修改过的污水净化PLC.docx
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修改过的污水净化PLC
污水净化处理系统的PLC控制
目录
1引言.........................................................................................2
1.1课题背景...………………………………………………………….2
1.2污水净化处理的原理........................................................................2
2PLC的特点.............................................................................6
3控制方案的选择.....................................................................7
3.1系统组成.............................................................................................7
3.2系统的设计要求.................................................................................7
3.3工艺流程.............................................................................................8
4系统I/O分配表......................................................................9
5PLC硬件接线图....................................................................10
5.1可编程控制器概述...........................................................................10
5.2外部接线.............................................10
6系统控制流程图.....................................................................12
7编程..........................................................................................13
8调试..........................................................................................14
9结束语......................................................................................16
10参考文献..................................................................................17
11附录..........................................................................................18
附录1：
系统主程序....................................................................................18
附录2：
故障诊断子程序............................................................................25
1引言
1.1课题背景
企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使用污水处理系统是一个重要且不可缺的环节。
有如此大量的污水排放，直接严重的影响着人类正常生活和健康，是阻碍经济可持续发展的因素。
在冶金企业中，有大量的工业用水用于冷却，为此每天消耗大量的水资源，由于用过的冷却水含有氧化铁杂质，不宜多次循环使用。
为保护环境、节约用水，需要对含有氧化铁杂质的污水进行净化处理。
本文将以污水净化处理系统的PLC控制的设计为例，介绍系统的设计方案。
1.2污水净化处理的原理
1.2.1物理法
物理法的去除对象是水中不溶性的悬浮物质。
使用的处理设备和方法主要有格栅、筛网、沉淀（沉砂）、过滤、微滤、气浮、离心（旋流）分离等。
（1）格栅（筛网）
它是由一组平行排列的金属栅条制成的框架，斜置成60°~70°于废水流经的渠道内，当废水流过时，呈块状的污染物质即被栅条截留而从废水中去除，它是一种对后续处理构筑物或废水提升泵站有保护作用的设备，筛网截留亦属于这一性质的设备。
（2）沉淀（沉砂）
借助废水悬浮固体本身的重力作用使其与废水相分离的方法。
这种工艺分离效里好、简单易行、应用广泛，往往在处理废水过程中多次使用，是一种十分重要的处理构筑物。
沉淀池主要用于去除废水中大量的呈颗粒状的悬浮固体，沉砂池则主要去除废水密度较大的固体颗粒。
（3）气浮
气浮是设法在废水澡通入大量密集的微细气泡，使其与细的悬浮物相互粘附，形成整体密度小于水的浮体，从而依靠浮力上升至水面，以完成固、液分离的处理方法。
气浮按气泡的来源可分为压力溶气气浮、电解凝聚气浮、微孔布气气浮三大类。
（4）过滤
过滤是使废水通过具有孔隙的粒状滤层，从而截留废水的悬浮物，使废水得到澄清的处理工艺。
（5）离心（旋流）分离
使含有悬浮固体或浮化油的废水在设备中高速旋转，由于悬浮固体和废水的质量不同，受到的离心力也不同，质量大原悬浮固体被抛到废水外侧，这样就可使悬浮固体和废水分别通过各自出口排出设备之外，从而使废水得以净化。
1.2.2化学法
化学法的去除对象是废水中的胶体物质和溶解性物质。
（1）中和处理
用化学方法消除废水中过量的酸或碱,使其pH值达到中性左右的过程称为中和。
处理含酸废水以无机碱为中和剂,处理碱性废水以无机酸作中和剂。
中和处理应考虑以“以废治废”原则，亦可采用药剂中和处理。
中和处理可以连续进行,也可以间歇进行。
（2）混凝处理法
混凝法是向废水中投加一定量的药剂,经过脱稳、架桥等反应过程,使废水呈胶体状态的污染物质形成絮凝体,再经过沉淀或气浮,使法染物从废水中分离出来。
通过混凝能够降低废水的浊度、色度，去除高分子物质、呈胶体的机污染物、某些重金属毒物（汞、镉）和放射性物质等，也可去除磷等可溶性有机物，应用十分广泛。
它可以作为独立处理法，也可以和其他处理法配合，作为预处理、中间处理、甚至可以作为深度处理工艺。
（3）化学沉淀法
向废水中投加某种化学物质，使它和废水中的某些溶解物质产生反应，生成难溶物沉淀下来。
它一般用以处理含重金属离子的工业废水。
根据所投加的沉淀剂，化学沉淀法又可分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法等。
（4）氧化还原法
利用溶解于废水中的有毒、有害物质在氧化还原反应中能被氧化或还原的性质，把它转化为无毒无害的新物质或转化成气体或固体化而从废水中分离出来。
在废水处理中使用的氧化剂有空气中的氧、纯氧、臭氧、氯气、次氯酸钠、三氯化铁等，使用的还原剂有铁、锌、锡、锰、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸盐等。
（5）吸附法
用多孔性固体吸附剂处理废水，使其中的污染物质被吸着于固体表面而分离的方法。
吸附可分为物理吸附、化学吸附和生物吸附等。
物理吸附剂和吸附质之间在分子间力作用下产生的，不产生化学变化。
而化学吸附则是吸附剂和吸附质之间发生化学反应，生成化学键引起的吸附，因此化学吸附选择性较强。
另外，在生物作用下也可以产生物吸附。
在废水处理中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、沸石、硅藻土、焦炭、木屑等。
（6）离子交换法
离子交换法在废水处理口中应用较广，主要用于去除废水中的金属离子，其它质是不是溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与废水中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程。
使用的离子交换剂可分为无机离子交换剂（天然沸石和合成沸石）、有机离子交换树脂（强酸阳离子树脂、弱酸阳离子树脂、强碱阴离子树脂、螯合树脂等）。
采用离子交换法处理废水时，必须考虑树脂的选择性，树脂对各种离子的交换能力是不同的，这主要取决于各种离子该种树脂亲合力的大小，又称选择性的大小，另外还要考虑到树脂的再生方法等。
（7）膜分离法
渗析、电渗析、超滤、反渗透等技术都是通过一种特殊的半渗透膜来分离废水中离子和分子的技术，统称为膜分离法。
电渗析法、反渗透法主要用于废水的脱盐、回收某些金属离子等，反渗透与超滤均属于膜分离法，但其本质又有所不同，反渗透作用主要是膜表面化学本性所起的作用，它分离的物质粒径小，除盐率高，所需工作压力大，超滤所用材质和反渗透可以相同，但超滤是筛滤作用，分离物质粒径大，透水率高，除盐率低，工作压力小。
（8）萃取法
利用废水澡的污染物在水呼萃取剂中溶解度的不同来分离污染物理学方法称为萃取法。
萃取法一般有三步：
一是把萃取剂加入废水澡，使废水中的污染物转移到萃取剂中，二是把萃取剂和废水分开，使废水得到净化，三是把污染物与萃取剂分开，使萃取剂循环回用。
1.2.3生物法
在自然界，存活着巨额数量的以有机物为营养物质的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的楞功能。
废水的生物处理法就是采取一定的人工措施，创造有利于微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高微生物氧化、分解有机物能力有一种技术。
生物处理法主要用于去除废水中呈溶解状态度和胶体状态的有机污染物。
根据作用微生物的类型，生物处理法可分为好氧处理法厌氧处理法两大类。
前者处理效率高，使用广泛，是生物处理法的主要方法。
另外也可根据微生物在废水中是处于悬浮状态还是附着在某种填料上来分，可分为活性污染泥法和生物膜法。
（1）活性污泥法
活性污泥是一种由无数细菌和其他微生物组成的絮凝体，其表面有一多糖类粘质层。
活性污泥法就是利用这种活性污泥的吸附、氧化作用，去除废水澡的有机污染物。
（2）生物膜法
废水连续流经固体填料（碎石、塑料填料等），在填料上就会生成污泥状的生物膜，生物膜中繁殖着大量的微生物，起到与活性污泥同样的净化废水的作用。
生物膜法有多种处理构筑物,如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化床和生物流化床等。
（3）自然生物处理法
利用在自然条件下生长、繁殖的微生物（不加以人工强化或略加强化）处理废水的技术。
其主要特征是工艺简单，建设与运行费用都较低，但受自然条件的制约。
主要的处理技术是稳定塘和土地处理法。
稳定塘是利用塘水中自然繁育的微生物（好氧、兼氧及厌氧），在其自身的代谢作用下氧化分解废水中的有机物，稳定塘中的氧由塘中生长的藻类光合作用和塘面与大气相接触的复氧作用提供，在稳定塘内废水停留时间长，它对废水的净化过程和自然水体净化过程相近.稳定可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘和曝气塘等。
包括废水灌溉在内的土地处理也是一种生物处理法。
废水向农作物提供水分和肥分，废水中非溶解性杂质为表层土壤过滤截留，并逐渐为微生物分解利用。
近十几年来在利用土地处理废水方面有了较大的发展。
（4）氧生物处理法
厌氧生物处理是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物的处理技术。
有机污泥、某些高浓度有机污染物理的工业废水，如屠宰场、酒精厂废水等适宜于用厌氧生物处理法处理。
用于厌氧处理的构筑物最普通的是消化池，最近一、二十年来这个领域有很大发展，开创了一系列新型、高效的厌氧处理构筑物，如厌氧滤池、上流式厌氧污泥床、厌氧转盘、挡板式厌氧反应器以及复合厌氧反应器等。
2PLC的特点
（1）高可靠性硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并对采用的器件进行严格的筛选等，具有很强的振动冲击性能等。
软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环，等。
（2）应用灵活、使用方便用户可以根据自己控制系统的大小来选择。
用户可以根据自己控制系统的工艺流程来选择。
用户可以根据自己控制系统的控制要求来选择。
当用户控制系统要求改变时，不改动PLC外部接线，只须修改程序。
（3）面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。
（4）易于安装、调试、维修在安装时，由于PLC的输入/输出接口做的很好，因此可以直接和外部设备相连，而且不须专业的接口电路。
调试可以先在试验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试。
从而缩短周期。
在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，通过模块上的显示或编程器等很容易地找出故障的模块。
（5）网络功能强大PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专业上网、无线上网等功能。
从而提高经济效应。
（6）体积小、重量轻
3控制方案的选择
3.1系统组成
为简单起见，本系统由两台磁滤器、10只电磁阀和连接管道组成的两台机组组成。
系统组成示意图如图1所示。
图1污水净化处理系统组成示意图
3.2系统的设计要求
（1）两台机组的滤水工序，可单独进行，也可以同时进行。
而反洗工序只允许单台机组进行工作，一台机组反洗是，另一台必须等待。
两台机组同时要求反洗时，1号机组优先。
（2）为保证滤水工序的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只出表现了“管压差高”信号，则应立即停止滤水工序，自动进入反洗工序。
（3）为增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到PLC的输入端，一旦某一输出信号不正常，要立即停止系统工作，这样可避免发生事故。
（4）执行器输出故障检测及报警。
3.3工艺流程
（1）污水净化处理可分为两道工序，以1号机组为例，其工艺流程图如图2所示。
滤水工艺——打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如
图2污水净化处理工艺流程图
果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会附着在磁滤器的磁上，使水箱中流出的是净化水。
（2）反洗工艺——滤水一段时间后，必须清洗附着在磁铁上的氧化铁杂质。
这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀和空气压缩阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质，使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。
4系统I/O分配表
下表为磁滤器1号机组的工作输入输出地址分配表。
1号机组的I/O地址分配表
编程元件
I/O端子
作用
输
入
继
电
器
I0.0
1号净水器的启动按钮
I0.1
1号净水器的停止按钮
I0.2
1号净水器差压检测仪，压差过高开关信号
I0.3
系统稳定按钮
I0.4
1号磁滤器辅助触点，用于YA1故障诊断
I0.5
1号出水阀辅助触点，用于YA2故障诊断
I0.6
1号进水阀辅助触点，用于YA3故障诊断
I0.7
1号排污阀辅助触点，用于YA4故障诊断
I1.0
1号压缩空气阀的辅助触点，用于YA5故障诊断
输
出
继
电
器
Q0.0
1号磁滤器的线圈
Q0.1
1号出水阀线圈
Q0.2
1号进水阀线圈
Q0.3
1号排污阀线圈
Q0.4
1号压缩空气阀线圈
Q0.5
反洗铃
Q0.6
故障指示灯
Q0.7
故障报警器
5PLC硬件接线图
5.1可编程控制器概述
可编程控制器是是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境下应用而设计。
它利用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，来控制各类型的机械或生产的过程。
（1）PLC的基本结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成如图3所示。
PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。
图3PLC控制系统示意图
（2）PLC特点
可编程控制器编程方法简单易学，功能强，性能价格比高，硬件配齐全，用户使用方便，使用性强，可靠性高，抗干扰能力强。
系统的设计、安装、调试工作量少，维护工作量少，维护方便，体积小，能耗低。
（3）PLC应用领域
在发达的工业国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门，随着其性能的提高，应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：
数字逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网几方面。
（4）PLC工作过程
PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化的工作。
为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停的分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。
5.2外部接线
由于1号机组和2号机组工作状态是一样的，所以只做的1号机组的PLC外部接线图。
接线图原理是打开启动按钮1号机组开始工作，1号进水阀打开，污水进入1号磁滤器开始过滤。
出1号水阀打开，40分钟后滤水结束关闭1号进水阀，1秒后关闭1号出水阀，5秒后关闭1号磁滤器，2秒后进入反洗工序，接通1号排污阀，1秒后接通1号压缩空气阀。
接通1号反洗铃，1分钟反洗时间。
反洗结束关闭1号压缩空气阀1秒后关闭1号排污阀，再延时5秒后，又进行滤水工序如图4所示。
图4PLC的外部接线图
6系统控制流程图
图5污水净化处理工艺流程图
7编程
（1）此程序是自动程序，只需要按下启动按钮，程序就往下执行，直至按下停止按钮，故程序要自动的顺序执行，先不考虑其他的，按照流程图，一步一步的写程序，写完后再检查程序；因为程序要循环，于是每一步程序不仅要实现此程序的功能，还要触发下一步程序；该程序是循环程序，程序执行一遍就要初始化，因此，在后边的程序要对前边的程序实时的清零。
（2）由于时间继电器不易实现自锁，因此，遇到自锁的情况，要用到很多的中间继电器，对前边的程序清零，只需要将后边适当的时间继电器常闭开关串联在相应的中间继电器上。
（3）程序基本上写完，再考虑停止按钮，外界的报警之类的即可。
（4）程序编写一个很棘手的问题就是高压管差信号的处理问题，不仅要求当两者同时发信号的时候不能同时进行，还要求当两者同时来信号时，一号机组优先清洗，刚开始的时候没有一点思路，最初想到的是：
是否要加一个条件语句，但是，想过之后，感觉这样太复杂，经过我们讨论之后，终于解决，用到许多的按妞，程序很多，于是就想进一步的思考，受以前编写其他程序的启发，最后想起用到延时程序，其次两者要求自锁。
8调试
在调试终于到的问题主要有下面的几个：
（1）程序不能往下执行，经检查，时间继电器没有自锁，加了中间继电器，程序正常运行。
（2）第一遍程序能正常运行，但是循环第二遍地时候，程序运行不正常，遇到此问题，首先是要考虑程序没有及时的清零所致，经检查找到了问题所在。
（3）加上“管压差高”信号后，程序不能正常运行，检查后发现起到循环作用的时间继电器没有清零所致。
（4）程序正常运行后，就要检查运行的结果是否正确，经检查后，运行正确，但是发现程序运行时没有没有指示灯，工作人员无法判断设备是否在运行，于是二个机组各加了一个工作指示灯。
（5）在程序的调试过程中，最棘手的问题就是如何调试高压管差的程序段，尤其是当两个高压管差同时发出信号的时候，要求机组1优先清洗，在编程的时候，就很是烦恼，最后终于找到了突破口，首先两个机组不能同时清洗，这就要求两者要互锁，然后，当二号机组的高压管差信号来的时候，让系统延时几时毫秒在清洗，这样就解决了两个高压管差同时发出信号的时候，机组1优先清洗，但是，怎样才能同时触发两个高压管差信号，经过思考，先把两者用一个开关，待调试结束时再将其该会原来的。
（6）程序调试一个很重要的思路就是把时间继电器的数值改的尽量的小一些，否则，程序运行一遍，需要很长的时间，这样，程序的调试的周期就很长，把时间几点起的时间改短，调试结束后，再将其时间改回到原来的值。
（7）滤水工序1号机组开始工作
系统启动按钮I0.0进入滤水工序，接通1号磁滤器Q0.0，再接通出水阀Q0.1,后接通进水阀Q0.3开始滤水40分钟如图6所示。
图6滤水调试
（8）反洗工序1号机组进入反洗
40分钟后磁滤器进入反洗工序，接通排污阀Q0.3,再2接通空气压缩阀Q0.4，后接通反洗铃Q0.5。
反洗1分钟，1分钟后再进入滤水工序如图7所示。
图7反洗调试
注释：
系统程序1号机组和2号机组工作状态是一样，所以以上的调试图只是1号机组的调试图。
9结束语
利用PLC实现了污水净化处理系统的自动化控制，详细介绍了污水净化处理系统的软件和硬件的设计方案，软件设计给出了控制系统的梯形图，并采用了结构法程序设计方案。
硬件采用差压仪表，保证滤水工序的性能指标并有防止滤水器堵塞的功能，采用PLC控制，系统结构比传统系统结构简单、可靠，系统很少出现故障；由于控制系统是由控制系统软件来实现。
软件解决了1号机组和2号机组的反洗竞争问题，采用了延时和互锁的方法，为了保证了系统的可靠性工作，设计了输出诊断程序，能判断执行器是否正常工作。
保证了系统的稳定和可靠性。
在此，我要特别感谢我的指导老师靳继勇老师的热情关怀和悉心指导。
在我做设计的过程中，与同学一块商量使我懂得了很多有关PLC的专业知识，扩大了我的知识面，并使得我的设计逻辑思维更清楚。
在此表示真诚地表达我深深的谢意。
预祝靳老师新年快乐！
万事如意！
10参考文献
[1]邓星钟，等。
机电传动控制.第4版.武汉：
华中科技大学出版社
[2]江秀汉等编.可编程控制器原理及应用.西安：
西安电子科技大学出版社
[3]聂梅生.废水处理及再利用.北京：
中国建筑工业出版社.许泽美,唐建国,周丹等主编.2002年第一版.
[4]中国工控网..
[5]废水处理方法与原理简介—XX文库.
11附录
附录1：
系统主程序
SM0.1系统急停按钮，M0.0总停止状态，M0.0置位，其余的相关编程元件全部复位。
M0.11号机组初始状态，M0.1置位，1号机组相关元件的编程元件全部复位。
I0.01号机组启动，M1.1进行滤水工序，接通1号机组磁滤器（Q0.0），2秒后接通出水阀（I0.4）,进水阀滤水40分钟（C0），后在进行故障诊断。
M1.2滤水工序结束，关闭进水阀（Q0.2）1秒后关闭出水阀（Q0.1）5秒后关闭磁滤器（Q0.0）再定时2秒（T38）。
M0.3进入反洗工序，接通排污阀（Q0.3）1秒后接通压缩空气发（Q0.4），接通反洗铃，反洗1分钟（T39）。
M1.4反洗结束，关闭压缩空气阀（Q0
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