基于plc的污水处理.docx
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基于plc的污水处理
2021——2021学年
毕业论文
课题名称:
基于plc的污水处理系统
系部:
班级:
姓名:
指导教师:
摘要
近几年我国经济快速开展,但也随之带来了一些环境问题,特别是对水的污染问题。
我国政府对水污染的重视程度年年正在逐步提高,从目前看来来我国对大中城市的污水问题采取了一定的治理措施,但是在乡下和乡镇中生活污水的处理情况很不乐观。
为此,改善水环境,保护我国紧缺的水资源,成为一件刻不容缓的事情。
由于学校内学生人口多,水污染问题也比较客观,所以水资源也是学校面临的一件重要的问题。
SBR污水处理法,对校园生活污水进行处理,经过处理后的中水可以用来浇灌花木、绿地、冲洗厕所,从而到达节约用水的目的。
课题主要设计的内容
这个课题主要设计污水处理的PLC自动控制和对应的WinCC的组态监控设计画面,主要设计如下
第一章本课题讨论了课题的研究背景、国内外的污水处理方法、本课题要研究的工作。
第二章着重介绍了序批示污水处理法,也介绍了污水处理的过程。
第三章介绍PLC控制系统。
第四章介绍整个控制系统的设计。
第五章污水处理的plc程序及主电路和控制电路图。
第六章介绍了组态软件和监控系统的设计及整个系统的运行结果
第七章介绍了文章的总结。
第二章污水处理流程
2.1污水处理的工艺流程
污水处理采用SBR污水生物处理工艺,是按“进水、反响〔曝气等〕、沉淀、排水〞几个步骤周期性进行循环。
从污水流入开始到排水结束算做一个周期。
工艺流程图如下所示,根本操作运行程序如下。
〔1〕进水
进水电动阀门翻开,污水通过粗格栅过滤,经过水泵,然后细格栅过滤到达SBR池。
〔2〕反响
进水到一定液位后,停止进水,排空气阀阀门翻开,风机延时启动,开始曝气,同时潜水搅拌器和回流污泥泵运行。
〔3〕沉淀
当SBR池停止曝气以后,空气阀门关闭,罗茨风机也停止运行,开始进行静置和沉淀。
〔4〕排水
SBR池水位到达最高水位,并经过沉淀工艺以后,#1清水泵启动,上清夜〔上面的清夜〕缓慢排出池外。
向清水池注水,当清水池到达高水位时#2清水泵启动#1清水泵停止,开始向中水箱注水,当水箱到达高水位时,#2自动停止运行。
控制过程包括:
①充水(翻开进水泵)
②曝气(开启风机)
③沉淀〔在污水池内〕
④排水〔到清水池〕
第三章PLC控制系统
3.1可编程控制器的分类
PLC按结构形状可以分为整体式和模块式两类。
整体式的PLC是将电源、I/0接口、cpu等部件都装在一个机箱内部,具有结构紧凑、体积小、重量轻、低价格的特点,适合一般电气控制,一般小型的plc采用这种整体式。
整体式的PLC也称为PLC的根本单元,在根本单元的根底上可以加装扩展模块扩大其适用范围。
扩展区域只有I/O接口和电源,没有cpu。
模块式plc是将plc的各个局局部开,分别叫做cpu模块、I/O模块、电源模块以及各个功能模块,这种模块的特点是配置灵活,便于扩展和维修,适合中、大型的plc。
PLC按输入/输出接口〔I/O接口〕的点数可以分为大型机、中型机、小型机。
I/O点数小于128点的称作为小型机;I/O点数在129~512点的称作为中型机;I/O点数大于512点的称作为大型机。
PLC的I/O接口数越多,其内部储存容量越大,价格会越贵,因此,在设计电气控制系统时我们应该尽量减少使用I/O接口的数目,目的是为了减少本钱。
PLC的程序设计语言
用户的PLC程序可以根据以下图的梯形图语言或指令表语言来编写。
梯形图主要由触点、线圈等软元件组成,触点表示逻辑的‘输入条件’,线圈表示逻辑的‘输出结果’,程序的逻辑运算按照从上到下、从左到右的方向依次执行。
触点和线圈等组成的独立电路称为网络,以网络为单位给梯形图加注释,通常程序按网络的编号依次进行执行。
例如网络1、网络2……
程序的梯形图与继电器系统的电气原理图十分相似。
梯形图程序的模仿电路中电流的流动,通过一系列的逻辑输入条件,来决定是否有逻辑输出。
一个梯形图程序包括左侧提供‘电流’的母线,闭合的触点允许通过他们流向下一个元件,而翻开的触点阻止电流的流动。
例如以下图中当触点I0.0闭合时,线圈Q0.0就会导通;当I0.1闭合时,线圈Q2.0就会通电。
指令表的语言与计算机的汇编语言比较相似。
用户既可以输入梯形图也可以输入指令表,梯形图和指令表之间可由编程软件来进行相互转换。
PLC的工作方式是循环扫描的工作方式:
(1)读输入。
将CPU每个端口的状态输入到映像存放器。
(2)执行程序。
CPU逐条扫描程序,从上到下依次扫描。
(3)处理通信请求。
(4)执行CPU自诊断
(5)写输出。
将映像接触器之中的输出数据复制到输出存放器中
第四章控制系统的设计
1〕控制装置选用PLC为系统的控制核心,根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口。
2〕可执行自动的方式,应能按照工艺要求编辑程序。
3〕电动阀上电动机为正、反转双向运行,因此要在PLC控制回路加互锁功能。
4〕为了设备平安运行,考虑必要的保护措施,如电动机过热保护、控制系统短路保护等。
6〕选择电器件、编制元器件目录表。
的I/O接口功能表。
7〕绘制电气原理图:
包括主电路、控制电路、PLC硬件电路、编制PLC
8〕采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。
9〕利用WinCC软件设计出交互式组态控制系统
主电路设置
1、主电路中交流接触器km1、km2、km3分别控制#1清水泵M1,#2清水泵M2,曝气风机M3,交流接触器km4、km5控制电动阀电动机M4。
2、电动机M1,M2,M3,M4由热继电器FR实现过载保护。
QF为电源总开关,可以完成对整个主电路的保护,又起到断开三相交流电源的作用,使电路更加方便使用和维修
3、熔断器FU1、FU2、FU3、FU4实现各个回路的短路保护。
FU5、FU6完成对控制回路以及PLC回路的短路保护。
4、电动阀闸门需要采用两个交流接触器,来实现电动阀门的正反转。
4.3硬件分配表
序号
文字符号
名称
数量
备注
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
13
M1/M2/M3/M4
FB1/FB2/FB3/FB4
FU1/FU2/FU3/FU4
FU5/FU6
QF
SB1
SB2
KM1/KM2/KM3/KM4/KM5
HL1/HL2/HL3/HL4
YA1
YA2
PLC
电动机
热继电器
熔断器
熔断器
断路器
启动按钮
停止按钮
交流接触器
指示灯
排空电磁阀
电动阀
可编程控制器〔西门子s7-200〕
4
4
12
2
1
1
1
5
4
1
1
1
三相交流异步电动机
按照电动机的整定电流
熔体10A
熔体2A
脱口电流10A
绿色按钮
红色按钮
线圈电压:
220v
线圈电压:
220v
线圈电压:
220v
线圈电压:
220v
继电器输出
主电路图
控制电路图
4.7程序流程图
前面已介绍了整个污水处理的控制要求,为了使编写的程序很好的到达预期效果,按照工艺过程画出了系统的流程图。
根据visio软件画出了整个系统的流程图如以下图,图中具体说明了各个局部翻开/g关闭的条件,通过流程图能更清楚的明白整个污水处理系统。
流程图中能够清楚的看出电动阀开启的条件,关闭条件。
#1清水泵和#2清水泵的开启和关闭条件。
第五章污水处理系统的PLC程序
程序的构成
整个PLC程序由以下几个程序模块组成的。
〔1〕主程序
对整个污水处理系统工艺流程的控制。
〔2〕I/O程序
对远程I/O的编程,使其按照PLC程序进行工作。
〔3〕模拟量输入程序
完成对模拟量的采集和存储。
输入地址
对应设备
启动按钮
停止按钮
热继电器〔过载保护〕
电机故障
电动阀门开
电动阀门关
污水水位高
污水水位低
清水水位高
清水水位低
水箱水位高
水箱水位低
输出端口分配表
输出地址
对应设备
#1清水泵
#2清水泵
污水水位高红灯
污水水位低绿灯亮
清水水位高红灯亮
清水池水位低绿灯亮
水箱水位高〔红灯亮〕
水箱水位低〔绿灯亮〕
绿灯亮〔电动阀开〕
绿灯亮〔电动阀关〕
电动阀开
电动阀关
故障报警
罗茨风机
排空电磁阀
上水电磁阀
主程序
根据污水处理控制系统的工艺流程,编写的控制程序如下。
1、
首先,按下启动按钮I0.0,假设污水水位在低水位时,整个线路导通,电动阀翻开,开始向污水处理池纳入污水;假设在高水位,线路不导通,电动阀不翻开。
Q1.2表示当电动阀翻开时亮绿灯。
由于要实现正反转,在网路3编写了电动阀的关闭程序,来实现正反转。
在网络中有很多保护功能,例如过载保护I0.2,短路保护,电机故障保护。
Q1.3为电动阀关闭时亮红灯;;假设向污水池纳污水时污水水位在低水位时显示绿灯,高水位时显示红灯。
假设污水水位到达高水位时电动阀关闭,在污水池内要进行曝气,排空电磁阀开启,采用时间继电器对风机进行延时空载启动
Q2.0为罗茨风机;通过时间继电器。
由于曝气时间较长采用计数器进行时间延时。
因为排空电磁阀两次开启,两次关闭所有采用位存储器来实现。
1、曝气结束,排空阀会再次翻开,罗茨风机通过延时继电器空载停机,然后排空电磁阀也通过延时继电器延时关闭。
风机保护:
风机的启动和停止,能起到保护电动机和风机的作用。
污水池内的水经过40分钟的沉淀之后,假设清水池水位在低水位时,PLC下达指令,#1清水泵开启向清水池纳入清水。
假设到达清水池的高水位,就会红灯亮起。
清水池中的水位低至低水位时就会有绿灯亮起
当清水池的水位到达高水位时,为#2清水泵开启作条件。
在中水箱绿灯亮起时表示中水水位低,#2清水泵启动纳入清水;亮红灯表示水位高,#2清水泵停止纳入清水。
第六章监控系统设计
上位机实现的是监控功能,在控制系统中充当操作站的角色。
通过网络连接实现对下位机及所连设备的监控。
本课题上位机采用西门子组态软件WinCC来实现监控界面。
WinCC组态软件的简述
WinCC是西门子和微软公司联合开发的监控软件,WinCC是常用的数字采集与监控控制系统软件,具有良好的开放性和灵活性。
下面就是本设计的WinCC界面。
该图就是按下开始按钮时电动阀开启的状态
第七章总结
本文对PLC控制的污水处理控制系统进行了设计,采用PLC为控制器实现了污水处理过程的自动化操作;同时,采用WinCC软件进行监控,融合整个控制系统和设备,实现最优化的管理。
通过测试,根本到达了预期要求。
本文主要完成了基于生活污水的处理工艺流程,本系统只适合小系统的工程。
在设计过程中又对PLC熟悉了一遍,采用s7-200对风机、水泵、等一些开关量输入/输出点,从而实现污水处理的自动控制。