基于PLC的自来水厂净水处理控制系统设计Word格式文档下载.doc

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物理与机电工程学院专业:

机械设计制造及其自动化

学号

2010105602

姓名

陈政

论文（设计）题目

命题来源

þ

教师命题□学生自主命题□教师课题

选题意义（不少于300字）:

中国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／5，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。

我国水资源短缺、水污染严重、水土流失严重、水价严重偏低、水资源浪费严重。

而且南方水多，北方水少。

西部水少，沿海水多。

据统计，我国目前缺水总量估计为400亿立方米，每年受旱面积200万~260万平方千米，影响粮食产量150亿~200亿千克，影响工业产值2000多亿元，全国还有7000万人饮水困难。

缺水对环境和人的身心健康都有着严重的影响。

随着社会经济的发展，水对人民的生活与生产的影响越来越重要，人们对供水的质量与安全保障的要求不断提高。

加强供水系统的监控是一项重要而有效的节水降耗措施，同时又能降低供水系统的能耗。

因此加强水处理厂的各个工艺环节的自动监测与控制具有重要意义。

由于历史现实的原因，我国水厂自动化的总体发展水平还不高，发展也不平衡。

大中城市的水厂特别是发达地区的大型水厂，自动化程度较高，而小城市和城镇的水厂特别是落后地区的小型水厂，自动化程度较低，有些甚至还是空白。

并且，在一些已实现自动化的水厂中，虽然其自动化系统和设备与其它行业如化工、电力等相比不差甚至更先进，但是，其功能并未充分发挥出来。

有的自控系统从未运行过，一直处于闲置状态；

有的运行一段时间后变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了自动化系统和设备的极大浪费。

因此,对水净化处理控制技术的研究具有极其重要的现实意义。

PLC作为一种新型的工业控制器,以其通用性好、安装灵活、扩展方便、可靠性高、性能价格比高等一系列优点,在工业控制中得到越来越广泛的应用,在自来水处理中也得到广泛的推广，近年来随着科技的发展，工业控制的稳定性、自动化程度不断提高，使得其成为城市自来水处理自动化方面的首选。

研究的目标和主要内容（不少于400字）

（1）查阅各种资料，了解水厂净水处理的基本工作原理；

（2）研究基于PLC控制的自动系统设计

（3）研究该系统的实用性及经济作用

深入了解和分析被空控对象的工艺条件和控制要求。

系统完成的动作，自动工作循环的组成，必要的保护和联锁等。

拟采用的研究方法

1、PLC的选型。

通过操作，设计一个PLC水净化处理控制系统装置。

按控制要求选择外部设备，确定系统所需的用户输入，输出设备（常用的输入设备有按纽、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等等），设计PLC外部电路的接线图。

根据已确定的拥护I/O设备,统计所需的输入信号和输出信号的点数,选择合适的PLC类型。

2、熟悉PLC主机的结构，熟悉编程器的功能和编程语言。

进一步熟悉编程器，掌握输入\输出、定时器\计数器、微分、保持继电器等常用指令的功能和编程方法。

设计应用系统梯形图程序，编写控制程序。

将程序输入PLC，进行软件测试。

3、本次毕业设计的研究内容主要是通过网络、图书馆查阅各种相关资料。

研究工作的进度安排

2014.2.20-3.10收集相关资料，与指导老师取得联系，确定毕业设计题目，上交开题报告

2014.3.12-3.20查询课题资料，编写控制程序并设计流程图

2014.3.21-3.30开始毕业设计作品制作

2014.4.1-4.30毕业设计的撰写

2014.2-4月根据导师意见，进一步修改论文

2014.5月答辩。

参考文献目录（作者、书名或论文题目、出版社或刊号、出版年月日或出版期号）

[1]刘灿生.自动化是我国水厂的发展方向[J].给水排水1998，24（12）：

1．

[2]丁亚兰.国内外给水工程设计实例[M].北京：

化学工业出版社.2000：

61～65．

[3]丁桓如.工业用水处理工程[M].北京：

清华大学出版社，2005：

188-245

[4]郭凤文．水工业自动化控制技术的发展趋势[J]．中国给水排水，2001，17（3）：

32～35．

[5]胡晓春.水厂自动化及设计[J]．给水排水．2000．

[6]宋保民，张泾周.上位机与PLC组建分布式控制系统时串口通信的实现[J]．机械与电子，2005，

（1）：

31～33．

[7]常斗南．可编程序控制器原理、应用及通信[M]．北京：

机械工业出版社，1997：

68～96．

[8]周万珍，高鸿斌．PLC分析与设计应用[M]．电子工业出版社．2004,5：

108～132.

[9]袁任光．可编程序控制器选用手册[M]．北京：

机械业出版社，2002，381～402．

[10]廖常初．PLC梯形图程序的设计方法与技巧[M]．电工技术．1998，10：

59～65.

指导教师意见

该同学毕设选题“基于PLC的自来水厂净水处理控制系统设计”在生活用水净化领域中被广泛应用。

前景广阔，选题具有一定的实用价值。

选题研究目标明确，内容定位准确。

前期准备充分，研究进度计划合理，具有可行性。

同意开题。

签名：

年月日

教研室主任意见

目录

摘要 1

关键词 1

引言 1

1净水处理的总体介绍 2

2各控制环节的具体操作 3

2.1取水泵的选择和控制 3

2.2絮凝剂的投放控制 3

2.3沉淀过滤淤泥的清理控制 4

2.4活性炭的定时更换 4

2.5加氯消毒控制 5

2.5.1系统结构 5

2.5.2控制特点 5

3系统硬件设计 7

3.1系统所需仪器设备 7

3.2电气控制系统 7

3.3净水处理系统的工作原理 7

3.3.1控制系统总体框图 7

3.3.2工作过程 8

3.3.3净水处理系统主电路设计 8

3.4PLC选型 9

3.5PLC的I/O分配 10

4软件系统设计 12

4.1总体流程设计 12

4.2手动模式 12

4.3自动模式 13

4.6PID控制 16

5调试和运行结果 17

5.1硬件系统的调试 17

5.2软件系统的调试 18

5.3运行结果 18

6总结与展望 19

参考文献 20

Abstract 21

Keywords 21

附录 22

致谢 24

河池学院2014届毕业论文（设计）

机械设计制造及其自动化专业陈政指导教师：

陆正杰

[摘要]水是关系到国民生计的一项重要资源，随着人们生活水平的提高，人们对水的质量要求也越来越高，因此水厂的水净化处理方法就显得尤为重要。

本课题通过了解对比国内外已建水厂自动化控制系统的现状，器具设备越来越智能化的发展趋势，以及现今我国欠发达城市水厂现状，设计了一套以PLCFX2N作为主控制器的自来水自动控制系统，该系统能实时监控水处理的每一个环节，包括自动投明矾、加氯，检测水的PH值，水的流速大小和水的浑浊度投放药量等，并自动储存数据。

该系不仅统降低了能耗，提高了管理水平，而且和人力手动投放药相比，其精确度更准，大大提高了供水质量和节约了人力成本。

对推进我国中心型水厂给水工艺的发展和减小与先进水平的差距都具有重要现实意义。

通过运行的情况表明，该系统经济实用，功能齐全，性能稳定可靠，值得推广。

[关键词]中小型PLC；

自动控制系统；

上位机监控系统；

自来水净化；

引言

随着社会经济的发展，水对人民的生活与生产的重要性日益突出，人们对供水的质量与安全性的要求也越来越高。

加强供水系统工作的监测是一项重要而有效的节水降耗措施，因此加强水处理厂的各个工艺环节的自动监测与控制具有重要意义。

水厂自动化的主要目的不仅是节省劳动力，降低成本，减少维修危险性，更主要的是实现优质、可靠、高效的供水保证。

过程生产的自动检测、调整、控制和事故报警可确保设备在设定状态下运行，实现不间断的可靠供水。

过滤、投药、消毒等过程实施闭环控制，实现随着水的流量、水的浑浊度变化及时调节工艺参数，确保出水水质的达标。

凭着现代化技术手段对生产过程进行管理和控制，提高设备的可靠性和运行效率，是技术发展的必然趋势。

[1]

现代水处理厂采用计算机控制技术已经非常普遍。

欧美大部分国家净水处理厂早就完全用计算机进行数据记录和运行过程控制，像美国、英国、法国这些国家大部分已经实现全自动化无人值守控制模式。

在厂区内设有相关数量的现场计算机，对整个水处理过程实现多环路控制，其中包括沉淀、过滤和反冲洗、化学药剂投放等。

设在中心控制室内的计算机主机从各个现场计算机中搜集数据，并入提供图表显示、曲线、各个设备动作记录。

[2]

由于中国的实际国情，我国水厂自动化发展的总体水平相对落后，发展也不平衡。

大城市的供水厂特别是发达地区的大型水厂，自动化程度早较高，而小城市和县级的水厂，自动化程度就低了很多，甚至有些还是空白。

并且，在一些已经实现自动化的水厂中，虽然其设备和自动化控制系统与其它行业如电力、化工等相比不差甚至更先进，但是，其功能并未充分发挥出来。

有的自控系统为了应付上级检查只是安装在那里，一直处于闲置状态；

有的运行一段时间后，又变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了资源的极大浪费。

因此设计一套以PLC为主的控制系统来控制净水的各个主要环节，不仅降低运行成本，提高了效率，且用科学的方法保证了水的质量，具有很高的研究价值。

[4]

1净水处理的总体介绍

图中主要分为以下几个工艺过程：

（1）取水：

用多台抽水泵将河流、水库、地表等处的水抽入净水厂储水池。

图1净水系统流程图

（2）加絮凝剂：

刚取的水有很多杂志，漂浮物等，这时就需要加絮凝剂混合后进行反应，并清理反应后沉淀的污泥。

（3）平流池沉淀：

和混凝剂反应后的水从栅格低速流过平流沉淀池，让悬浮颗粒等杂质沉淀，并排出沉淀的污泥。

（4）过滤沉淀：

平流池的沉淀后水还有颗粒杂质在里面，这时就要通过颗粒介质（活性炭）来去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时更换活性炭。

（5）药剂的投加：

经过活性炭吸附后，按工艺要求投入氯气，达到消毒的目的。

（6）送水：

多台水泵将自来水以一定的流量和压力送入供水管网。

过去的自来水厂净水过程简单且操作麻烦，精度又不是很高，不能很好地确保水的质量。

为此，我根据上述的净水流程图，在相关环节设置了一套以PLC为主的自动控制系统。

[3]

2各控制环节的具体操作

2.1取水泵的选择和控制

水泵是给水系统中的主要