PLC畢業(yè)論文設(shè)計凈水污水處理控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： PLC 凈水污水處理控制系統(tǒng) 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 年 級： 班 級： 指導(dǎo)教師： 指導(dǎo)時間：2011年12月 2012年5月廣東科技學(xué)院教承 諾 書1.本人鄭重地承諾所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下嚴(yán)格按照學(xué)校和學(xué)院有關(guān)規(guī)定完成的。2.本人在畢業(yè)論文（設(shè)計）中引用他人的觀點和參考資料均加以注釋和說明。3. 本人承諾在畢業(yè)論文（設(shè)計）選題和研究內(nèi)容過程中沒有抄襲他人研究成果和偽造相關(guān)數(shù)據(jù)等行為。4. 在畢業(yè)論文（設(shè)計）中對侵犯任何方面知識產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。 畢業(yè)學(xué)生簽名: 時 間: 年 月摘要 本文介紹了污水處理的基本流程，并通

2、過研究設(shè)計一套基于PLC控制的污水處理系統(tǒng)。文章首先介紹了基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計、工作原理以及設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來說明PLC在污水處理過程中的應(yīng)用。先根據(jù)污水處理要求設(shè)計了設(shè)備的電器控制與自動控制線路，主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)信號故障信號、和信號采集等，最后按照工藝要求設(shè)計PLC控制系統(tǒng)，其中包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以及按照污水處理工藝編制PLC程序。污水程控系統(tǒng)主要是對各污水處理設(shè)備的控制，在凈化水處理過程中采用了以PLC為主體的自動控制?？梢蕴岣咚|(zhì),水量，降低藥耗，能耗，并減輕工人的勞動強度。關(guān)鍵詞 凈水污水處理 可編程序控制

3、器（PLC） 污水程控系統(tǒng)目 錄前 言11 PLC介紹21.1 PLC的發(fā)展歷程21.2 PLC的結(jié)構(gòu)與分類21.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)21.2.2 PLC的分類21.3 PLC的特點21.4 PLC的工作原理31.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域42 PLC控制系統(tǒng)原則42.1 最大限度地滿足被控對象的控制要求42.2 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠42.3 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便42.4適應(yīng)發(fā)展的需要43 PLC編程基本原則54 污水處理過程54.1 污水處理圖54.2 功能要求64.3 污水處理流程圖64.4 梯形圖64.5 工作過程74.6 程序調(diào)試 8總 結(jié)8參考文獻(xiàn)9致 謝10前 言近幾年，

4、中國各地都在興建/擴建污水廠和凈水廠，或者對老廠進(jìn)行自動化造。自控系統(tǒng)對于水處理廠高效、節(jié)能運行的重要性也得到普遍認(rèn)可。DCS系統(tǒng)在歐美發(fā)達(dá)國家的水處理行業(yè)已獲得廣泛應(yīng)用，有力促進(jìn)了污水處理管控一體化的發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。而國內(nèi)污水處理項目鮮有采用DCS，基本上都是采用PLC系統(tǒng)。水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會生活及生產(chǎn)中人們對水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報道我國人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個國家（參與統(tǒng)計國家中），我國人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國水資源時空分布極不均衡，全國500多個城市缺水

5、，其中多個嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量僅有240噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費非常嚴(yán)重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國急需解決的問題。目前國產(chǎn)DCS系統(tǒng)已在國內(nèi)水行業(yè)中獲得應(yīng)用,在工程實施和水廠運營中顯現(xiàn)出了較好的經(jīng)濟、社會效益,值得推廣?？梢蕴岣咚|(zhì),水量，降低藥耗，能耗，并減輕工人的勞動強度，給人們帶來極大的方便。本文講述了污水的危害性，引出PIC污水處理系統(tǒng)。1 PLC介紹中央控制計算機能對整個系統(tǒng)的水處理過程進(jìn)行實時監(jiān)測與控制，隨時跟蹤接收PLC的數(shù)據(jù)信號

6、，能對各種類型模擬量進(jìn)行巡回檢測，對各種類型故障進(jìn)行報警或不達(dá)標(biāo)報警。并具備實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的分析及處理能力，對主要工藝流程進(jìn)行動態(tài)模擬、趨勢分析、制表打印、繪制曲線；對主要數(shù)據(jù)永久性保存。且在CRT上顯示整個工藝流程或局部環(huán)節(jié)的直觀動態(tài)彩色畫面，并通過嵌入式大屏幕，動態(tài)顯示工藝流程各主要部件的運行狀態(tài)。采用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，監(jiān)視整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，便于快速解決問題排除故障。1.1 PLC的發(fā)展歷程可編程序控制器于60年代未在美國問世，1968年美國GM（通用汽車） 公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手

7、段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller (PC).個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller (PLC)。到70年代中期，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，各種位片機和八位微處理器的相繼問世，由于CPU的導(dǎo)入，使可編程序控制器技術(shù)產(chǎn)生了飛躍發(fā)展，成為工業(yè)控制計算機的一個重要的分支。70年代末和80年代，可編程序控制器進(jìn)入成熟階段，向大規(guī)模，高速度，高性能方面繼續(xù)發(fā)展。90年代，可編程序控制器仍迅速發(fā)展，各公司進(jìn)一步完善了自己原有產(chǎn)品并開發(fā)

8、新的產(chǎn)品系列，與局域網(wǎng)建成整體分布系統(tǒng)，不斷向上發(fā)展并與計算機系統(tǒng)兼容。 1.2 PLC的結(jié)構(gòu)與分類1.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)目前PLC生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也個不相同，但其基本組成部分大致相同，都包括：中央處理器（CPU），存儲器，輸入、輸出接口電路，電源單元，編程單元等。1.2.2 PLC的分類按容量和功能分為：小型機、中型機、大型機；按硬件結(jié)構(gòu)分為：整體式結(jié)構(gòu)、插件式結(jié)構(gòu)、疊裝式結(jié)構(gòu)。 1.3 PLC的特點1.3.1 功能完善 PLC 的輸入/輸出系統(tǒng)功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)于各種形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量信號的輸入和輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計數(shù)器、主控繼電器以及

9、移位寄存器、曾繼電器等腰三角形。由于采用了微處理機，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強制I/O等諸多功能，它不僅具有邏輯運算、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印及報表生成等功能。1.3.2 模塊化結(jié)構(gòu)，硬、軟件開發(fā)周期短 PLC的硬件結(jié)構(gòu)全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)大小規(guī)模不同、功能復(fù)雜程度及現(xiàn)場環(huán)境各異的控制要求。硬件系統(tǒng)安裝方便，接線簡單，連接可靠，為控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計提供了方便、快捷的途徑，可以大大縮短軟件系統(tǒng)的開發(fā)工作量。1.3.3 維護(hù)操作方便，擴展容易 PLC的輸入/輸出能夠直觀地反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，PLC不能通過各種方式直觀地反

10、映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，入內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點狀態(tài)、異常狀態(tài)、電源狀態(tài)等，均有醒目的指示，非常有利于運行和維護(hù)人員監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)。PLC采用梯形圖邏輯編程，有利于電氣操作人員對PLC的編程，可以方便的調(diào)整系統(tǒng)的程序和組態(tài)。PLC的模塊化結(jié)構(gòu)，可以允許維護(hù)人員方便地更換故障模塊或在生產(chǎn)工藝流程改變時更改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置。1.3.4 性能穩(wěn)定，可靠性高 PLC產(chǎn)品都是有嚴(yán)格的核技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)保證了PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下正常運行。它在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)與信

11、號調(diào)理電路，在機械結(jié)構(gòu)上耐熱、防潮等都有精心考慮，所有這些使得PLC具有較好的性能和較高的可靠性。 1.4 PLC工作原理PLC采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC掃描過程包括：內(nèi)部處理、通訊操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理。 1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、電力、機械制造、汽車裝卸、造紙、紡織、環(huán)保及娛樂等各行各業(yè)。它的應(yīng)用大致可分為以下幾種類型：1、用于開關(guān)邏輯控制；2、用于機械加工的數(shù)字控制；3、用于機器人控制；4、用于閉環(huán)過

12、程控制及構(gòu)成DCS；5、用于實現(xiàn)無人化管理自動化等。2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： 2.1 最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。2.2 保證PLC控

13、制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。2.3 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)

14、濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。2.4 適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。3 PLC編程基本原則PLC編程的基本原則：1、復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點的使用次數(shù)。2、梯形圖每一行都是從左母線開始的，線圈終止于右母線。觸點不能放在線圈的右邊。3、除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時器、計數(shù)器、高級指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時候都要被執(zhí)行的程序段，可以通過特殊的內(nèi)

15、部常閉繼電器或一個沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點來連接。4、在程序中，不允許編號相同的線圈兩次出現(xiàn)。5、不允許出現(xiàn)橋式電路。6、程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左至右的方式編寫，為了減少程序的步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大下小”。 4 凈水污水處理過程圖4.1凈水污水處理圖 圖1 凈水污水處理圖 4.2 功能要求致力于給水凈水處理,污水處理,中水回用等領(lǐng)域反滲透設(shè)備,軟化水處理純凈水設(shè)備,生活污水處理設(shè)備,工業(yè)污水處理設(shè)備,污水處理設(shè)備中水回用處理 ,污水處理工程等相關(guān)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用，為市政、工業(yè)給排水項目提供工程設(shè)計、設(shè)備制造、安裝調(diào)試、運行管理、人員培訓(xùn)等系列服務(wù)，并且專業(yè)提供水處理化學(xué)藥

16、劑的研發(fā)和生產(chǎn)。 4.3 44444.3凈水污水處理流程圖 凈水污水處理流程圖如圖2所示：圖24.4 梯形圖圖3 凈水污水處理梯形圖4.5 工作過程污水處理自動控制系統(tǒng)對PLC的性能提出了更高的要求，作為污水處理自動控制系統(tǒng)的核心控制器，其必須具備以下幾大功能特點：首先本身必須穩(wěn)定可靠，并具有預(yù)先處理數(shù)據(jù)和集中傳輸數(shù)據(jù)的能力，具有較高的故障保護(hù)能力；其次，控制分站本地控制器可以獨立承擔(dān)控制分區(qū)的基本控制任務(wù)，即使監(jiān)控站或者監(jiān)控中心因故障停止運行，相鄰區(qū)域的控制器也能交換數(shù)據(jù)信息；再次，當(dāng)某控制站的控制量出現(xiàn)變化時，可按預(yù)定方案和程序采取相應(yīng)的算法，對相關(guān)區(qū)域的控制對象，比如泵或者加藥系統(tǒng)等做出

17、相應(yīng)的調(diào)整。因此，它必須至少有如下功能模塊，數(shù)據(jù)采集存儲處理功能（實現(xiàn)集中和獨立工作方式，尤其是在獨立控制時能與相鄰控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換）；通信功能、容錯功能、自動診斷功能和本地操作功能（即能帶觸摸屏）。4.6程序調(diào)試必須綜合考慮整個監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求和自然條件以及運營周期對設(shè)備的要求進(jìn)行選擇，尤其在極端氣候和惡劣環(huán)境狀況條件下或較大規(guī)模的污水處理廠，需要選擇性能更好的雙機熱備冗余的PLC， 通過編程，將編好的程序下載到PLC中進(jìn)行運行調(diào)試，檢查程序是否有錯誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制。調(diào)試時，可根據(jù)功能模塊分類分別調(diào)試，最后進(jìn)行總體調(diào)試。 在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來控制清污機、

18、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計反饋來的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。 總 結(jié)從系統(tǒng)的設(shè)計來看，除考慮系統(tǒng)的規(guī)模和設(shè)計方法外，也要考慮新技術(shù)的應(yīng)用，使整個系統(tǒng)既先進(jìn)又實用；從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，由于系統(tǒng)的可靠性受主控制器的制約，并不適用于全分布式現(xiàn)場總線控制，采用對等的自愈網(wǎng)絡(luò)是今后的一個發(fā)展趨勢；從系統(tǒng)的控制來看，當(dāng)前我國污水處理廠監(jiān)控存在著只監(jiān)不控，或監(jiān)強控弱的現(xiàn)象，各種控制信息沒有得到很好利用，對于污水處理廠控制，要針對不同現(xiàn)象，采用不同的控制方法。污水處理控制系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，它包括與之相關(guān)的生產(chǎn)流程、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，現(xiàn)場計量自控檢測儀表的選

19、用、控制流程的模型建立、對 PLC系統(tǒng)軟硬件應(yīng)用研究等。本文詳細(xì)闡述了污水處理流程、控制系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬件實現(xiàn)。通過題設(shè)計和調(diào)試，基本上完成了對PLC污水處理系統(tǒng)的設(shè)計，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。在這個過程中，使我學(xué)到了很多知識，積累了許多寶貴的經(jīng)驗，鍛煉了自己的獨立思考能力和實踐動手能力。進(jìn)一步加深了解了PLC在實踐當(dāng)中的應(yīng)用。熟悉了PLC硬件的工作原理，完成了整個系統(tǒng)的模擬調(diào)試，通過對系統(tǒng)的不斷修改和調(diào)試，基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求。參考文獻(xiàn)1常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器 M.北京：機械工業(yè)出版社，2004.2孫振強，王暉，孫玉峰.可編程控制原理及應(yīng)用教程 M.北京：清華大學(xué)出

20、版社，2005.3唐宇毅.電廠含油工業(yè)污水處理的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計M.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)出版社，2005.4廖常初.PLC編程及應(yīng)用 M.北京：機械工業(yè)出版社，2005.5張培山，鐘昆.基于PLC的工業(yè)污水處理廠自控系統(tǒng)的實現(xiàn)J.控制系統(tǒng),2006.6李英輝，趙豫龍，戴青云.基于PLC的中水處理系統(tǒng)J.石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院報,2008.7何獻(xiàn)忠.工業(yè)工業(yè)污水處理的PLC控制應(yīng)用J.湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004.8張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)（第3版）M.北京：機械工業(yè)出版社，2006.9程玉華.西門子S7-200工程應(yīng)用實例分析 M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.10陶權(quán)，吳尚慶.變

21、頻器應(yīng)用技術(shù) M.廣州：華南理工大學(xué)出版社.2009.致 謝感謝廣東科技學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)老師，感謝指導(dǎo)老師。在指導(dǎo)老師的鼓勵下，使得畢業(yè)論文能夠順利完成。他們在論文的前期準(zhǔn)備、撰寫過程及收尾階段都給予了很多幫助和指導(dǎo)意見，指導(dǎo)老師給了我很多有價值、有參考性的意見，幫我解決了這方面的問題，使我有了更深入的了解，為我以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅實的基礎(chǔ)。感謝家人！感謝我的室友們，從遙遠(yuǎn)的家來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。三年里，我們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，沒有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何不開心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起吃

22、每年元旦那頓飯了吧，沒關(guān)系，各奔前程，大家珍重。畢業(yè)論文（設(shè)計）成績考核表姓 名： 學(xué) 號：專業(yè)/班級： 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： PLC凈水污水處理控制系統(tǒng) 一、指導(dǎo)教師對該論文（設(shè)計）總體評價（選題的合理性、內(nèi)容的完整性、論述的科學(xué)性、數(shù)據(jù)與材料的準(zhǔn)確性、成果的新穎與實用性）： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日二、畢業(yè)論文（設(shè)計）最終得分（根據(jù)畢業(yè)論文（設(shè)計）評定表結(jié)論填寫最終得分）： 評閱教師簽名： 年 月 日三、指導(dǎo)小組確認(rèn)：指導(dǎo)小組組長簽名： 年 月 日四、答辯小組評語（未參加答辯的不填寫）： 答辯小組組長簽名： 年 月 日 注：凡未參加答辯的論文（設(shè)計），“答辯小組評語”欄不填。tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMe