基于PLC的工廠污水處理系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、 引言課題來源隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷開展，城市人口不斷增加，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市水環(huán)境污染問題愈來愈突出，如何經(jīng)濟(jì)有效地控制城市污水造成的水環(huán)境污染，已成為協(xié)調(diào)社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)持續(xù)開展的關(guān)鍵問題之一。因此，加強(qiáng)環(huán)境意識、控制廢氣、廢水、廢物的排放；加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測軟件的研究和開發(fā)，將有利于促進(jìn)環(huán)境工作和社會經(jīng)濟(jì)的開展。當(dāng)今工廠污水處理正朝著大型化、現(xiàn)代化、和精密化的方向開展，處理工藝過程也日益復(fù)雜，對處理水質(zhì)也提出了更高的要求，所有這些都對其運(yùn)行管理與過程控制提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的控制方式已不能滿足現(xiàn)代化工程午睡處理的控制要求。近年來，PLC可編程序控制器在其開展過程中，技術(shù)功能不斷擴(kuò)展

2、，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能?？删幊绦蚩刂破鞯倪\(yùn)算速度提高，輸入輸出規(guī)模擴(kuò)大，并開始與網(wǎng)絡(luò)和小型機(jī)相連，構(gòu)成以可編程序控制器為重要部件的控制系統(tǒng)。目前的可編程序控制器已加強(qiáng)了模擬量控制功能，可以配備各種控制摸板，具有了PID調(diào)節(jié)功能和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、組成分級控制功能，實(shí)現(xiàn)了集散控制所完成的功能?？删幊绦蚩刂破鹘M成的控制系統(tǒng)已在給水排水工程中獲得越來越多的應(yīng)用。將PLC技術(shù)應(yīng)用于工廠污水處理系統(tǒng)中，可以提高工廠污水處理的自動化程度，便于工廠或當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門利用本地計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)實(shí)行24小時連續(xù)監(jiān)控，本研究以PLC技術(shù)為核心的環(huán)保遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端設(shè)備應(yīng)用于污水排放空總量監(jiān)控系統(tǒng)中，可以大大提高系統(tǒng)

3、和環(huán)境數(shù)據(jù)的可靠性和精確性。將這一技術(shù)應(yīng)用于工廠污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中，可以及時遠(yuǎn)程報警，防止污染物事故排放，從而對提高環(huán)境質(zhì)量有重要的意義。綜上所述，以PLC技術(shù)為核心的工廠污水處理系統(tǒng)和以PLC為根底的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端將是今后工廠污水處理技術(shù)的開展方向。PC-PLC遠(yuǎn)程雙向通訊技術(shù)在工廠污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，將為污水處理技術(shù)更上新的水平；為全面完成“一控雙達(dá)標(biāo)任務(wù)，和全面完成“九五期間全面主要污染物排放總量控制方案的實(shí)施，做出積極的奉獻(xiàn)。目前國內(nèi)外先進(jìn)水平 PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中早已得到了廣泛的應(yīng)用。國外在80年代初期、中期，PLC系統(tǒng)也已在工廠污水處理設(shè)備中應(yīng)用。僅以PLC的控制功能而言，P

4、LC是嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易編程、易安裝、可靠性極高的應(yīng)用軟件平臺。PLC具有豐富的邏輯控制指令和高級應(yīng)用指令；PLC即有自身的網(wǎng)絡(luò)體系又有開放I/O及通訊接口，而且?guī)缀跻呀?jīng)開展到了盡善盡美的地步。在工廠污水處理的過程控制方面，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊和控制方面都具有無可爭議的優(yōu)勢。我國工廠污水處理技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品和裝備起步較晚，企業(yè)規(guī)模小，品種單一重復(fù)，可控性差，技術(shù)水平落后，用于工廠污水處理的儀表和系統(tǒng)更是寥寥無幾。污水處理數(shù)據(jù)往往采用人工抄寫、人工匯總、人工傳遞的方法。80年代后期，我國利用外資引進(jìn)了國外成套的污水處理設(shè)備，從儀表和控制的可靠性和先進(jìn)性方面來看，比國產(chǎn)儀表設(shè)備具有明顯的優(yōu)勢，但國外儀表價格昂

5、貴，售后效勞困難。同時，成套引進(jìn)的污水處理設(shè)備，其儀表和控制系統(tǒng)的技術(shù)水平也僅僅是國外80年代初期、中期傳統(tǒng)的DCS和PLC系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)興旺國家90年代新建的 城市污水處理廠已普遍采用現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控裝置及其智能化、數(shù)字化現(xiàn)場儀表?，F(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表、控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多點(diǎn)、多站的通訊系統(tǒng)。其技術(shù)特點(diǎn)是信號傳輸數(shù)字化，控制功能分散化，系統(tǒng)開發(fā)與可互操作，符合環(huán)境保護(hù)要求，節(jié)能節(jié)材，造價低廉，維護(hù)本錢低。據(jù)調(diào)查，目前即使一些工廠采取了PLC，但絕大局部還都只利用了其傳統(tǒng)的 控制方式，并沒有充分利

6、用PLC的遠(yuǎn)傳功能，部具備環(huán)保功能。所以污水處理系統(tǒng)最好具有這方面的功能，本系統(tǒng)中以PLC為主要控制設(shè)備并利用了PLC的遠(yuǎn)傳功能這樣就節(jié)省了一大筆費(fèi)用。本課題所做的工作課題應(yīng)到達(dá)的目的 本課題為PLC應(yīng)用課題，通過設(shè)計(jì)過程使同學(xué)學(xué)會針對工藝要求，查閱各自書籍、雜志期刊資料，掌握PLC的硬件設(shè)計(jì)方法，各種模塊的選型及學(xué)習(xí)其使用方法；并且能夠熟練的對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行編程調(diào)試；使學(xué)生經(jīng)過設(shè)計(jì)的全過程體會如何應(yīng)用所學(xué)知識，并進(jìn)行一定的自學(xué)訓(xùn)練，使其掌握自學(xué)方法。為今后的科研工作打下良好根底。課題任務(wù)的內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)PLC控制電路，要求：1、具有流量、液位等模擬量的檢測功能；2、能夠根據(jù)池水中的液位能夠?qū)崿F(xiàn)

7、自動進(jìn)行反沖洗過程；3、根據(jù)檢測信息對設(shè)備的啟動與停止進(jìn)行控制；4、對鼓風(fēng)機(jī)、水泵、閥門等設(shè)備有保護(hù)功能。設(shè)計(jì)應(yīng)包含的內(nèi)容：1、設(shè)計(jì)主電路，選擇控制方案，編輯控制程序；2、設(shè)計(jì)控制電路；3、選擇PLC及輸入輸出模塊，包括選擇輸入局部按鈕、檢測儀表、行程開關(guān)及輸出局部及電器、接觸器、信號燈等；4、進(jìn)行硬件連接，并畫出控制框圖；5、對系統(tǒng)進(jìn)行編程控制，并調(diào)試?？删幊炭刂破鞲攀隹删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和功能特點(diǎn)可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的根底上開發(fā)出來的，并逐漸開展成為以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)容為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。目前以被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程自動

8、控制中。繼電接觸控制能完成邏輯“與、“非等功能，實(shí)現(xiàn)弱電對強(qiáng)電的控制，且由于結(jié)構(gòu)簡單，價格廉價，掌握容易等優(yōu)點(diǎn)，因而幾十年來已得到了廣泛的應(yīng)用，并在工業(yè)控制領(lǐng)域中曾經(jīng)占據(jù)過主導(dǎo)地位。但繼電接觸控制系統(tǒng)存在如下缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，開關(guān)動作慢，功能較少，接線復(fù)雜，觸電容易損壞，改接麻煩，靈活性較差等。隨著社會的開展，科技的進(jìn)步，新的控制器件及其控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。1968年美國通用汽車公司GM公開招標(biāo)研制功能更強(qiáng)，使用更方便，價格廉價，可靠性更高的新型控制器。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司DECIPC工控機(jī)所帶來的沖擊。 在全球IPC領(lǐng)域，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)，開放式過程控制軟件，開放性數(shù)據(jù)通信

9、協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有PLC,但這種趨勢不會開展下去。隨著Soft PLC軟PLC控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步開展，安裝有Soft PLC組態(tài)軟件和基于IPC和過程控制系統(tǒng)的份額正在逐步得到增長，這些事實(shí)傳統(tǒng)PLC的技術(shù)開展與提高方面做出更加開放的姿態(tài)。對于控制軟件來講，這是PLC控制器的核心，PLC供給商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對于工業(yè)用戶表現(xiàn)的非常積極。此外，開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)。PLC及其應(yīng)用的開展，與信息化，數(shù)字化，智能化的世界潮流相聯(lián)系，與微電子技術(shù)的開展密切開展相關(guān)，與控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)

10、，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，顯示技術(shù)的開展互為因果，互相補(bǔ)充與促進(jìn)，互相融合和滲透. 可編程控制器的根本結(jié)構(gòu)a 輸入與輸出部件：這是PLC與輸入控制系統(tǒng)和被控制設(shè)備連接起來的部件，輸入部件接受從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號。并將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號。輸出部件接受經(jīng)過中央處理器處理過的輸出數(shù)字信號，并將它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動接觸器、電磁閥、指示器件等。b 中央處理單元：中央處理單元包括微處理器、系統(tǒng)程序處理器和用戶程序處理器。微處理器是PLC的核心部件，整個PLC的工作過程都是在中央處理器的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，它的主要任務(wù)

11、是按一定的規(guī)律和要求讀入被控對象的各種工作狀態(tài)，然后根據(jù)用戶所編制的應(yīng)用程序的要求去處理有關(guān)數(shù)據(jù)，最后再向被控對象送出相應(yīng)的控制驅(qū)動信號。存儲器是保存系統(tǒng)程序和用戶程序的器件。系統(tǒng)存儲器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必需的程序，如管理、監(jiān)控、指令解釋程序，這些程序與用戶無直接的關(guān)系，已由廠家直接固化進(jìn)EPROM中。用戶存儲器主要用于存放用戶按控制要求所編制的程序，可通過編程器進(jìn)行必要的修改。c 電源部件：電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向PLC提供所需要的高質(zhì)量直流電源。d 編程器：編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備。它主要用于對用戶程序進(jìn)行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來監(jiān)視PLC的工

12、作狀態(tài)?？删幊炭刂破鞯墓ぷ髟鞢PU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等內(nèi)容。PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他一直周而復(fù)始地掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個組成局部，用戶程序不運(yùn)行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾局部內(nèi)容。典型的PLC在一個周期中可完成以下5個掃描過程。自診斷測試掃描過程。與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描過程。用戶程序掃描過程。讀輸入、寫輸出掃描過程。信號從輸入端子到輸出端子的傳遞過程。PLC控制的特點(diǎn) PLC與繼電器

13、控制系統(tǒng)比擬從某種意義上說，PLC是從繼電接觸控制開展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。a 繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和“硬線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大局部采用“軟電器、“軟接點(diǎn)和“軟線連接，為軟件控制。b 繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。c 繼電接觸控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動作慢；PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)，動作快。d 繼電接觸控制功能改變，須拆線、接線乃至更換元器件，比擬麻煩；PLC控制功能改變，一般僅需修改程序即可，極其方便。f PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與調(diào)試比繼電接觸控制系統(tǒng)周期短。g PLC控制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強(qiáng)。h PLC的應(yīng)用范圍比

14、繼電接觸控制的要廣泛。i PLC可靠性比繼電接觸控制的高。此外，可編程序控制器與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同?？删幊绦蚩刂破魇且苑磸?fù)掃描的方式工作，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說可編程序控制器是以“串行方式工作的。而繼電-接觸器是按“并行方式工作的，或者說是按同時執(zhí)行方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。繼電-接觸器控制的并行工作方式因觸點(diǎn)動作的延誤易產(chǎn)生競爭和時序失配等問題，這些在串行工作方式的可編程序控制器中不會發(fā)生。表2.1 可編程序控制器與繼電器柜的區(qū)別可編程序控制器繼電器柜控制方式程序軟件繼電器配線硬件控制功能 指令

15、以軟件實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？鞓纺芸刂?器件功能有限，隨規(guī)模加大而大型化控制要素?zé)o觸點(diǎn)也有有觸電的，高可靠性，壽命長，高速控制。有觸點(diǎn)，壽命有限，低速控制變更控制更改程序可適應(yīng)各種控制對象更改器件之間連接，更改困難PLC與微型計(jì)算機(jī)的比擬PLC也是隨著微型計(jì)算機(jī)的開展而開展，PLC實(shí)質(zhì)上就是一臺專為工業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)。兩者既有相似處有差異，主要差異表現(xiàn)在以下幾個方面：a PLC輸出輸入接口較多，中大型PLC輸出輸入接口更多，便于多路多點(diǎn)控制。b PLC編程簡便，因?yàn)镻LC是采用易于用戶理解、接收和使用的梯形圖編程語言，指令又不太多，而計(jì)算機(jī)使用匯編語言或其他高級語言編程，比PLC編程復(fù)雜。c P

16、LC可靠性高，因?yàn)镻LC是為工作環(huán)境條件比擬惡劣的工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)與制造PLC時已采取了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。PLC技術(shù)較容易掌握，使用維護(hù)方便，對使用者的技術(shù)水平要求比使用計(jì)算機(jī)時低。e PLC采用掃描方式進(jìn)行工作，加之其他一些原因，所以PLC輸入輸出響應(yīng)比計(jì)算機(jī)慢。f 此外PLC體積較小，調(diào)試周期短。2.3 S7-300介紹本課題采用SIMATIC S7-300。SIMATIC S7-300系列可編程序控制器PLC是德國西門子公司的產(chǎn)品。S7-300 PLC是SIMATIC S7家族中的小型可編程序控制器，家族中還有中型可編程序控制器S7-200系列以及大型可編程序控制器S

17、7-400系列。S7-300 CPU將一個微處理器、一個集成的電源和假設(shè)干數(shù)字量I/O點(diǎn)集成在一個緊湊的封裝中，組成一個功能強(qiáng)大的PLC。它還提供多種類型的CPU以適應(yīng)各種應(yīng)用要求。不同類型的CPU具有不同的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存容量等規(guī)格參數(shù)。 S7-300的模塊品種齊全，因此，它能適合各種類型的應(yīng)用場合。有以下類型的模塊可供選用：數(shù)字量和模擬量I/O模塊，幾乎對所有類型的現(xiàn)場信號都適合，包括具有中斷處理和診斷功能的模塊數(shù)字量和模擬量Ex I/O模塊，可用于危險防爆場所功能模塊，供計(jì)數(shù)、測量、各種定位控制、凸輪控制和閉環(huán)控制使用通訊模塊，供點(diǎn)對點(diǎn)的鏈接，或通過AS-i、PROFIBUS和工業(yè)

18、以太網(wǎng)進(jìn)行通訊電源模塊，提供24V直流工作電壓接口模塊，當(dāng)用于SIMATIC S7300多層機(jī)架配置時，連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架S7300的模塊具有以下特點(diǎn)。安裝容易傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是通過前連接器連到模塊的，如果模塊被置換，只需將該連接器插入相同類型的新模塊就可，其連線保持不變。前連器上的機(jī)械編碼能起到防止插入其他類型的模塊的作用。組裝密度高S7300節(jié)省空間的原因之一在于每個模塊上帶有大量的通道。帶有832個數(shù)字量通道或28個模擬量通道的模塊可供選用。組態(tài)簡單利用STEP 7，就可對模塊進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)賦值，不用做復(fù)雜的開關(guān)設(shè)定工作。數(shù)據(jù)是集中儲存的，在一個模塊被置換后，數(shù)據(jù)就被自動傳送到新的模塊

19、上以防止轉(zhuǎn)送出錯。診斷/中斷功能 許多模塊還監(jiān)視信號的采集診斷和來自過程的信號過程中斷。這說明，系統(tǒng)能對任何采集出錯或過程事件做出快速響應(yīng)。對于控制器是否應(yīng)該做出響應(yīng)以及做出什么樣的響應(yīng)，用戶能在STEP 7中進(jìn)行組態(tài)。工業(yè)廢水處理系統(tǒng)簡介工業(yè)廢水處理的工藝流程簡介 工業(yè)廢水處理工藝流程圖工業(yè)廢水處理工藝流程簡介 制藥廠污水按濃度上下分別進(jìn)行預(yù)處理，高濃度水先在沉沙池中進(jìn)行沉淀，然后進(jìn)行中和加藥做酸堿中和處理，再進(jìn)入?yún)捬醭剡M(jìn)行生物分解，最后流入調(diào)節(jié)沉淀池2。低濃度廢水經(jīng)沉沙池、中和池后直接進(jìn)入調(diào)節(jié)沉淀池2，與高濃度廢水混合，進(jìn)入調(diào)節(jié)沉淀池2之前，根據(jù)進(jìn)水PH值及流量，自動控制變頻電機(jī)調(diào)速來調(diào)整

20、加藥量，以保證調(diào)節(jié)池出口處PH值穩(wěn)定在7左右。廢水由調(diào)節(jié)沉淀池2進(jìn)入高效生物組合池進(jìn)行兼氧好氧曝氣，在微生物的作用下，污水中的有機(jī)污染物作為營養(yǎng)物質(zhì)被微生物氧化分解，廢水得到凈化，同時微生物得到繁殖。經(jīng)過曝氣處理的廢水去處有機(jī)污染物后，在二沉池進(jìn)行固液別離，別離后的水進(jìn)入后處理池，加藥處理后將清水外排；別離后的污泥進(jìn)入集泥池，經(jīng)濃縮、加藥混合、絮凝反響后，進(jìn)入脫水工房進(jìn)行脫水，泥餅外運(yùn)。另外如果厭氧池或組合生物池中的沉淀池的污泥濃度不夠，還需要進(jìn)行污泥回流。曝氣生物濾池主要依靠填料上生長的微生物的新陳代謝來分解污水中的有機(jī)物。因此，投運(yùn)前應(yīng)培養(yǎng)好濾料層中的生物膜。為盡快培養(yǎng)出良好的生物膜，一是

21、要人工引入活性污泥菌種；二是要提供合理的氧氣量。在水氣比為1：3時出水質(zhì)量好。曝氣量過大或過小都將影響出水的水質(zhì)，因?yàn)闅饬窟^小微生物新陳代謝緩慢。而進(jìn)氣量過大，濾料外表的生物膜將影響微生物的新陳代謝。由此可見：曝氣生物氧化、氣浮法處理污水簡單易行，出水水質(zhì)好。曝氣氧化濾池的汽水比是否合理是影響其出水水質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)下大力氣調(diào)試摸索，篩選出其最正確運(yùn)行參數(shù)。經(jīng)過曝氣處理的廢水去除有機(jī)污染物后，在二沉池進(jìn)行固液別離，別離后的水進(jìn)入后處理池，加藥處理后將清水外排；別離后的污泥進(jìn)入集泥池，經(jīng)濃縮、加藥混合、絮凝反響后，進(jìn)入脫水工房進(jìn)行脫水，泥餅外運(yùn)。另外如果厭氧池或組合生物池中沉淀池的污泥濃度不夠，

22、還需進(jìn)行污泥回流。工業(yè)廢水處理過程中的PLC控制 污水處理廠的監(jiān)視控制方式應(yīng)當(dāng)考慮污水與污泥處理設(shè)施規(guī)模、布置、形式、擴(kuò)建、維護(hù)管理體制、經(jīng)濟(jì)性等方面的問題來選擇。 為了提高效率，在污水處理廠中，應(yīng)當(dāng)引進(jìn)遠(yuǎn)距離監(jiān)視和自動控制方式、但考慮到建設(shè)費(fèi)及維護(hù)管理體制，應(yīng)盡可能選用簡單的監(jiān)視控制方式。 3.2.1 工業(yè)廢水處理中的自動控制 圖3.2是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。系統(tǒng)中，采用德國西門子公司的SIMATIC S7系列PLC作為現(xiàn)場的控制設(shè)備，用于通過AD模塊處理模擬信號。同時，PLC作為下位控制器，通過通訊總結(jié)，直接與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。PLC通過與上位計(jì)算機(jī)的通訊，可以修改PLC中的各種參數(shù)數(shù)

23、據(jù)，PLC也同時向計(jì)算機(jī)發(fā)送測得的參數(shù)數(shù)據(jù)，以便計(jì)算機(jī)顯示實(shí)時參數(shù)數(shù)據(jù)和存入數(shù)據(jù)庫。 在本設(shè)計(jì)中我們應(yīng)用S7-300。S7300由多種模塊部件組成，各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，滿足不同的應(yīng)用要求。各模塊安裝在DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，并用螺絲固定。這種結(jié)構(gòu)形式既可靠，又能滿足電磁兼容要求。背板總線集成在各模塊上，通過將總線連接器插在模塊的背后，使背板總線連成一體，在一個機(jī)架上最多可并排安裝8個模塊不包括CPU模塊和電源模塊。 S7300有各種不同性能檔次的CPU模塊可供使用。標(biāo)準(zhǔn)CPU提供范圍廣泛的根本功能，如指令執(zhí)行、I/O讀寫、通過MPI和CP模塊的通訊，緊湊型C

24、PU本機(jī)集成I/O,并帶有高速計(jì)數(shù)、頻率測量、定位和PID調(diào)節(jié)等技術(shù)功能。局部CPU還集成了點(diǎn)到點(diǎn)或PROFIBUS通訊接口。 S7300的指令集包括350多條指令，包括了位指令、比擬指令、定時指令、計(jì)數(shù)指令、整點(diǎn)和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算指令等。CPU的集成系統(tǒng)功能提供了例如中斷處理和診斷信息等這樣一類系統(tǒng)功能，由于它們使集成在CPU的操作系統(tǒng)中，因此也省了很多RAM空間。 系統(tǒng)組成及功能定位污水凈化工程的儀表化、設(shè)備化、自動化有了迅速的開展。在現(xiàn)代化的污水處理廠中，自動化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工藝要求，維持設(shè)備正常運(yùn)行，提高工作效率的重要保證，正如人的神經(jīng)系統(tǒng)一樣，將全廠的工藝、設(shè)備連成一個統(tǒng)一的整體，協(xié)調(diào)運(yùn)行。整

25、個系統(tǒng)分為四層：第一層為現(xiàn)場測量、控制層，又叫現(xiàn)場PLC控制站，主要有現(xiàn)場PLC與遠(yuǎn)程I/O鏈、在線檢測及分析儀表、電控設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備等組成。其直接面向生產(chǎn)過程，是自動化控制系統(tǒng)的根底。污水處理使用大量在線檢測及分析儀表，這些儀表通常將測得的工藝參數(shù)如流量、壓力、液位、PH值等以標(biāo)準(zhǔn)信號形式送入現(xiàn)場PLC控制站進(jìn)行處理、分析、報警和信息傳遞。同時現(xiàn)場PLC控制站可發(fā)出同樣形式的標(biāo)準(zhǔn)信號來控制某些連續(xù)動作裝置如調(diào)節(jié)閥等；現(xiàn)場PLC控制站也可以控制繼電器話中間繼電器輔助觸點(diǎn)上取得開關(guān)量輸入信號，以獲得設(shè)備的狀態(tài)例如泵的運(yùn)行/停止、閥門的開/關(guān)等；現(xiàn)場PLC還可以發(fā)出開關(guān)量輸出信號，此信號可用來觸發(fā)

26、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而傳遞等任務(wù)均可由現(xiàn)場PLC控制站完成。第二層為集中監(jiān)視、操作層，又叫中心控制室，主要有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)效勞器、輸入/輸出設(shè)備等組成。它是整個自動化控制系統(tǒng)中人機(jī)信息交換的中心，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等設(shè)備長期在線運(yùn)行，定時檢測各現(xiàn)場PLC控制站采集的數(shù)據(jù)，對各工藝參數(shù)、動力及變、配電設(shè)備的工作狀態(tài)實(shí)時顯示、記錄、存儲、打印、事故報警等。系統(tǒng)操作人員通過輸入設(shè)備可開/關(guān)或調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)，方便地進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)選擇控制方式、繪制顯示圖表、建立有關(guān)數(shù)據(jù)庫，自動生成生產(chǎn)所需的應(yīng)用軟件及幫助軟件。經(jīng)過系統(tǒng)組態(tài)后，把生成的應(yīng)用軟件向下傳遞到各相關(guān)現(xiàn)場PLC控制站 ，就可以具體實(shí)施。根據(jù)以上要

27、求中心控制室至少能顯示以下四類畫面：第一、過程狀態(tài)顯示畫面。其主要包括區(qū)域畫面、總貌畫面、回路畫面、三維立體等；第二、工藝流程運(yùn)態(tài)顯示畫面。其包括工藝流程、工藝參數(shù)定時刷新、設(shè)備啟/停狀態(tài)畫面；第三、趨勢顯示畫面。其實(shí)顯示分為實(shí)時趨勢和歷史趨勢，其主要顯示形式為曲線圖和棒壯圖等；第四、文件顯示。其主要包括班、日、周、月、年生產(chǎn)報表，報警匯總表，自定義時間清單等。中心控制室除以上功能外還應(yīng)具備上呈下達(dá)的功能，能夠?qū)崟r地將各類信號及時傳誦到現(xiàn)場PLC控制站和廠部生產(chǎn)管理層。第三層為廠部生產(chǎn)管理層，它是一個小型的局域網(wǎng)，主要有假設(shè)干計(jì)算機(jī)終端、輸入/輸出設(shè)備等組成。其主要負(fù)責(zé)污水處理廠的決策管理、辦

28、公應(yīng)用并建立數(shù)據(jù)庫，提高污水處理廠的綜合信息管理能力，實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)的優(yōu)化和降低處理本錢，從而取得最正確的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。第四層為公司生產(chǎn)調(diào)設(shè)層，其主要有上位機(jī)、終端、輸入/輸出設(shè)備等組成?？刂葡到y(tǒng)組成根據(jù)工藝要求，本系統(tǒng)的電控系統(tǒng)采用以工控機(jī)顯示工藝流程控制、顯示報警信號等為上位機(jī)，PLC控制為下位機(jī)，控制儀表等設(shè)備為現(xiàn)場控制單元的三級分布式控制系統(tǒng)，下位機(jī)和上位機(jī)之間采用串口通訊，PLC和控制儀表之間采用標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，如圖2所示。上位機(jī)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，主要功能為顯示工藝流程、電機(jī)及電磁閥等的運(yùn)行狀態(tài)及控制、故障報警、故障發(fā)生的部位及處理方法；顯示電機(jī)電流、溫度、液位、水泵流量、

29、pH值等模擬量，并且能將上述值生成報表，以供查閱，其數(shù)據(jù)存入硬盤，供定時及隨時打印。軟件采用組態(tài)軟件，主要用來建立圖形、監(jiān)控畫面和各種圖形內(nèi)部的管理。驅(qū)動程序主要用來構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括主畫面和分畫面，主畫面內(nèi)容包括所有設(shè)備及管線。畫面中各參數(shù)的設(shè)定都是依靠下位機(jī)PLC的改變而改變的。工作人員通過這些畫面隨時監(jiān)控各個電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，主回路和控制回路的運(yùn)行狀況，而且可隨時根據(jù)處理污水的狀況而直接控制電動機(jī)的運(yùn)行。本系統(tǒng)采用兩臺上位機(jī)，一臺為工程師站，另一臺為操作員站，分別設(shè)定不同的權(quán)限。下位機(jī)采用西門子SIMATICS7-300通用型PLC，并用ET-200擴(kuò)展為4個機(jī)架，放置

30、于中控室。主要用于實(shí)現(xiàn)工藝邏輯控制及控制算法，并可直接控制電動機(jī)及電磁閥，同時通過A/D轉(zhuǎn)換采集現(xiàn)場控制單元的輸入信號。根據(jù)工藝要求，PLC得電自檢無誤后，根據(jù)外部傳送信號來控制電動機(jī)的啟停和報警。當(dāng)電路發(fā)生短路、斷路或過載時電動機(jī)將停止，同時發(fā)出報警，或有超高液位時也報警。PLC將根據(jù)液位以及模擬量的狀態(tài)來決定電動機(jī)的啟?！，F(xiàn)場控制單元由控制儀表組成，用于控制系統(tǒng)中的模擬量，主要完成從現(xiàn)場采集模擬信號，變送為標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，送PLC進(jìn)行數(shù)字PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后，控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能。元件具體控制要求a 組合池組合池共分4個區(qū)，每個區(qū)都由兼氧曝氣池、一氧池、一沉池和二氧池組成，包括1個反

31、沖排水閥，2個反沖空氣閥，4個排泥閥和2個污泥回流閥。4個區(qū)工作情況相同。以組合池1為例，污水由調(diào)節(jié)沉淀池2提升至組合池1， 進(jìn)行兼氧-好氧曝氣后，進(jìn)入一沉池，在一沉池配水槽內(nèi)設(shè)有液位儀，當(dāng)液位高于此高度時，開始反沖排水，反沖排水時，為了不使反沖污水進(jìn)入下一道工序，先開反沖排水閥，再開兩個空氣閥反沖。反沖時間由現(xiàn)場調(diào)試確定，反沖時間到時，先關(guān)兩個空氣閥，再關(guān)排水閥。組合池1的4個排泥閥，根據(jù)現(xiàn)場需要開啟或關(guān)閉。組合池1的2個污泥回流閥用來實(shí)現(xiàn)污泥回流，當(dāng)一沉池污泥濃度不夠時開啟集泥池排泥泵，然后翻開污泥回流閥使污泥回流。組合池其他三個區(qū)工作情況同組合池1。b 二沉池二沉池共有6個池子，每個池子

32、結(jié)構(gòu)相同，自控系統(tǒng)都包括一個液位儀，一個反沖排水閥，和一個反沖空氣閥。其工作情況和組合池反沖排水類似。當(dāng)配水槽液位高于設(shè)定值時，開始反沖排水，反沖時先開排水閥，再開空氣閥，關(guān)閉時，先關(guān)空氣閥，再關(guān)排水閥。在后處理池出口處，有COD在線儀，檢測排放水COD是否達(dá)標(biāo)，檢測值要在上位機(jī)中顯示并要求能報警。鍋爐房鍋爐要預(yù)留一些PLC輸入輸出點(diǎn)，與鍋爐配合。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)簡述一個完整的PLC應(yīng)用系統(tǒng)包括兩方面的內(nèi)容：PLC控制系統(tǒng)和人機(jī)界面。PLC控制系統(tǒng)對控制現(xiàn)場進(jìn)行參數(shù)采集并完成控制功能；人機(jī)界面是人與控制系統(tǒng)進(jìn)行信息及數(shù)據(jù)交流的一個窗口。設(shè)計(jì)人員不但要熟悉PLC的硬件，還要熟悉PLC軟件，以

33、及人機(jī)界面軟件的編制方法和遵循的原那么。a PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。PLC的控制系統(tǒng)由系統(tǒng)的硬件及PLC軟件組成?？刂葡到y(tǒng)的硬件由PLC及I/O設(shè)備構(gòu)成。PLC控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制的根底，一個好的控制系統(tǒng)對提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)率起著非常重要的作用。人機(jī)界面指的是介于人與PLC控制系統(tǒng)之間的一個界面。操作人員可以通過人機(jī)界面與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的處理和交流。人機(jī)界面可以看成是人與硬件計(jì)算機(jī)、PLC等、控制軟件的交叉局部。人可以通過人機(jī)界面與計(jì)算機(jī)、PLC進(jìn)行信息交換，向PLC控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、信息和控制命令；而PLC控制系統(tǒng)又可以通

34、過人機(jī)界面，在可編程序的終端、計(jì)算機(jī)上回送控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和有關(guān)信息給用戶。由此可知，人機(jī)界面充分地表達(dá)了PLC控制系統(tǒng)的I/O功能及用戶對系統(tǒng)工作情況進(jìn)行操作的控制功能。b 在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)遵循以下的根本原那么，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量:最大限度地滿足被控對象的控制要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前，除了需理解被控對象的各種技術(shù)要求外，還應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地的調(diào)查研究、收集資料、訪問有關(guān)的技術(shù)人員和實(shí)際操作人員，然后擬定設(shè)計(jì)方案，并請有關(guān)專家論證，最后確定設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)力求簡單在滿足控制要求的條件下，力求使PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且維護(hù)方便。系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠控

35、制系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的必要保證，是衡量控制系統(tǒng)好壞的因素之一?？刂葡到y(tǒng)能方便地進(jìn)行功能擴(kuò)展、升級在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量，以便日后開展生產(chǎn)和改良工藝的需要。人機(jī)界面友好對于包含人機(jī)界面的PLC應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的人機(jī)界面應(yīng)使用戶感到方便、更容易操作和使用PLC控制系統(tǒng)。I/O點(diǎn)數(shù)分配表4.1 PLC I/O點(diǎn)數(shù)分配圖PLC地點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)DI點(diǎn)數(shù)DO點(diǎn)數(shù)AI點(diǎn)數(shù)AO點(diǎn)數(shù)組合池PLC組合池129151400組合池229151400組合池329151400組合池429151400總結(jié)116605600二沉池PLC二沉池54302400后處理池10010鼓風(fēng)機(jī)房311051

36、60中控室65100總結(jié)9245301704.3 PLC控制的有關(guān)元素賦值如下：I16.0組合池排泥閥1 開位置I16.1組合池排泥閥1 關(guān)位置I16.2組合池排泥閥2 開位置I16.3組合池排泥閥2 關(guān)位置I16.4組合池排泥閥3 開位置I16.5組合池排泥閥3 關(guān)位置I16.6組合池排泥閥4 開位置I16.7組合池排泥閥4 關(guān)位置I17.0組合池排泥閥5 開位置I17.1組合池排泥閥5 關(guān)位置I17.2組合池排泥閥6 開位置I17.3組合池排泥閥6 關(guān)位置I17.4組合池排泥閥7 開位置I17.5組合池排泥閥7 關(guān)位置I17.6組合池排泥閥8 開位置I17.7組合池排泥閥8 關(guān)位置I18.

37、0組合池排泥閥9 開位置I18.1組合池排泥閥9 關(guān)位置I18.2組合池排泥閥10 開位置I18.3組合池排泥閥10 關(guān)位置I18.4組合池排泥閥11 開位置I18.5組合池排泥閥11 關(guān)位置I18.6組合池排泥閥12 開位置I18.7組合池排泥閥12 關(guān)位置I19.0組合池排泥閥13 開位置I19.1組合池排泥閥13 關(guān)位置I19.2組合池排泥閥14 開位置I19.3組合池排泥閥14 關(guān)位置I19.4組合池排泥閥15 開位置I19.5組合池排泥閥15 關(guān)位置I19.6組合池排泥閥16 開位置I19.7組合池排泥閥16 關(guān)位置I20.0組合池反沖排水閥1 開位置I20.1組合池反沖排水閥1 關(guān)

38、位置I20.2組合池反沖排水閥2 開位置I20.3組合池反沖排水閥2 關(guān)位置I20.4組合池反沖排水閥3 開位置I20.5組合池反沖排水閥3 關(guān)位置I20.6組合池反沖排水閥4 開位置I20.7組合池反沖排水閥4 關(guān)位置I21.0組合池反沖空氣閥1 開位置I21.1組合池反沖空氣閥1 關(guān)位置I21.2組合池反沖空氣閥2 開位置I21.3組合池反沖空氣閥2 關(guān)位置I21.4組合池反沖空氣閥3 開位置I21.5組合池反沖空氣閥3 關(guān)位置I21.6組合池反沖空氣閥4 開位置I21.7組合池反沖空氣閥4 關(guān)位置I22.0組合池反沖空氣閥5 開位置I22.1組合池反沖空氣閥5 關(guān)位置I22.2組合池反沖

39、空氣閥6 開位置I22.3組合池反沖空氣閥6 關(guān)位置I22.4組合池反沖空氣閥7 開位置I22.5組合池反沖空氣閥7 關(guān)位置I22.6組合池反沖空氣閥8 開位置I22.7組合池反沖空氣閥8 關(guān)位置I23.0組合池配水槽液位儀1 I23.1組合池配水槽液位儀2I23.2組合池配水槽液位儀3I23.3組合池配水槽液位儀4I23.4備用I23.5備用I23.6備用I23.7備用I24.0二沉池反沖排水閥1 開位置I24.1二沉池反沖排水閥1 關(guān)位置I24.2二沉池反沖排水閥2 開位置I24.3二沉池反沖排水閥2 關(guān)位置I24.4二沉池反沖排水閥3 開位置I24.5二沉池反沖排水閥3 關(guān)位置I24.6

40、二沉池反沖排水閥4 開位置I24.7二沉池反沖排水閥4 關(guān)位置I25.0二沉池反沖排水閥5 開位置I25.1二沉池反沖排水閥5 關(guān)位置I25.2二沉池反沖排水閥6 開位置I25.3二沉池反沖排水閥6 關(guān)位置I25.4二沉池反沖空氣閥1 開位置I25.5二沉池反沖空氣閥1 關(guān)位置I25.6二沉池反沖空氣閥2 開位置I25.7二沉池反沖空氣閥2 關(guān)位置I26.0二沉池反沖空氣閥3 開位置I26.1二沉池反沖空氣閥3 關(guān)位置I26.2二沉池反沖空氣閥4 開位置I26.3二沉池反沖空氣閥4 關(guān)位置I26.4二沉池反沖空氣閥5 開位置I26.5二沉池反沖空氣閥5 關(guān)位置I26.6二沉池反沖空氣閥6 開位置I26.7二沉池反沖空氣閥6 關(guān)位置I27.0二沉池液位儀1I27.1二沉池液位儀2I27.2二沉池液位儀3I27.3二沉池液位儀4I27.4二沉池液位儀5I27.5二沉池液位儀6Q16.0組合池排泥閥1 開Q16.1組合池排泥閥1 關(guān)Q16.2組合池排泥閥2 開Q16.3組合池排泥閥2 關(guān)Q16.4組合池排泥閥3 開Q16.5組合池排泥閥3 關(guān)Q16.6組合池排泥閥4 開Q16.7組合池排泥閥4 關(guān)Q17.0組合池排泥閥5 開Q17.1組合池排泥閥5 關(guān)Q17.2組合池排泥閥6 開Q17.