基于PLC電氣控制的水處理系統(tǒng)

河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院1緒論課題的提出水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征。我們這個水資源和電能源短缺的國家，面臨城市污水肆意排放，生活用水水質(zhì)日益下降，如何使水質(zhì)達到日常生活、工業(yè)生產(chǎn)可靠性、穩(wěn)定性的要求，直接影響著居民正常工作和經(jīng)濟的發(fā)展。隨著工業(yè)制造的迅速發(fā)展，儀器設(shè)備對水質(zhì)的要求也越來越高。傳統(tǒng)方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式應(yīng)朝著高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，基于PLC電氣控制技術(shù)、電氣自動化技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時該系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。水處理自動控制的發(fā)展前景水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展始終追隨水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢，其目的是使凈水、方便、系統(tǒng)運行效率更高、更加環(huán)保和節(jié)能。水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢在凈水行業(yè)，現(xiàn)有的城鎮(zhèn)凈水廠已經(jīng)趨于完善，但在農(nóng)村的飲水狀況卻讓人擔(dān)憂，大部分的農(nóng)村人口直接飲用地下水或地表水，農(nóng)村集中供水是一種發(fā)展趨勢。農(nóng)村凈水廠的建設(shè)將是凈水廠的主要組成之一。市水資源，能夠在很大程度上緩解城市水資源匱乏的狀態(tài)，并進一步減少對下游城市水資源的污染，降低下游城市水資源的凈化難度。-1-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院根據(jù)《城市污水處理及污水防治技術(shù)政策50％，60％，70％。新建污水廠仍是我國治理水資源的一個重要組成。不同。水處理工藝的多樣性、復(fù)雜性也是水處理行業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢。其便捷穩(wěn)定的控制變得至關(guān)重要。水處理行業(yè)自動控制需求針對水處理行業(yè)發(fā)展的趨勢，水處理行業(yè)對自動控制的需求主要有以下幾個方面：PLCPLCPLCPLC以及儀表能夠支持通用的開放通訊協(xié)議標準。PLCPLCPLCPLCPLCPLCPLC的情況下，也能夠最低限度的減少故障損失。BOT最快的資金周轉(zhuǎn)周期，而自動系統(tǒng)的調(diào)試是水廠正常運行調(diào)試的最后一個環(huán)節(jié)，這就需要現(xiàn)場調(diào)試的效率高。效率主要體現(xiàn)在兩個方面，一個是調(diào)節(jié)周期短，二是調(diào)試效果好，系統(tǒng)運行穩(wěn)定合理。水處理行業(yè)自控系統(tǒng)發(fā)展趨勢業(yè)的自控系統(tǒng)在未來發(fā)展主要方向包含以下幾個方面。高，而現(xiàn)在通常應(yīng)用的冗余系統(tǒng)中，多數(shù)為雙機架冗余，成本相對單機系統(tǒng)會提PLCPLC-2-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院CPUPLC不間斷的正常運行，保證出水水質(zhì)。PLC合理的通訊端口設(shè)置 在水處理廠智能儀表與現(xiàn)場設(shè)備集成的PLC分布比較分散通訊擴展接口應(yīng)該可以通過在主站以及從站任意槽位上增加通訊接口模塊實現(xiàn)。即通訊接口模塊的使用不能受到本地背板或遠程背板的限制組態(tài)軟件豐富的驅(qū)動程序PLC、儀表、移動通訊設(shè)備以及其他具有通訊功能的自控設(shè)備的驅(qū)動程序，以便在項目改造、擴建過程中上位組態(tài)軟件與下位自控設(shè)備兼容，使水處理項目可以通過一個組態(tài)軟同時降低項目成本專業(yè)程序模塊PLC數(shù)據(jù)分析、技術(shù)支持IO場數(shù)據(jù)進行分析，從而得出最佳的運行參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)修改現(xiàn)場控制站的程序。遠程監(jiān)控編程軟件實現(xiàn)遠程登錄也是一個發(fā)展趨勢，編程人員可以在任何能夠登錄InternetPLCPLC可編程控制器的定義可編程控制器，簡稱PLC(ProgrammablelogicController)，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987年國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee)頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義是一專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運-3-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！盤LC的發(fā)展和應(yīng)用PLC1969(DEC)研制的。限于當(dāng)PLC2070PLCPLC2070模擬量運算、PID2080年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控20-4-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院S7-200PLCPLCS7PLC，19982004如下：功能強大。S7-2005CPU7I/O38I/O，30KB間；先進的程序結(jié)構(gòu)，功能強大、使用方便的編程軟件；靈活方便的尋址方法。本課題的主要研究內(nèi)容本設(shè)計是以工業(yè)用水處理系統(tǒng)為控制對象，采用PLC控制技術(shù)，設(shè)計了一套滿足工業(yè)水質(zhì)要求的自動化水處理系統(tǒng)，并利用觸摸屏對水處理系統(tǒng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控和管理，保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全，獲得最佳的運行狀態(tài)。PLC331PLCPID調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。根據(jù)以上控制要求，進行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計。硬件設(shè)備選型、PLCI/OI/OI/OI/OI/O-5-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定水處理自動控制系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)控制采用PLC控制方式實現(xiàn)自動控制，設(shè)有手動／自動轉(zhuǎn)換功能?？梢噪S時根據(jù)系統(tǒng)各設(shè)備的運行狀況對系統(tǒng)的控制方式及工藝參數(shù)進行調(diào)整。在手動方式下，對各單元（如自動閥，水泵）進行獨立操作。生產(chǎn)過程中系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，及時發(fā)出警報。主要的工藝參數(shù)（如壓力，電導(dǎo)率等實時了解系統(tǒng)各設(shè)備的運行參數(shù)。報警及保護高液位報警：原水箱、中間水箱、純水箱水位高過高設(shè)定值，發(fā)出高液位信號，受控單元停止工作。中液位報警：原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過中設(shè)定值，發(fā)出中液位信號，受控單元啟動工作。低液位報警：原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過低設(shè)定值，發(fā)出低液位信號并停止出水泵。RORO-6-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院水泵故障報警：水泵熱繼電器動作，發(fā)出故障信號，并停止故障泵手動／自動轉(zhuǎn)換功能手動操作方式主要用于應(yīng)急或檢修，以保證生產(chǎn)供水需求自動操作方式：平時正常工作普遍采用的方式，其整個工作過程不需要人員干預(yù)，全自動運行。系統(tǒng)單元控制預(yù)處理單元石英砂過濾器、活性炭過濾器為全自動操作運行和反洗。ROROPLCRO對RO，當(dāng)產(chǎn)水電導(dǎo)達到預(yù)定值時，關(guān)閉產(chǎn)水不合格排放閥。反滲透正常運行過程保護說明：檢測進水壓力是否達到要求的設(shè)備為進水低壓壓力開關(guān)；為確保反滲透的正常運行，考慮到運行過程中以及高壓泵啟動時，對管路會造成瞬時或不間斷的壓力失常、損失等情況，會造成壓力開關(guān)的誤動作，從而造成系統(tǒng)報警、停止，故在檢測進水壓力動作時，考慮了一定的延時。檢測高壓泵是否故障的設(shè)備為高壓泵保護器。濃水管道設(shè)置高壓保護開關(guān)，檢測到濃水側(cè)壓力過高時，系統(tǒng)報警并打開濃水排放電動閥門，進行瀉流。RORO水閥，預(yù)處理延遲運行一段時間，用經(jīng)預(yù)處理的原水對RO膜組件自動低壓沖洗-7-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院5min，以避免濃水中的高濃度鹽類在RO膜表面沉積結(jié)垢而影響膜的性能，然后自動關(guān)閉濃水電動閥，并停止沖洗。長時間停運，在沖洗后應(yīng)注入保護液。清洗系統(tǒng)由于清洗裝置是反滲透系統(tǒng)的維護設(shè)備，運行時間和頻率比較低，一般幾個月運行一次，建議采用手動控制方式進行；清洗進行時，首先確保清洗檢查清洗設(shè)備和反滲透裝置之間的管道連接，開啟清洗水泵，清洗裝置進入開啟狀態(tài)。水處理系統(tǒng)工藝流程概述RO原水到達原水電磁閥，電磁閥開，原水流入原水箱內(nèi)。原水箱內(nèi)的水通過原水泵流經(jīng)兩個石英砂過濾器罐體，將水質(zhì)中泥沙過濾在其中。過濾后的水流入活性炭過濾器罐體，活性炭吸附微笑顆粒。5umPH3um清洗系統(tǒng)RO影響水質(zhì)還會縮短其使用壽命。那么就有必要在雙級RO3um-8-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院循環(huán)水系統(tǒng)用水池內(nèi)的如果水體長時間靜止，水表面塵埃會逐漸積累，同時水體內(nèi)細菌也會迅速滋生繁衍。那么就應(yīng)該考慮過濾表面的灰塵同時殺除水體內(nèi)細菌。用水池上部有一吸水池，將管道伸入吸水池中用于吸水，開啟循環(huán)水泵使水進入多介質(zhì)罐體。多介質(zhì)罐體內(nèi)填充不同顆粒大小的石英砂和活性炭。殺菌劑用計量泵與過濾后的水重新流入用水池。停止循環(huán)水泵運行，開啟反洗水泵使水流入罐體，開啟手動排水蝶閥使水排除從而達到清洗罐體的目的。-9-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院3電氣系統(tǒng)原理圖電氣系統(tǒng)主回路原理圖RO-10-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院RO34KW，100ACNGV2點，方便控制回路的接線。GV2生過載、短路、欠壓的情況下進行可靠的保護。各泵空開連接交流接觸器，接觸器廣泛的用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令。主接點一般只有常開和常閉接點。-11-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院清洗系統(tǒng)主回路原理圖C6A1PPLC和變壓器，作為兩者的電源。220V24V，24V24V+24V—。變壓器的主要作用是電壓變換，電壓升高或者降低。主要分類為：生涯變壓器、降壓變壓器。為了在緊急情況下可以立即停止整個系統(tǒng)運行，從主電源C6A1P220V-12-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.1.2 循環(huán)水系統(tǒng)主回路原理圖-13-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院10KW10KW動電流較大，線路壓降大，負載端電壓降低，影響起動電機附近電氣設(shè)備的正常運行。一般采用減壓起動。所謂減壓起動，是指起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，待電動機啟動后再將電壓恢復(fù)到額定值，使之運行在額定電壓下。減壓啟動可以減少起動電流，減小線路電壓降，也就減小了起動時對線路的影響。22KW行。為了能起到保護的作用起動時運用星型—三角型減壓起動控制。起動時，定子繞組先接成星型，待電動機轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，將定子繞組換接成三角形，電機便進入全壓下的正常運轉(zhuǎn)。-14-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣系統(tǒng)控制回路原理圖RO整個電氣控制系統(tǒng)利用三位轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)手動、自動的轉(zhuǎn)化。標號100的線20024V+PLCQ0.0KA1KA1KA2KA2QF1QF1I1.4PLC-15-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院主回路中原水泵啟動，接觸器KM1KA3KA3阻垢劑泵的三位開關(guān)在手動、自動滿足條件的情況下，繼電器KA4通電，KA4常開點閉合，阻垢劑泵運行，阻垢劑泵運行指示燈亮。-16-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院當(dāng)一級高壓泵運行，接觸器KM2QF2I1.5PLCKA6水閥運行指示燈亮。KM4QF4I2.1PLC-17-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院KA8KA8，PH，PH燈亮。-18-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院當(dāng)二級高壓泵運行，接觸器KM3QF3I2.0PLCKA10濃水閥運行指示燈亮。當(dāng)純水運行，接觸器KM5水過載，空開QF5過載指示燈亮。-19-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼電器KA12通電，KA12常開點閉合，紫外燈殺菌器開。KM6QF6清洗水泵過載指示燈亮。-20-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院為了實時檢測各個水箱的液位，在每個水箱內(nèi)用液位浮球?qū)崟r檢測。置于液PLC24V-21-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院PLC為了檢測處理后的水是否得到所需要求，用電導(dǎo)率表、電阻率表的探頭伸入反滲透裝置的出水口，用以檢測水質(zhì)。-22-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院循環(huán)水系統(tǒng)控制回路原理圖KM1AKM1AKT1起動。KM1BKM1C-23-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院1KM211FR2112KM322FR322-24-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院KA1常閉點斷開，1#進水閥開。1#進水閥指示燈亮。-25-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院KA2常閉點斷開，2#進水閥開。2#進水閥指示燈亮。LS3KA3亮。KA1，KA2KA4，KA4加藥泵運行指示燈亮。-26-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院潛污泵手動操作起動、停止。1#KM41#FR4潛污泵停止運行，過載指示燈亮。-27-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2#潛污泵手動啟動，接觸器KM5潛污泵運行指示燈亮。2#FR53#潛污泵手動啟動，接觸器KM6潛污泵運行指示燈亮。3#FR6-28-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院PLCI/O3.3.1 PLCI/O-29-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.3.1 PLC-30-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計PLCPLCSIEMENSV4.0STEP7MicroWIN編程軟件SIMATIC(STL)(LAD)語言、功能塊圖(FWD)語言。語句表(STL)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計算機語言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計和運行維護人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。PLC控制程序由一個主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計算機上完成，PC/PPIPLC，控制任務(wù)的完成，是通過在RUN下主機循環(huán)并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)PLC為了方便了解水箱內(nèi)水的多少，分別在原水箱、中間水箱、純水箱，試驗水池放入高、中、低浮球。當(dāng)液面到達指定位置時浮球閉合，將信號傳入控制模塊內(nèi)。不低，中間水箱不滿的情況下，原水泵開，預(yù)處理閥開，阻垢劑泵開。預(yù)處理閥1sPH1s-31-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院當(dāng)二級高壓泵入水低壓、出水高壓的情況下二級高壓泵關(guān)。在純水箱不低、試驗水池不滿的情況下，純水泵開、紫外燈開。原水箱水位高位的情況下，原水電磁閥關(guān)。原水箱水位低、中間水箱水位高1s1sPH紫外燈關(guān)。由于清洗系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)只在短時需要的情況下運行，所以選擇手動操作。-32-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院PLC-33-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-34-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-35-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-36-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-37-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-38-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-39-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-40-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院-41-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院5結(jié)束語本文針對工業(yè)對水質(zhì)要求的特點，設(shè)計開發(fā)了一套基于PLC的電氣自動化控制的水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用PLC實現(xiàn)對多臺水泵電機的啟動和停止運行，同時把水泵電機控制納入自動控制系統(tǒng)。壓力傳感器將電信號傳送給控制模塊根據(jù)壓力大小控制高壓泵起停，保證了高壓泵的安全運行。利用電導(dǎo)率表、電阻率表實時監(jiān)控產(chǎn)水質(zhì)量，該系統(tǒng)不僅有效地保證了水處理系統(tǒng)產(chǎn)水質(zhì)量，而且具有工作可靠、施工簡單、節(jié)能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優(yōu)點。通過對控制過程和原理的分析，利用西門子V4.0STEP7MicroWINSP6編程軟件設(shè)計了一個用于純水處理系統(tǒng)的程序。為了方便監(jiān)控各個水箱水位和各泵的運行情況，將PLC的信號輸入到觸摸屏內(nèi)。從觸摸屏上就可觀測到整個系統(tǒng)的運行情況，不緊大大節(jié)省了人力的損耗，而且對系統(tǒng)的操作更便捷。當(dāng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)停止運行，發(fā)出故障報警信號。利用電控柜上的指示燈來觀察每一臺水泵是否正常運行。相對應(yīng)的綠色指示燈亮說明水泵正常運行，當(dāng)水泵過載時對應(yīng)紅色指示燈亮，系統(tǒng)停止運行。為了方便操作與維修，此系統(tǒng)可手動運行和自動運行。利用三位開關(guān)切換手動/自動。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。在提高自己的同時，我也更加清楚的認識到自己的一些不足之處。比如：在I/O但經(jīng)過這半年的自學(xué)，以及向老師、同學(xué)們請教，我對這些知識有了更深入的理解。通過這半年的實踐和學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多課本中無法涉及到的知識，體會到了工程設(shè)計的復(fù)雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。在以后的學(xué)習(xí)和生活中，我會不斷的提高、充實自己，爭取獲得更大的成績。-42-河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院參考文獻崔金貴.變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討[J]報,2000,1:84-88張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實踐[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002,135-137金傳偉,毛宗源.變頻調(diào)