)水流量接近并等于設(shè)定流量，從而達(dá)到控制IC塔每日進(jìn)水流量的目的。            &#

18、160;          圖3 流量/液位控制曲線沼氣流量控制在IC塔中產(chǎn)生的沼氣、受到IC塔中的溫度、厭氧污泥量和進(jìn)水污泥水質(zhì)等各種參數(shù)的變化而變化，產(chǎn)生的沼氣是一個波動的過程。因此沼氣流量的積算，與普通流量積算有很大的區(qū)別。本系統(tǒng)中主要采用軟件數(shù)字積算方式進(jìn)行處理，使調(diào)節(jié)控制過程的性能達(dá)到預(yù)期的要求。4上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用西門子公司W(wǎng)incc5.0實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控，Wincc提供強(qiáng)大的項(xiàng)目組態(tài)功能，其模塊化的設(shè)計(jì)方法，極大地提高了項(xiàng)目設(shè)計(jì)的效率。同時Wincc對數(shù)據(jù)庫的存取對用戶是

19、透明的，應(yīng)用程序可使用標(biāo)準(zhǔn)的ODBC/SQL接口訪問WinCC數(shù)據(jù)庫，如有必要也可使用API應(yīng)用程序接口連接數(shù)據(jù)庫。這意味著所有Windows的應(yīng)用程序，不管是運(yùn)行在同一臺計(jì)算機(jī)上還是在一個網(wǎng)絡(luò)終端上，都可以直接訪問WinCC數(shù)據(jù)庫。其它的客戶機(jī)系統(tǒng)，如運(yùn)行在Unix上的數(shù)據(jù)庫Oracle、In-formix或Ingres，也可使用數(shù)據(jù)庫查詢語言SQL和相應(yīng)的連接工具軟件連接WinCC數(shù)據(jù)庫。并且WinCC系統(tǒng)中集成了OPC接口，可以非常方便地用于連接其它符合OPC規(guī)范廠商的控制器驅(qū)動程序。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由主監(jiān)控畫面、分監(jiān)控畫面、設(shè)備操作畫面、參數(shù)設(shè)置、歷史趨勢、故障報警及運(yùn)行人員操作記錄組成。為了能形象地反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況，采用動、靜結(jié)合及平面和立體相結(jié)合