專科畢業設計（論文）設計題目：基于PLC污水處理系統設計系部：電氣工程系專業：電氣自動化技術（工企電氣）班級：工企電氣091301姓名：顧秋泳學號：093905130110指導老師：熊淵琳職稱：助教2012年6月南京摘要隨著現代生產工藝的飛速發展，現場對傳動設備的快速性、連續性、系統性的要求越來越高。本系統主要介紹了污水處理工藝流程，PLC在城市污水處理中的詳細應用以及計算機監控系統數據采集的方法。系統運用SIEMENSS7-400PLC作為限制核心，各級監控系統通過工業以太網相互連接，通過此設計提高了污水處理廠的運行管理水平。本系統結合某污水處理廠自動化限制系統的實際運行狀況，設計并改造了污水處理廠的設備組成、自動化限制方式和各工作站的功能、網絡構成等。通過生產實踐證明，該系統不僅具有較強的并行協調處理實力，而且具有高牢靠性、敏捷性和可擴展性，以及高速處理實力等優點。充分證明自動化限制系統對提高生產效率、無人值守或少人值守、提高平安性具有良好效果。關鍵詞污水處理自動化限制系統PLC軟件設計AbstractWiththerapiddevelopmentofmodernproductiontechnology,fieldoftransmissionequipmentoftherapid,continuous,systematicrequestmoreandmorehigh.Thissystemmainlyintroducesthesewagetreatmentprocess,PLCincitysewagetreatmentinspecificapplicationsandcomputermonitoringsystemdatacollectingmethod.SystemusingSIEMENSS7-400PLCasthecontrolcore,variousmonitoringsystemthroughindustrialEthernetconnection,throughthisdesigntoimprovethelevelofoperationandmanagementofwastewatertreatmentplant.Thissystemunifiessomesewagetreatmentplantautomationcontrolsystem'sactualoperation,designandtransformationofthesewagetreatmentplantequipment,automationcontrolandeachworkstationfunction,networkstructure.Throughtheproductionpracticehasprovedthat,thissystemnotonlyhasthestrongparallelprocessingability,andhashighreliability,flexibilityandscalability,andhighspeedprocessingcapability.Thefullproofoftheautomationcontrolsystemtoraisetheproductionefficiency,unattendedorfewerpeopleonduty,improvesafetywithgoodresults.Keywords:SewagetreatmentAutomationcontrolsystemPLCSoftwaredesign目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言 11.1國外污水處理系統的發展狀況 11.2國內污水處理系統的發呈現狀 12污水處理系統分析 22.1污水處理主要內容 22.2污水處理工藝流程 23設計方案的確定 33.1PLC限制系統的設計分析 33.2污水處理PLC限制系統的設計與分析 44PLC的程序設計 64.1PLC的選擇 64.2硬件部分的設計 74.3軟件部分的設計 84.4組態軟件對現場監控的實現 13結論 15致謝 16參考文獻 171引言隨著我國經濟的不斷發展，人們對于生態環境的要求也在日益提高，要求越來越的污水處理達標后排放，目前國內外正在修建及待建的污水廠也日益增多。中國人均水資源占有量少，空間分布不均。隨著中國城市化、工業化的加速，水資源的需求缺口也日益增大，由此背景下，污水處理行業已成為一種新興產業。雖然由于國家和各級政府對環境愛護重視程度不斷提高，中國污水處理行業正在快速增長，污水處理總量逐年增加，城鎮污水處理率不斷提高，但是中國目前的污水處理行業仍處于發展的初級階段。1.1國外污水處理系統的發展狀況國外一些發達國家，隨著經濟的發展，并較早實現工業現代化。這些國家經濟發展較早、較快，環境問題，特殊是水資源污染嚴峻，也較早反映，但也受到各國政府的重視，投入了大量的人力，物力，進行水處理的探討。這些國家在探討新的水處理理論和技術的同時，也留意探討污水處理自動限制系統。他們就投資高效，智能型密集，污水處理設備及自動化限制儀表。一些發達國家經過十年的努力，污水處理率達到80%~90%，勝利地解決了從城市和工業點源污染。作為一個結果，限制技術，網絡通信技術和現場總線技術的飛速發展，污水處理廠很快意識到網絡限制在污水處理廠。同時國外早期監控技術引入給排水工程，取得了良好的經濟效益和社會效益。國外重視水處理系統的發展，形成了一批有智能，穩定，限制單元，如抗體的基因序列，西門子系列，s7schneider多倫多量子系列，同時國外也非常重視在線儀表的開發，電子+H股公司如德國，美國美國州哈希公司開發了溶解氧，化學氧需求分析儀。1.2國內污水處理系統的發呈現狀我國第一座大型污水處理廠，天津市紀莊子污水處理廠于1982年破土動工，1984年4月28日竣工投產運行，處理規模為26萬立方米/天。紀莊子污水處理廠投產運行后多年來達到設計出水水質標準，使黑臭的污水變為清流，它的誕生填補了我國大型污水處理廠建設的空白。在此勝利閱歷的帶動下，北爾、上海、廣東、廣西、陜西、山西、河北、江蘇、浙江、湖北、湖南等省市依據各自的詳細狀況分別建設了不同規模的污水處理廠。與國外發達國家相比，中國的污水處理自動限制起步較晚，七十年頭起先運用熱工儀表，集中檢驗；八十年頭應用分析儀器和DCS系統；到九十年頭，隨著大量運用國際貸款的大型污水處理廠建設和運營污水處理在中國，自動化水平限制系統大大的增加。從國外引進的污水處理廠的自動限制系統已廣泛應用于分布式微機監控系統，采納自動化程度更高的儀器，各種新技術，新設備的大量出現和應用。可以說，中國的污水處理自動化的現狀是：手動和自動皆備，自制和引用并行。2污水處理系統分析2.1污水處理主要內容城市污水、生活污水、生產污水或工業企業局部處理后的生產污水，往往都排入城市排水系統，故把生活污水和生產污水的混合污水叫做城市污水。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質外，還含有細菌、病毒等使人致病的微生物。經處理后的污水，最終流向有三種：排放水體；澆灌田地；重復運用。水處理的目的不外乎三種：1.去除水中影響運用水質的雜質以及污泥的處置，這是最主要的內容。2.為了滿意用水的要求，在水中加入新的成分以變更水的化學性質，如食用水中加氟以防止齲齒病，循環冷卻水中加緩蝕劑以限制腐蝕和結垢等。3.變更水的物理性質的處理。2.2污水處理工藝流程污水處理的總體工藝活性污泥是微生物群體及其吸附的有機和無機化合物的統稱，具有有機質的降解實力，表明生物活性。這種方法的污水處理過程可以分為：格柵治療，水泵揚程，砂處理，沉淀池，曝氣池處理，二次沉淀池處理，漿料制備，自然氣利用。現代污水處理技術，按處理程度劃分，可分為一級，二級和三級。一級處理，主要去除污水中的懸浮固體是一個污染物質的物理治療，大部分可以完成一級處理的要求。二級處理，主要去除膠體和溶解的有機污染物，去除率可達90%以上，使有機污染物達到排放標準。三級處理，進一步處理了難降解有機物，氮磷是會導致水體富養分化的可溶性無機化合物。主要的處理方法：生物脫氮除磷方法，混凝沉淀法，砂率，活性炭吸附，離子交換法二沉池污泥回流部分初級沉淀池或生物處理設備，一部分進入了污泥濃縮池，后進入污泥消化池，經過脫水和烘干設備，污泥是最終被利用的。3設計方案的確定3.1PLC限制系統的設計分析3.1.1PLC的基本結構PLC實質是一種專用于工業限制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。依據結構形式的不同，PLC的基本結構分為整體式和模塊式結構兩類。1.整體式：整體式(又稱箱體式)結構的PLC由中心處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出(I/O)單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在同一機體內。這種結構的特點是結構簡潔、體積小、價格低、輸入/輸出點數固定、實現的功能和限制規模固定，但敏捷性能較低。2.模塊式：是把PLC各基本組成做成獨立模塊。中型、大型PLC采納這種方式，便于修理。這種模式的主要特點是系統構成的敏捷性高。可以構成不同限制規模和功能的PLC，但同時價格也比較高。3.1.2PLC的工作原理PLC采納了“依次掃描，不斷循環”的工作方式。1.每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣，集中對輸出信號進行刷新。2.輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執行階段時，輸入端有新狀態，新狀態不能被讀入，只有程序進行下一次掃描時，新狀態才被讀入。3.一個掃描周期分為輸入采樣、程序執行、輸出刷新。4.元件映象寄存器的內容是隨著程序的執行變更而變更的。5.掃描周期的長短由三條確定。（1）CPU執行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數。6.由于采納集中采樣，集中輸出的方式存在輸入/輸出滯后的現象，即輸入/輸出響應延遲。3.1.3PLC限制系統設計原則和設計步驟1、設計原則PLC限制系統的設計原則主要是為了實現被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。（1）PLC除了最大限度地滿意限制要求外，同時要留意和現場工程管理和技術人員及操作人員緊密協作，共同解決重點問題和疑難問題。（2）保證系統的平安牢靠。（3）力求簡潔、經濟、運用與修理便利。（4）適應發展的須要。2、設計步驟（1）深化了解和分析被控對象的工藝條件和限制要求

這是整個系統設計的基礎，以后的選型、編程、調試都是以此為目標的。

（2）確定I/O設備

依據被控對象的功能要求，確定系統所需的輸入、輸出設備。

（3）選擇合適的PLC類型

依據已確定的用戶I/O設備，統計所需的輸入信號和輸出信號的點數，選擇合適的PLC類型，包括機型的選擇、I/O模塊的選擇、特殊模塊、電源模塊的選擇等。（4）安排I/O點

安排PLC的輸入輸出點，編制出輸入/輸出安排表或者畫出輸入/輸出端子的接線圖。（5）編寫梯形圖程序（6）進行軟件測試（7）應用系統整體調試（8）編制技術文件

系統技術文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、PLC梯形圖等。

3.2污水處理PLC限制系統的設計與分析污水處理的過程本課題講解并描述了SBR污水生物處理工藝，即序批式間歇活性污泥法。這種工藝是按“進水、曝氣、沉淀、排水”步驟周期性進行生化反應。從進水起先到排水結束算作一個周期。工藝流程圖如圖1所示。污水池污水池水泵污水處理后的污水肥料泥池風機SBR池圖1SBR流程圖基本工藝流程如下：1.進水進水閥門打開，污水通過粗格柵，經過水泵，然后細格柵過濾到達SBR池。2.反應反應過程是SBR的主要工藝技術。當水位達到預定的注射量的水，停下來，打開空氣閥。在鼓風機起先的同時，起先曝氣，同時潛水攪拌器和回流污泥泵運行，可以起先反應操作，如驅動生化需氧量，硝化，反硝化和磷的汲取。依據反應須要達到的程度，曝氣混合，并確定了反應時間，假如須要，添加藥劑。在進入沉淀過程，應進行短時間的曝氣，清除污泥上粘附的氣泡或氮，為了確保順當進行排泥。3.沉淀當SBR池停止曝氣以后，空氣閥門關閉，潛水攪拌器和回流污泥泵停止運行，起先重力沉淀和泥水分別。4.排水SBR池水位到達最高水位，并經過沉淀工藝以后，上清夜由潷水器緩慢排出池外。當池水位達到處理周期起先時的最低水位時，停止潷水。剩余污泥泵在潷水器停止運行后起先運行，排泥至儲泥池。5.閑置閑置期的作用是通過攪拌、曝氣或靜置使微生物復原活性，并起到肯定的反硝化作用而進行脫氮，為下一個運行周期創建良好的初始條件。通過閑置期后的活性污泥處于一種養分物的饑餓狀態，單位重量的活性污泥具有很大的吸附表面積，因而一當進入下個運行周期的進水期時，活性污泥便可充分發揮其較強的吸附實力而有效地發揮其初始去除作用。閑置期的設置是保證SBR工藝處理水水質的重要內容，閑置期所需的時間也取決于所處理的污水種類、處理負荷和所要達到的處理效果。設備限制流程第一步：進水+曝氣。1號SBR池起先進水設定時間為早8點，進水2h，通過1號電動蝶閥限制，進水的同時1號風機起先曝氣，污泥回流到泵1號開啟，起先回流。其次步：2h后，1號電動蝶閥停止進水，1號回流泵停止回流；1號風機接著曝氣。第三步：持續曝氣6h后，1號風機停止曝氣。第四步：靜置期1h。1號SBR池靜置1h后，此時，水面分層，污泥沉降置底，上清液用潷水器排出。第五步：排水1h。靜置1h后，起先排水，1號池內1號潷水器啟動，由上頂點緩慢向下移動；潷水器潛至下頂點潷水結束后，快速自動升回至上頂點停住。至此，潷水1h結束。第六步：潷水1h結束后，第一周期結束，起先下一循環周期進水，曝氣，回流。以后各周期如上所述。2號SBR池與1號SBR池間隔2個小時，起先進水，各步驟與1號SBR池相同，只是在時間上相互順延。3號SBR池與2號SBR池相間隔2個小時，4號與3號SBR池相間隔2個小時，后續程序同1號設定。上位監控管理機PLC通過通信電纜將采集參數傳送給上位監控管理機，通過上位監控管理機可實時監測有關參數變更，并保留一段時間的數據，形成變更曲線。同時可以實時監測所控設備工作狀態，具有設備故障報警、參數打印等功能。4PLC的程序設計4.1PLC的選擇污水處理自動限制系統中對PLC的性能提出了更高的要求，作為污水處理自動限制系統的核心限制器，它必需有以下特點：第一，必需是穩定牢靠的，并有一個預定的數據處理和濃度的數據傳輸實力，具有較高的故障愛護實力；其次，局部限制限制器可以獨立擔當限制分區基本限制的任務，即使監測站和監控中心因故障停止運行，相鄰的限制器可以交換數據信息；然后，當一個限制站的限制量發生變更，能依據預定的安排和程序實行相應的算法，對于區域限制對象如泵和加藥系統做出相應的調整。因此，它必需至少有一下幾個功能模塊，數據采集功能、存儲處理功能、通信功能、自動診斷功能和本地操作功能。必需綜合考慮整個監控系統的性能要求和自然條件以及運營周期對設備的要求進行選擇，尤其在極端氣候和惡劣環境狀況條件下或較大規模的污水處理廠，須要選擇性能更好的雙機熱備冗余的PLC。PLC是可編程限制器的簡稱，在本系統中PLC代替了原先的硬接線的限制邏輯電路，實現了生產的自動化限制。PLC較原先的繼電器限制有下列優點: 1.限制程序可變更在污水廠生產工藝或流程變更的狀況下，不必變更PLC的硬件設備，只要變更相應的程序就可滿意用戶的要求。2.適用于工業環境，具有高牢靠性PLC產品的平均無故障時間達5年以上，因而它是一種高牢靠的產品，大大地提高了生產設備的工作效率，降低了生產的成本。3.PLC功能齊全一般PLC具有開關量及模擬量輸人/輸出、定時、計數、邏輯和算術運算，依次限制，PID調整，通信等功能。除了應用于開關量限制系統外，也可用于連續的流程限制系統，從而使污水處理設備的限制水平大大提高。4.易駕馭，便于維護運用人員只需駕馭工程上通用的梯形圖語言就可進行用戶程序的編程和調試。因此，即使不懂計算機的人，也能駕馭PLC。又由于PLC具有自診斷功能，因而較簡潔進行維護，查找出故障緣由。由于PLC自身的高牢靠性，也使其故障率幾乎降至于零。正是PLC具有這么多的優點，才使越來越多的PLC應用到污水處理廠中。由于設計的污水處理限制系統是應用在小型規模的污水處理廠，本系統選用西門子小型PLCS7-200系列，主機型號為CPU224XP，具有14個數字輸入點和10個數字輸出點，2個模擬輸入點和1個模擬輸出點。可以用于代替繼電器的簡潔限制場合，也可以用于困難的自動化限制系統。4.2硬件部分的設計I/O安排表依據限制要求與設計方案，列出I/O安排表，如表1所示。表1I/O安排表輸入信號I0.0復位I0.1自動狀態I0.2潷水器下潛限位I0.3潷水器上升限位I0.4風機故障I0.5進水泵故障I0.6潷水器故障I0.7回流泵故障I1.0手動自動切換I1.1下潛潷水器手動I1.2上升潷水器手動I1.3回流泵手動I1.4風機手動I1.5進水泵手動輸出信號Q0.0下潛潷水器Q0.1上升潷水器Q0.2起停回流泵Q0.3起停風機Q0.4起停進水泵硬件電路接線圖依據實際PLC模塊，I/O安排表和I/O接線圖，連接PLC各模塊，并通過PC機聯機，實現程序限制要求。4.3軟件部分的設計程序的流程圖程序主要依據SBR法污水處理工藝詳細一個SBR池，一個周期的流程圖如圖2所示圖2一個SBR池一個周期的流程圖梯形圖程序依據限制要求、I/O安排表，設計PLC梯形圖，如圖3所示圖3梯形圖程序4.4組態軟件對現場監控的實現組態王6.53的特點組態王6.53是運行在Windows98/NT/2000上的一種組態軟件，主要用來接受來自PLC的數據，運用組態王，用戶可以便利地構造適應自己須要的“監控與數據采集系統”，并可以實現：1.運用清楚精確的畫面描述工業限制現場。2.運用圖形化的限制按鈕實現單任務和多任務。3.設計困難的動畫顯示現場的操作狀態和數據。4.顯示生產過程的文字信息和圖形信息。5.為任何現場畫面指定鍵盤吩咐。6.監控和記錄全部報警信息。7.顯示實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。8.運用多樣而敏捷的方式查詢歷史數據。9.時間驅動和事務驅動的報表的打印。10.設計多級平安限制和訪問權限。組態王6.53全面支持了OPC標準，支持網絡結構、分布式歷史數據庫和分布式報警系統，還供應了完整的平安系統和冗余系統，使系統運行時變得更加平安、牢靠、穩定。S7-200系列PLC的網絡通信協議S7-200系列PLC支持多種通信協議，如點對點接口(PPI)、多點接口(MPI)和PROFIBUS。在污水處理限制系統中，限制器將利用點對點PPI(Point-to-Point)協議與安裝在上位計算機中的工業限制組態軟件進行通信。網絡上的S7-200CPU224PLC作為從站，組態軟件組態王6.53作為主站。在PLC限制程序中，將污水處理限制系統運行現場的各項參數放入用戶數據存儲區的指定區域中，通過組態王6.53中的I/O變量采集或刷新這些存放在PLC用戶數據存儲區中的數據。這樣，PLC就