1、. . . . 目 錄第1章 水處理控制系統11.1 水處理控制系統的背景與其說明11.2CAD流程圖2第2章 控制系統方案設計32.1 控制系統類型的選擇32.2 I/O端口的分配42.3 水處理控制系統硬件接線圖62.4 水處理控制系統的梯形圖設計7第3章 控制系統儀表選型93.1 檢測元件選型93.2執行元件10第4章 課程設計心得18參考文獻19附錄20第1章 水處理控制系統1.1 水處理控制系統的背景與其說明我國是個缺水的國家，人均水資源占有量僅為世界人均占有量的1/4。而且我國的水資源在時空和地域分布上的分布不均勻，更加重了實際的缺水情況。因此近些年來我國城市水資源進一步緊，許多城

2、市嚴重缺水。與此同時，水資源污染卻日益嚴重，因此許多工廠都建立自己的自來水處理廠，來改變目前水資源緊缺且污染的現狀。我國城市污水處理事業是在80年代初逐步發展起來的，經過幾十年的發展已經初具規模。但是，與國外同期的工業污水處理廠相比較，始終存在效率低、自動化程度低、能耗高且運行費用高等缺點。隨著全球能源供應緊和對自動化程度要求的不斷增加，我國的自來水處理廠必然向著高度自動化和無人職守的方向發展。環境保護問題日益成為影響和制約人類社會發展的因素之一。隨著工業的不斷發展和城市人口的急劇增加，大量工業和生活污水未經處理流入江河湖海，使環境和飲用水被嚴重污染。因此，建立高度自動化的自來水處理廠是解決供

3、水問題的有效途徑,水處理已經長了成了生活中不可或缺的的一部分。水處理是提供工業或民業用水的常用辦法,處理過程是通過濾池過濾,濾池工作一定時間就要進行反沖洗,反沖洗過程要求按一定的時序控制風機的啟停與各類的開與關,閥門動作順序要求嚴格.某水源工程一期設計8個濾池,每個濾池有6個控制閥,而濾池的反沖洗過程要求同一時間不能有兩個濾池同時沖洗,采用手動控制時工人的勞動強度大,難免出現誤動作,對此特定的過程選用一定的可編程控制器進行控制,經實踐檢驗系統運行可靠,效果良好。在系統投運時,首先根據江水的渾濁度設置每個濾池沖洗時間間隔,即設置計數器和計時器的計數和計時值.時間間隔過長易出現濾池大高液位現象,過

4、短造成濾池沖洗過于頻繁,風機啟動頻繁減少設備的使用壽命.投運時根據當時江水的狀況設置時間間隔為12h,運行效果良好.因在軟件設計時全面考慮了邊界條件,可一次性將8個濾池的手動開關打到自動狀態.因每個濾池的沖洗周期均為12h,同時切換為自動狀態,會出現兩個或兩個以上的濾池同時沖洗,程序中設置了自動優選功能,做到每次只有一個濾池沖洗,保證運行安全可靠。1.2 CAD流程圖圖1-1 CAD流程圖第2章 控制系統方案設計2.1 控制系統類型的選擇 在控制系統邏輯關系較復雜(需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數器等)，工藝流程和產品改型較頻繁，需要進行數據處理和信息管理(有數據運算,模擬量的控制,PID

5、調節等)，系統要求有較高的可靠性，準備實現工廠自動化聯網等情況下，所以使用PLC控制是很必要的。 目前,國外眾多的生產廠家提供了多中系列功能各異的PLC產品，一般選擇機型要以滿足系統功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。可從以下幾個方面來考慮機型的選擇：1、對輸入/輸出的選擇要先弄清楚控制系統的I/O總點數，再按實際所需總點數的1520留出備量(為系統的改造等留有余地)后確定所需PLC的點數。 另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的60；PLC每個處處點的驅動能力也是有限的，有的PLC其每點處處電流的大小還

6、隨所加負載電壓的不同而異；一般PLC的允許處處電流隨環境溫度的升高而有所降低等。 PLC的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種PLC平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的PLC。2、對存儲量的選擇對存儲容量只能作粗略的估算，在僅對開關量進行控制的系統中，可以用入總點數乘10字/點+輸出總點數乘5字/點來估算；計數器/定時器按(35)字/個估算；有運算處理按(510)字/量估算；在有模擬量輸入/輸出的系統中，可以按每輸入/一路模擬量約需(80100)字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接

7、口200字以上的數量粗略估算。最后，一般按估算容量的50100留有裕量。對缺乏經驗的設計者，選擇容量時留有大量的裕量要大些。3、對I/O響應時間的選擇PLC的I/O響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲(一般在23個掃描周期)等。對開關量控制系統，PLC和I/O響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮I/O響應問題。但對模擬量控制的系統，特別是閉環系統就要考慮這個問題。4、根據輸出負載的特點選型 不同的負載對PLC的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或者晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但是繼電器輸出型的PLC有許多優點，如導

8、通壓降低、有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活(可交流，可直流)且電壓等級圍大等。所以動作不頻繁的交，直流負載可以選擇繼電器輸出型的PLC。5、對在線和離線編程的選擇 離線編程是指主機和編程器共用一個CPU，通過編程器的方式選擇開關來選擇PLC的編程，監控和運行工作狀態。編程狀態時，CPU只為編程服務，而不對現場進行控制，專用編程器屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個CPU,主機的CPU完成對現場的控制，在每個掃描周期末尾與編程器通信編程器把修改的程序發給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制。計算機輔助編程既能實現離線編程，也能

9、實現在線編程。在線編程需購置計算機并配置編程軟件，采用哪種編程方式應根據需要決定。 6、根據是否聯網通信選型 若PLC控制的系統需要聯入工廠自動化網絡，則PLC需要有通信聯網功能，即要求PLC應具有連接其他PLC，上位計算機與CRT等的接口。大、中型機都有通信功能,目前大部分小型機也具有通信功能。2.2 I/O端口的分配將2個模擬輸入信號11個開關信號輸入和50個輸出信號按各自的功能類型分配好，并與PLC的I/O端口一一對應，編排好地址。為了敘述簡便，將一號濾池簡約1#，其余的依次類推。列出外端I/O信號端地址編號對照表見表2-1，表2-2。表2-1輸入信號端地址編號對照編 號功 能X0液位傳

10、感器X1壓力傳感器X2啟動按鈕X3停止按鈕X4進水閥開關X5出水閥開關X6反沖閥開關X7排水閥開關X8氣路閥開關X9排氣閥開關X10啟動鼓風機開關X11啟動電動蝶閥表2-2 輸出信號端地址編號對照編號功能編號功能Y11#進水閥Y324#排氣閥Y21#出水閥Y335#進水閥Y31#反沖閥Y345#出水閥Y41#排水閥Y355#反沖閥Y51#氣路閥Y365#排水閥Y61#排氣閥Y375#氣路閥Y7鼓風機DY405#排氣閥Y10電動蝶閥KY416#進水閥Y112#進水閥Y426#出水閥Y122#出水閥Y436#反沖閥Y132#反沖閥Y446#排水閥Y142#排水閥Y456#氣路閥Y152#氣路閥Y4

11、66#排氣閥Y162#排氣閥Y477#進水閥Y173#進水閥Y507#出水閥Y203#出水閥Y517#反沖閥Y213#反沖閥Y527#排水閥Y223#排水閥Y537#氣路閥Y233#氣路閥Y547#排氣閥Y243#排氣閥Y558#進水閥Y254#進水閥Y568#出水閥Y264#出水閥Y578#反沖閥Y274#反沖閥Y608#排水閥Y304#排水閥Y618#氣路閥Y314#氣路閥Y628#排氣閥2.3 水處理控制系統硬件接線圖本次水處理控制系統的設計采用的是自動與手動相結合的方法，通過上一章節的的分析外部輸入有2個模擬信號和10個開關信號組成，而外部輸出中有50個輸出量，水處理控制系統的PLC外

12、接線圖如圖2-1所示：圖2-1 PLC外部接線圖本次設計中，開關SB1SB10為手動開關.因為考慮到在實際的工作中有可能出現各種各樣的情況,例如PLC出現故障，計時器出現暫時無法恢復的問題,或者其他不可預計的情況發生，PLC無常進行自動控制。這時配置手動開關就可以維持水處理系統可靠安全的運行，并且在PLC出現故障時可以起到檢測故障所在環節的作用。2.4 水處理控制系統的梯形圖設計第3章 控制系統儀表選型在現代化的凈水廠中，每一個生產過程總是與相應的儀表與自控技術有關。儀表能連續檢測各工藝參數，根據這些參數的數據進行手動或自動控制，從而協調供需之間、系統各組成部分之間、各水處理工藝之間的關系，以

13、便使各種設備與設施得到更充分、合理的使用。同時，由于檢測儀表測定的數值與設定值可連續進行比較，發生偏差時，立即進行調整，從而保證水處理質量。根據儀表檢測的參數，能進一步自動調節和控制藥劑投加量，保證水泵機組的合理運行，使管理更加科學化，達到經濟運行的目的。由于儀表具有連續檢測、TodayHot越限報警的功能，便于與時處理事故。儀表還是實現計算機控制的前提條件。所以在先進的水處理系統中，自動化儀表具有非常重要的作用。3.1 檢測元件選型1、檢測儀表選配的一般要求：(1)精確度：是指在正常使用條件下，儀表測量結果的準確程度，誤差越小，精確度越高。生產過程物理檢測儀表的精確度為±1%，水質

14、分析儀表的精確度為±2%(測高濁水的濁度儀的精確度為±5%)。(2)響應時間：當對被測量進行測量時，儀表指示值總要經過一段時間才能顯示出來，這段時間即為儀表的響應時間。一只儀表能不能盡快反應出參數變化的情況，是很重要的指標。對水質分析儀表要求的響應時間應不超過3min。水處理系統技術中自動化儀表的應用(3)輸出信號：儀表的模擬輸出應是420mADC信號，負載能力不小于600。(4)儀表的防護等級應滿足所在環境的要求，一般應不低于IP65，用于藥劑投加系統的檢測儀表要求能耐腐蝕。(5)四線制的儀表電源多為220VAC、50Hz，兩線制的儀表電源為24VDC。(6)現場監測儀表

15、宜選用數顯儀。(7)儀表的工作電源應獨立，不應和計算機共用電源，以保證發生故障和檢修時電源互不干擾，使各自都能穩定可靠地運行。(8)為使計算機能檢測到電壓互感器和電流互感器的異常信號并報警，設計選配的電壓與電流變送器的輸入信號應比電流與電壓互感器大，即分別為06A與0120V。應選擇能夠提供可靠服務和有豐富經驗的儀表生產廠商。2、 水位測量選擇液位計時應考慮以下因素：測量對象，如被測介質的物理和化學性質，以與工作壓力和溫度、安裝條件、液位變化的速度等；測量和控制要求，如測量圍、測量(或控制)精確度、顯示方式、現場指示、遠距離指示、與計算機的接口、安全防腐、可靠性與施工方便性。3、 流量測量流量

16、測量分為兩種，一種用于流量檢測，參與過程控制，以達到提高生產自動化水平，改善生產工藝條件，提高產品質量和產量的目的。另一種用于流量的計量，不僅計量產品的產量，還是供水企業主要技術經濟指標計算的依據。在供水企業最主要的8項經濟指標中，有3項指標是以流量計測量的數據為基礎的。流量計的選型應考慮以下因素：(1)任何型號的流量計都必須有國家計量部門檢定的證書方可選用。(2)流量計本身的壓力損失要小。(3)根據行業要求，流量計的準確度應不低于2.5級。(4)安裝現場條件應滿足所選流量計對直管段的要求。(5)所選流量計應能適應安裝現場環境條件如溫度、濕度、電磁干擾等。(6)所選流量計應能適用于待測的液體介

17、質。4、 顯示儀表的選用一般凈水廠工程多選用智能化顯示儀表，其功能齊全，能進行數字信號處理，實現控制功能，而且測量值以液晶顯示，操作方便，可以保存數據，具有自診斷功能。雖然與計算機系統聯網后，它的優勢沒有完全發揮出來，而被計算機系統所取代，但在目前凈水廠的建設中，使用智能化的顯示儀表作為在計算機系統未調試投運階段或發生故障時的輔助儀表，也能滿足現場控制、顯示的要求。在某些情況下，同時需要本地顯示與遠程傳送，此時不宜采取信號串聯方式，而應采用信號分配器，即1路輸入，兩路輸出，一路輸出送顯示儀表，另一路輸出可輸入PLC，如常用的WS15242。3.2執行元件 執行元件在系統中有著不可忽略的作用，在

18、該系統中，流量閥和調節閥發揮著重要作用，兩個閥的設計和計算也成為極其重要的一部分。 1、標準節流裝置設計與計算程序設計 所謂“標準節流裝置”就是他們的結構、尺寸和技術條件都有統一標準，有關計算步驟和方法都經過系統試驗而有統一規定。按統一標準規定進行設計制造的節流裝置，不必經過個別標定就可以使用。在GB/T2624-1993中規定的標準節流裝置有以下幾種：1) 標準孔板：角接取壓；法蘭取壓；徑距取壓（D-D/2）。2) 標準噴嘴：ISA1932噴嘴；長頸噴嘴。3) 文丘里管：文丘里噴嘴；經典文丘里管。標準節流裝置程序框圖如下圖3-1所示：D20,P,qmP,t, ,e, DD=D201+D(t-

19、20)ReD= 令：AZ=ReD設：Xn=Az/(eC) (當n=1,2時)1=X12/(1+ X12)0.25 C用公式18e用公式19 D=Az-XnCXm=Xm+1-e-1Xm+1-Xm-2/m+1-m-2<=5*10-10d=D()d20=圖3-1 標準節流裝置程序框圖標準節流裝置設計計算原始數據如下所示：位號：FI2535工作介質：純水取壓方式：法蘭取壓孔板操作溫度：43 工況密度：926.012Kg/m3工作壓力：0.7MPa 工況粘度：199×10-6 Pa.S管道徑：80mm 最大流量：30000kg/h管道材質：20#鋼節流件材質：1CR18NI9TI（1）

20、輔助計算1 求工況下的管道直徑管道徑管道材料熱膨脹系數被測介質溫度2 計算差壓上限再根據公式計算其中C=0.6,=1,=0.5,d=×，代8.3000Kg/s，全部代入得=58121.29因國產差變的系列值為1.0，1.6，2.5，4.0，6.0×10n ，取=100000.003 求雷諾數最大質量流量µ工作狀態下粘度4 求P=0.1MPa（2）初值計算求設：求求精確度判斷所以 =0.17888（3）進行迭代計算，設定第二個假定值X2X2= =0.2541489676= =0.4963047208=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029 =0.

21、6041854730因此 =-0.0000051122所以 （4）進行迭代計算，設定第三個假定值，利用快速收斂弦截法公式（n=3起用）=0.2541405981 =0.4962970445=1=0.6041852546因此 =0.0000000002所以 由于 =0.0000000005精確度達到要求。2、調節閥的選型與設計（1）調節閥的選型調節閥又稱控制閥，是執行器的主要類型，通過接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。調節閥一般由執行機構和閥門組成。如果按其所配執行機構使用的動力，調節閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動調節閥，以電為動力源的電動調

22、節閥，以液體介質(如油等)壓力為動力的電液動調節閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現場總線型調節閥等。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執行機構匹配，也可以與電動執行機構或其它執行機構匹配。提供調節閥的優選次序如下： 全功能超輕型調節閥蝶閥套筒閥單座閥雙座閥偏心旋轉閥球閥角形閥三通閥隔膜閥。 在這些調節閥中，我們認為應該盡量不選用隔膜閥，其理由是隔膜是一個極不可靠的零件，使其隔膜閥也成為了可靠性差的產品。（2）調節閥的口徑計算調節閥的口徑選擇時由調節閥流量系數C值決定的。流量系數C的定義為:在給定的開度下，當調節閥兩端壓差為0.1MPa，流體密度1g/cm3時，流經調節閥流

23、體的體積流量數即位在該開度下流量系數，其單位為3m/h。同理，在上述條件下，在調節閥最大開度下流經調節閥流體的體積流量數即為最大開度下的流量系數。該流量系數即為該調節閥的額定流量系數。由制造廠作為調節閥的基本參數提供給用戶。調節閥系數C表示調節閥容量的大小，是一個表示調節閥流通能力的參數。因此，調節閥流量系數C又稱為調節閥的流通能力。從調節閥的流量系數C的具體計算到閥的口徑確定，一般需經以下步驟：1) 最大體積流量或質量流量2) 正常體積流量或質量流量3) 正常情況下調節閥上的壓降4) 閥前壓力5) 正常情況下的閥阻比6) 液體密度7) 液體的運動粘度8) 介質臨界壓力9) 閥入口溫度下介質飽

24、和蒸汽壓力10) 閥上游管道直徑和閥下游管道直徑調節閥計算原始數據位號：LIC2307工作介質：軟化水單座閥：操作溫度：140 工況密度：926.012Kg/m3閥前壓力：0.7MPa工況粘度：199×10-6 Pa.S閥后壓力：0.6MPa 最大流量：30000kg/h管道徑：80mm 飽和蒸汽壓力P=0.016MPa 調節閥的流量系數kv，是調節閥的重要參數，它反映調節閥通過流體的能力，也就是調節閥的容量。根據調節閥流量系數kv的計算，就可以確定選擇調節閥的口徑。為了正確選擇調節閥的口徑，必須正確計算出調節閥的額定流量系數kv值。調節閥額定流量系數kv的定義如下，在規定條件下，即

25、閥的兩端壓差為10pa，流體的密度為1g/cm，額定型城市流經調節閥以m/h或t/h的流量數。選定調節閥的類型并以此查表得到壓力恢復系數，根據已知條件可選但做法，壓力恢復系數=0.90：判別式：P（）經此判斷此液體為非阻塞流計算公式：Kv=式中：壓力恢復系數流體臨界壓力比系數，0.960.28=0.68閥入口溫度下，介質的飽和蒸汽壓（絕對壓力），kPa 流體熱力學臨界壓力（絕對壓力），kPa 液體流量液體密度閥前壓力（絕對壓力）kPa 閥后壓力（絕對壓力）kPa計算出Kv后，通過查表就可求出調節閥的口，也可通過： 式中： Q流體體積流量被測介質工況密度閥前壓力閥后壓力根據需要對C值進行雷諾數修

26、正計算調節閥雷諾系數：式中： Q-液體體積流量V-運動粘度由則結論：選定單座閥（JP），取為選定口徑245mm，非阻塞工況，不作噪聲預估,氣開閥。第4章 課程設計心得通過本次課程設計，使我進一步了解了PLC,PLC 作為一種新型的工業控制器,以其通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴展方便、性能價格比高等一系列優點,在工業控制中得到越來越廣泛的應用,在自來水處理中也得到一定程度的推廣，而且在其穩定性、高自動化程度的不斷加強，使得其成為城市自來水處理自動化方面的首選。環境保護問題日益成為影響和制約人類社會發展的因素之一。隨著工業的不斷發展和城市人口的急劇增加，大量工業和生活污水未經處理流入江河湖海，使

27、環境和飲用水被嚴重污染。因此，建立高度自動化的自來水處理廠是解決供水問題的有效途徑。用PLC 設計的自控系統在某自來水處理廠投入使用以來，大大降低了操作人員的勞動強度，并改善了操作人員的工作環境。設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、運行可靠、效率高、故障率低，污水處理效果好的特點，同時由于軟硬件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修，為我們帶來了很好的社會效益和經濟效益。這次課程設計終于順利完成了，這個設計讓我獲益良多，只要用心去學習，不怕困難，團結一心，不管多么艱難，我們都能取得成功，在以后的學習過程中，我會更加注重自己的操作能力和應變能力，多與這個社會進行接觸，讓自己更早適應這個陌生的環境，