控制污水處理

1、中 原 工 學(xué) 院課 程 設(shè) 計 報 告目錄 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(diào)試說明-第七章 結(jié)束語-第八章 參考文獻(xiàn)- 前言 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)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(yán)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)

2、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(tuán)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與遠(yuǎn)程監(jiān)控，對降低運行成本，加強(qiáng)生產(chǎn)管理，確保污水處理工藝的正常高效運行和水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，提升企業(yè)運營管理的效率和品質(zhì)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(guān)注的重要問題。1.設(shè)計思想來源： 基于以上污水帶給人的危害，此次課程設(shè)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(zhì)，不宜多次循環(huán)使用。為保護(hù)環(huán)境、節(jié)約用水，需要對含有氧化

3、鐵雜質(zhì)的污水進(jìn)行凈化處理。本設(shè)計主要是運用PLC進(jìn)行編程控制。2. 設(shè)計目的：課程設(shè)計以培養(yǎng)工程應(yīng)用能力為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)的同時，還要進(jìn)行多方面能力的培養(yǎng)和提高，如：獨立工作能力、文獻(xiàn)信息檢索能力、知識綜合運用能力、寫作及表達(dá)能力、創(chuàng)新能力。為畢業(yè)設(shè)計以及畢業(yè)后的工作能力打下良好的基礎(chǔ)。通過機(jī)電傳動控制課程的學(xué)習(xí)，在掌握了機(jī)電傳動控制技術(shù)的基本工作原理和方法后，為使學(xué)生更進(jìn)一步加深對機(jī)電傳動控制技術(shù)應(yīng)用特點理解和提高應(yīng)用技術(shù)水平，結(jié)合生產(chǎn)工藝和機(jī)械設(shè)備的要求，通過對PLC可編程控制器的具體實踐操作，扎實理論知識的學(xué)習(xí)，并要求可順利完成污水處理系統(tǒng)自動控制設(shè)計。3. 設(shè)計任務(wù)分析： 本設(shè)計

4、主要是運用PLC進(jìn)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(zhì)的污水凈化處理系統(tǒng)的自動控制, 詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件配置以及軟件設(shè)計流程圖, 并且介紹了編程中的關(guān)鍵問題。第1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，由美國數(shù)字設(shè)備公司率先研制出第一臺可編程邏輯控制器，這種設(shè)備結(jié)合了計算機(jī)和繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點，發(fā)展40 多年來，其應(yīng)用領(lǐng)域從實現(xiàn)單體設(shè)備的簡單控制到實現(xiàn)過程控制、集散控制等各種任務(wù)控制，作為工業(yè)通用設(shè)備，其功能也越來越強(qiáng)大?？删幊炭刂破鹘⒃诶^電器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上。因采用計

5、算機(jī)軟件編程的方式對系統(tǒng)進(jìn)行控制，所以比繼電器技術(shù)更容易操作，并且控制系統(tǒng)，PLC 的組成又與電腦系統(tǒng)基本相同，所以它比計算機(jī)更易于與工業(yè)控制進(jìn)行接口連接。 PLC 硬件系統(tǒng)由PLC 主機(jī)、外部設(shè)備、I/O 接口單元構(gòu)成；I/O 接口單元是可編程控制器系統(tǒng)為擴(kuò)展功能，實現(xiàn)與更多的設(shè)備相連接而設(shè)置的擴(kuò)展部件。其外部設(shè)備包括打印機(jī)、編程器、計算機(jī)等?？删幊踢壿嬁刂破鞯能浖到y(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(jī)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(chǔ)，可以實現(xiàn)編寫指令、存儲

6、指令、執(zhí)行指令，并且?guī)в邢嚓P(guān)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(shù)、計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)。 §1.2設(shè)計方案概述 污水處理的基本原理是利用物理法、化學(xué)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(shè)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(zhì)的方法。主要應(yīng)用于去除廢水中磁性及非磁性懸浮物和重金屬離

7、子，對廢水中有機(jī)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(zhì)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(jié)了極性交錯排列的數(shù)百塊永久磁鐵，并用鋁板覆蓋。運轉(zhuǎn)時圓盤轉(zhuǎn)動，浸沒部分吸引水中磁性物質(zhì)，轉(zhuǎn)離水面后，將表面泥渣即被掛走。 其優(yōu)缺點如下：優(yōu)點：操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備簡單，清洗時斷掉電源，關(guān)閉進(jìn)水閥和出水閥，讓壓縮空氣強(qiáng)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(zhì)使沖洗后的污水流入污水池，進(jìn)行二次處理，處理后的固體雜質(zhì)還可以回收再利用。對廢水中有機(jī)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(zhì)不能及時的處理。

8、67;1.3 污水凈化系統(tǒng)方案1>系統(tǒng)組成 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(jī)組組成。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。 2>系統(tǒng)的設(shè)計要求 (1)兩臺機(jī)組的濾水工序，可單獨進(jìn)行，也可以同時進(jìn)行。而反洗工序只允許單臺機(jī)組進(jìn)行工作，一臺機(jī)組反洗是，另一臺必須等待。兩臺機(jī)組同時要求反洗時，1號機(jī)組優(yōu)先。 (2)為保證濾水工序的正常進(jìn)行，在每臺機(jī)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(yīng)立即停止濾水工序，自動進(jìn)入反洗工序。 (3)為增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，將每臺機(jī)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

9、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。1號進(jìn)水閥2號進(jìn)水閥污水1號磁濾器1號水箱1號出水閥2號磁濾器2號水箱2號出水閥1號排水閥2號排污閥到污水池1號空氣壓縮閥2號空氣壓縮閥壓縮空氣到冷卻塔 圖1 3>工藝流程介紹 污水凈化處理可分為兩道工序，以1號機(jī)組為例，其工藝流程圖如圖2所示。 (1)濾水工序：打開進(jìn)水閥和出水閥，污水流經(jīng)磁濾器時，如果磁濾器的線圈一直通電，則污水中的氧化鐵雜質(zhì)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(zhì)。這時只要切斷磁濾器線圈的電源，關(guān)閉進(jìn)水閥和出水閥，讓壓縮空氣強(qiáng)行把水箱中的水打入

10、磁濾器中，沖洗磁鐵，去掉附著的氧化鐵雜質(zhì)使沖洗后的污水流入污水池，進(jìn)行二次處理。 圖2 1號機(jī)組工藝流程圖 第二章 I/O分配表2.1 硬件的選擇 (1)PLC 選擇 此設(shè)計中因1號機(jī)組和2號機(jī)組的工作原理相同，故選S7-200模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等的性能要求的應(yīng)用，模塊化和無排風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)，各種單獨的模塊之間可進(jìn)行廣泛的組合用于擴(kuò)展。結(jié)構(gòu)模塊用多機(jī)架配置時連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架,S7-200通過分布式的主機(jī)架和二個擴(kuò)展機(jī)架可以操作達(dá)到32個模塊。(2)CPU的選擇選擇CPU226用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，可擴(kuò)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P

11、ROFIBUS-DP和MPI通信接口，多點接口可以同時連接編程器、PC機(jī)和人機(jī)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(kuò)展，PLC對模擬量的處理，模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓，例：DC420mA，15V，010V，PLC用A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。帶正負(fù)號的電流或電壓在A/D轉(zhuǎn)換后二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。D/A轉(zhuǎn)換器將PLC的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行器。模擬量I/O模塊的主要任務(wù)就是實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。2.2 I/O分配表 1號機(jī)組的I/O地址分配表編程元件IO端子作用輸入繼電器

12、I0.0總停按鈕I0.11號磁濾器啟動按鈕I0.21號磁濾器停止按鈕I0.32號磁濾器停止按鈕I0.41號磁濾器輔助觸點，用于故障診斷I0.51號出水閥輔助觸點，用于故障診斷I0.61號進(jìn)水閥輔助觸點，用于故障診斷I0.71號排污閥輔助觸點，用于故障診斷I1.01號凈水器差壓檢測儀，差壓過高開關(guān)信號輸出繼電器I1.1用于故障診斷Q0.0總停輸出線圈Q0.11號濾水器線圈Q0.21號出水閥線圈Q0.31號進(jìn)水閥線圈Q0.41號排污閥線圈Q0.51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(shè)計 M0.0系統(tǒng)總停狀態(tài) M1.01號機(jī)組總停狀態(tài) M1.11號磁濾器I

13、0.1SM0.1 （1）1號機(jī)組和2號機(jī)組工作流程相同，故只分析1號機(jī)組工作原理，來設(shè)計主程序和子程序。首先，根據(jù)凈水機(jī)組的工藝要求和控制任務(wù)設(shè)計如下的順序功能圖:Q0.11號磁濾器輸出 T37延遲2S M1.2 Q0.31號進(jìn)水閥（置位）T37 Q0.21號出水閥（置位） C0計時40minI1.0故障診斷障信號C0 T41延時5s M1.3 Q0.3復(fù)位 Q0.2 復(fù)位 M1.4Q0.41號排污閥(置位)Q0.51號空氣壓縮閥（置位）T39延時1min M1.5 Q0.6 反洗鈴（置位）T39T38 Q0.6 反洗鈴（復(fù)位） T40延時5s Q0.41號排污閥(復(fù)位） Q0.51號空氣壓縮

14、（復(fù)位）T40（2） 程序分析主程序設(shè)計分析：輸入電路使用CPU模塊提供的DC 24V電源，開啟動按鈕1號機(jī)組開始工作，1號進(jìn)水閥打開，污水進(jìn)入1號磁濾器開始過濾。出1號水閥打開，40分鐘后濾水結(jié)束關(guān)閉1號進(jìn)水閥，1秒后關(guān)閉1號出水閥，5秒后關(guān)閉1號磁濾器，2秒后進(jìn)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(jié)束關(guān)閉1號壓縮空氣閥1秒后關(guān)閉1號排污閥，再延時5秒后，又進(jìn)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(jìn)行維修。故應(yīng)設(shè)計故障診斷子程序。具體措施：如果某個線圈通電, 對應(yīng)的常開輔助觸