2022年PLC在污水处理厂中控制系统设计方案.docx

PLC 在污水处理厂中掌握系统设计 双恒压供水系统的程序设计文摘本文主要介绍了PLC 在城市污水处理中的详细应用实例，系统介绍了城市污水处理工艺流程以及基于SIEMENS 的 S7400 系列 PLC 的污水处理实施方案，介绍城市污水处理厂监控系统数据采集的方法；可编程掌握器即 PLC 是综和了运算机技术、自动掌握技术和通信技术的一种新型的、通用的自动掌握装置；现在可编程掌握器已经成为最重要、最牢靠、应用场合最广泛的工业掌握微型运算机；它具有功能强、牢靠性高、使用敏捷便利、易于编程以及适应工业环境等一系列优点；为了提高污水处理厂的运行治理水平，PLC 也成为了该系统的重要组成单元之一，在该系统中各单元按肯定拓扑结构相互连接构成污水处理厂的掌握系统；关键词 污水处理；自动化掌握系统；PLC；硬件配置；软件设计；Digest this article mainly introduced PLC in the city sewage treatment concrete application example, the system introducedthe city sewage treatment technical process as well as based on SIEMENSS7-400 the series PLC sewage treatment implementationplan, introduces the city sewage treatment plant supervisory system data acquisitionthe method.The programmable controllerwas PLC is the grand total computer technology, the automatic controltechnology and the communicationone kind new, the general automatic control device.Now the programmable controlleralready became importantly,most reliable, the application situation most widespread industry control microcomputer.Ithas the function strong, the reliability high, the use nimble convenient, easy to program as well as the adaptation industry environment and so on a series of merits.In order to enhance the sewage treatment plant the movement management level, PLC has also become one of this system important composition units, in this system various units according to certain topology interconnection constitution sewage treatment plant control system.Key word sewage treatment； Automation control system ； PLC； Hardware disposition ； Software design.1. 污水处理工艺流程1.1 工艺流程图由于城市污水是工业企业和居民生活所排放的，所以污水中含有大量的有机物，这种污水成为生化污水；生化污水处理工艺是利用微生物的吸附、氧化和分解作用来降解污水中有机物的含量， 成为可以沉淀的污泥，从而使净化水质达到规定的排放标准（见图 1）；图 1 工艺流程图1.2 对工艺流程的阐述城市污水依次经过粗格栅、进水泵房、沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池来实现污水的处理；其中各部分的功能如下：（ 1） 进水泵房用于将污水提升，粗格栅用于除掉污水中大块杂物和污物，进而爱护进水泵；（ 2） 沉砂池的细格栅用于除去污水中的小块杂物，吸砂桥除砂和漂浮油脂，仍有砂处理和浮砂油脂处理设备；（ 3） 初沉池初步除掉水中污泥，用刮泥机收集污泥至初沉池泥泵房；（ 4） 曝气池（氧化沟）为生化处理区，通过投放回流活性污泥搅拌和曝气供氧，培育微生物大量繁衍，形成更多活性污泥；（ 5） 二沉池完全清污水，使泥水分别；1.3 主要设备的组成及掌握方式表 1 设备参量污水处理厂的设备均采纳三级掌握方式，即现场掌握方式、MCC 掌握方式和微机掌握方式；目前，以 MCC 掌握为基础， PLC 掌握为主导的掌握方式始终处于工业自动化掌握领域的主战场， 为各种各样的自动化掌握设备供应了特别牢靠的掌握应用；其主要缘由，在于它能够为自动化掌握应用供应安全牢靠和比较完善的解决方案，适合于当前污水处理厂对自动化的需要；1.4 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备掌握粗格栅、细格栅的掌握分为现场掌握和远程掌握两种模式；远程掌握模式由PLC 和上位机实现，它包括微机手动和微机自动，而微机自动掌握方式为：（1）水位差掌握方式，通过格栅机运 行液位差计的测量值用来反映格栅堵塞程度，并传输到PLC掌握器，进行分析运算；当液位差超过 预设的数值，掌握格栅运行；（2）时间设置掌握方式，在上位机的INTERACT组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间，经PLC掌握器的程序运算指挥MCC对格栅机进行掌握；1.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备掌握砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计掌握，而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的；生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都是由微机触发指令通过 PLC 掌握；1.6 脱水机房脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务；污泥与溶解成肯定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的固体颗粒被凝结成絮团，并分别出自由水，然后被输送到带式污泥脱水机上，经顶脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水区后形成滤饼排出；1.7 PLC掌握系统1.7.1 PLC掌握系统的基本构成及功能污水处理厂 PLC掌握系统由两台运算机、8 个现场掌握站、工艺外表、电量变送器构成. 脱水机房； 0工作站 5工作站之间采纳A1SJ71AR21模块通过同轴电缆通讯；1#工作站和 2#工作站与厂内主工作站的距离4 5 公里，且无人值班，故租用电信公司无源电话专线通过调制解调器和A1SJ71UC24通信模块进行泵房设备掌握和数据传输；网络掌握分布图（如图下图所示）1.7.2 网络结构某污水处理厂的自控系统由环形拓扑形式（ring topology）和星形拓扑形式star topology两种总线网络形式构成；1.7.3 上位机组态功能（ 1）掌握操作：在中控室里采纳2 台 IBM90 和 INTERACT组态软件开发的工控程序能对全厂和2 个污水提升泵站的被控设备进行掌握、对各现场掌握站PLC 的参数进行设定和修改.（ 2）显示功能：用设计方法生成图形，实时地、集中地显示被测参数所处的变化过程；对全厂工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变化直观地、动态地显示；（ 3）报表功能：分成年度、月度、日班报表及运行参数报表；如：污水处理量、加药量、耗电量等；（ 4）打印功能：各种报表的打印，各种大事及报警实时打印；1.8 系统构成及其布局依据工艺特点和掌握要求，本系统采纳分布式集散监控系统，按流程设两个PLC 分站，分别监控水区和泥区的设备运行和掌握，设一个总站集中分站信息并掌握分站工作；详细掌握分为:(1) 各开关柜 包括:10kV 进线柜、 0.4kV 进线柜等 ，由“自动 /停止 /手动”转换掌握状态，“手动”设启 /停按钮，用于手动操作；(2) 分站掌握，用可编程掌握器和工业掌握运算机系统等自控设备，自动监控所属范畴运行；(3) 总站主机掌握，多为运算机监控治理系统，集中分站信息，进行各种处理，并通过分站统一掌握全厂运行，满意工艺测控要求，使全厂运行处于正确状态，是监控治理的中心；2 污水处理中的 PLC2.1.1 设计范畴设计包括厂界内预处理、生物滤池、污泥处理及附属设施需要检测和掌握应供应的外表和有关的帮助装置等；2.1.2 PLC设计综述设立三级掌握层：设备就地手动、PLC子站现场监控和中控室远程监控（如图下图所示）；2.2 PLC在污水处理中的部分运用2.2.1 中心掌握室中心掌握室可对整个分控式掌握系统进行系统组态治理、系统监测、实时监测、显示、处理、掌握各 PLC子站的状态、通信、数据和信息，完成报警和报表打印；在厂级治理层可以通过Internet将结果、效益分析等发往主管局等政府机关（如图下图所示）；2.2.2 掌握网络系统PLC掌握系统中心掌握室与现场PLC子站之间采纳最先进的掌握网络.中心掌握室与厂级治理层之间采纳100Mdps 的以太通讯网，该网带有E-mail功能，能向 mail server发送用户自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网交换器）或PLC可与其他掌握网络、现场总线相连；为保证在供电发生意外时，系统能有足够的反应时间进行应急处理，设计上中心掌握室和各子站均设有在线式不间断电源；过电压爱护装置能抑制显现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸取暂态浪涌电压能量，在保证 供电连续的条件下，保证运算机、PLC掌握子站及其他主要设备免受过电压的干扰和侵害，使用电设备安全正常运行；2.2.3 现场生产过程PLC掌握系统 预处理 PLC 掌握及检测部分厂内 1#预处理 PLC子站位于污泥脱水间掌握室内；对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、闸门、粗格栅、细格栅、排砂装置等设备的运行状态、故障状态进行监测和掌握；通过网络把信号送中心掌握室运算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控治理功能；其主要设备有：粗格栅、闸板，细格栅、螺旋输送机该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数AI:11DI:30DO:22粗格栅开、停掌握依据超声波液位差计测得的粗格栅前后水位差值自动掌握回转式粗格栅的运行，即水位差达到设定值时，自动启动格栅；当回转式粗格栅停止运行的时间超出设定值时，系统转为时间掌握， 此时限为可调式设计，并设置上限报警；PLC系统将依据软件程序自动掌握螺旋输送机、回转式粗格栅机的次序启停、运行、停车以及安全连锁爱护，格栅机停机后延时停螺旋输送机；细格栅开、停掌握细格栅 24 小时运行，并设置上限报警；PLC系统将依据软件程序自动掌握螺旋输送机、回转式细格栅机的次序启停、运行、停车以及安全连锁爱护，格栅机停机后延时停螺旋输送机.污水闸门掌握两台闸门依据液位手动或电动，其运行信号送入中控室监控，不参与掌握； BAF 生物滤池 PLC 掌握及检测部分厂内 2#BAF生物滤池 PLC子站位于变电所低压配电室掌握室内；对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、风机反冲洗泵等设备的运行状态、故障状态进行监测和掌握；并可在中控室运算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控治理功能；该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数AI:14AO:3DI:124DO:134沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池定时开/ 停排砂、排泥阀，砂水分别器设备掌握由设备厂商自带可设定掌握系统，砂水分别器应与排砂阀联锁；2.2.4 厂级治理 PLC系统该系统主要功能：生产过程的全面查询，包括各种进、出厂水流量，各中能耗等；生产过程分析报告、报表和图形；设备资料数据库和设备运行治理数据库；化验所需要的参数；建立与外部 Interner的双向连接，便于发布信息和从外部猎取信息，建立现代企业形象；附录三为 PLC设计简图；2.3 PLC设备及外表为了保证监控治理掌握系统的正常运行，PLC监控系统选用 SIEMENS 的 S7 400 系列产品；现场 PLC掌握子站是直接监视和掌握如干工艺生产过程所单元，其主要设备是：SIEMENS 的 S7 400 系列 PLC 可编程掌握器；连接方式：采纳可拆卸式端子排以提高牢靠性，易于连接和修理各模块具有光电隔离功能，每个输出点都具有状态指示模拟量输入模块（AI ）： 输入点： 8 路输入范畴： 0 5V,1 5V,0 10V,-10 +10V,4 20mA 辨论率： 12 位隔离方式：光电隔离转换速度： 1ms/ 点精度（ 25）：电压± 0.2%电流± 0.4%其他功能：断线检测 , 峰值保持、平均值功能、定标功能等触摸开关辨论率：32*24 个显示辨论率： 640*480 点通讯接口： RS-422A/RS-485 口 RS-232C 口电源电压范畴： DC20.4V DC26.4V运行时间： 25000 小时2.4 主要 PLC设备表及其说明表 2 主要电气设备1 、编程设备：编程器是PLC 开发应用、监测运行、检查爱护不行缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC 及 PLC 所掌握的系统的工作状况，但它不直接参与现场掌握运行；小编程器PLC 一般有手持型编程器，目前一般由运算机（运行编程软件）充当编程器；2 、人机界面：最简洁的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操 作 员 终 端 应 用 越 来 越 广 泛 ， 由 计 算 机 （ 运 行 组 态 软 件 ） 充 当 人 机 界 面 非 常 普 及 ；3、输入输出设备：用于永久性地储备用户数据，如EPROM 、EEPROM写入器、条码阅读器 ，输 入 模拟 量的 电位 器 ，打 印 机等 ；（ 如表2所示 ）PLC 的通信，仍未实现互操作性，IEC 规定了多种现场总线标准，PLC 各厂家均有采纳；对于一个自动化工程特殊是中大规模掌握系统来讲，挑选网络特别重要的；（如下页表3 所示）3 PLC 设计3.1 PLC简介利用可编程序掌握器（PLC）组成远程自动监测系统时，第一遇到的是PLC的选型问题；在选用 PLC时，除把牢靠性、环境适应性放在首位外，仍要依据详细应用场合尽量选用合适的可编程序掌握器；3.2 系统的设计步骤（如图下图所示）：图 9 系统的设计步骤图3.3 软件部分3.3.1 监控系统的软件部分运算机操作系统采纳Microsoft Windows 2000 Professional中文版操作系统；历史数据库采纳Microsoft SQL Server 2000中文版软件；上位机监控软件采纳当前流行的美国GE 公司的 iFIX3.5 组态软件来实现；3.3.2 软件配置我们在课题讨论中下位机PLC采纳梯形图来编制程序；下位 PLC软件用来实现数据采集、脉冲计数转换、限值规律判定及声光报警输出、通信数据格式的转换；数据通讯与分别模块完成PLC与微机间数据和命令的双向传送，并将得到的数据按系统要求的格式分别成系统变量；显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示；在手动方式下可固定监视画面并可显示历史趋势图等；定时存贮模块按每特别钟将实时数据存贮到相应的数据库中，每天整理一次历史数据；系统爱护模块可用来修改定值参数、口令及限值等；报警模块不论软件工作在何种方式下，一旦显现超值，系统确认后并发出报警，屏幕上显示报警内容和地点，以便实行措施；3.4 对污水处理系统中一个PLC子站的掌握程序进行设计此程序分为三部分：主程序、子程序和中断程序；（见附录四）规律运算及报警处理等放在主程序；系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可节约扫描时间；利用定时器中断功能实现PID 掌握的定时采样及输出掌握；生活供水时系统设定值为满量程的 70%，消防供水时系统设定值为满量程的90%；在污水处理系统中，只是用比例P 和积分I掌握，其回路增益和时间常数可通过工程运算初步确定，但仍需要进一步调整以达到最优控制成效；（程序设计见附录四）程序中使用的 PLC元器件及功能如下表：表 4程序中使用的元器件及功能器件功能器件功能地址地址VD100 VD104 VD108 VD112 VD116 VD120 VD124 VD204VD208T33 T34 T37 T38 T39 M0.0 M0.1 M0.3M0.4工频/ 变频转换规律掌握工频/ 变频转换规律掌握工频泵增泵滤波时间掌握 工频泵减增泵滤波时间掌握工频/ 变频转换规律掌握故障终止脉冲信号泵变频启动脉冲倒泵变频启动脉冲复位当前变频运行泵脉冲VD212过程变量标准化值压力给定值PI 运算值比例系数 采样时间 积分时间 微分时间变频器运行频率下限值 生活供水变频器运行频率上限值消防供水变频器运行频率上限值M0.5当前泵工频运行启动脉冲VD250VB300PI 调剂结果储备单元变频工作泵的泵号M0.6M2.0新泵变频启动脉冲泵工频 / 变频转换规律掌握（接上页表 4）4 终止语本系统与传统污水工艺 PLC 掌握相比，具有功能齐全、高度智能化、运行牢靠、投资省、见效快等优点；系统自 2004 年 10 月投入运行至今，对该城市的生态环境、水资源、城市环境及旅行业等，都起到极大的推动作用；本文所述的系统具有以下特点：牢靠性高； PLC是由 Transputer并行处理系统构成，每个处理机模块都享有自己的储备器， 数据共享只是通过Link 的互连实现，保证了各单元之间的独立性，从而供应了整个系统的牢靠性；敏捷性和可扩展性强；系统中的 PLC的数量及之间的拓扑结构可依据需要挑选和重构，构成实现不同功能的系统功能单元；互连性强，易于光互连网络接口； Transputer 供应了四路标准的 INMOS全双工高速串行通讯链路 Link ，所以，以利用 INMOS Link 互连成的 Transputer 并行处理机系统为核心的掌握系统具有很强的互连性，很简洁实现与光互连网络接口，构成分布式并行运算机网络，实现污水处理厂各工艺单元之间的有机并行和谐处理；具有高速处理才能IMS T800 Transputer属于 32 位精简指令处理机 RISC ，具有 64 位的浮点运算单元，因此该系统具有高速处理才能；参考文献1 宋建成·可编程序掌握器原理与应用·北京:科学出版社 ,19982 崔巍，张修文·一种基于PLC的模糊掌握方法，20013 汪晓光 ,孙晓英 ,王艳丹·可编程序掌握器原理及应用·机械工业出版社4 攀枝花市污水处理仁和分厂工程初步设计，2001致谢本设计从选题到最终完成，都得到了指导老师谢庆华老师的尽心指导；谢老师渊博的学问、严谨的治学态度和诲人不倦的精神永久是我学习的榜样，他富于开拓与创新的精神以及丰富的社会学问都给我留下了深刻的印象，使我在设计中受益匪浅，在此谨向谢老师致以深切的谢意！ 在论文的写作中，仍得到了谢老师的尽心指点，在此表示诚心的感谢！在此仍要感谢机电一体化专业的全体老师，感谢他们对我的培育，使我在湖南生物机电学院的3 年学习生活中受益匪浅；感谢家人的关怀与支持！感谢评阅和阅读本文的老师为此付出的辛勤劳动！附录附图 附程序如后页所示附录三附录四 程序图