污水净化处理系统的PLC控制.doc

1、摘 要目前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当，效率普遍低于世界标准。污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理是急需解决的主要问题。中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。本文介绍了工业污水净化处理的基本内容，并通过研究设计一套基于PLC控制的污水处理系统。文章首先介绍了基于PLC污水净化处理控制系统的工艺及相关流程以及设计PLC控制系统的步骤，来说明PLC在污水处理过程中的应用。按照工艺要求设计PLC控制系统，其中包括PLC的选型、IO分配

2、以及按照污水处理工艺编制PLC程序。关键词：污水处理，PLC，工艺流程 目 录摘要11 前言32 设计课题要求43 工业污水处理控制系统介绍53.1工业污水处理基本概念53.2 常用的工业污水处理工艺53.3本次设计任务描述、系统组成及工艺流程64 PLC的设计104.1 PLC的介绍104.2 PLC选型124.3 PLC的I/O分配图及接线图144.4 PLC程序设计165 调试和运行结果215.1硬件系统的调试215.2软件系统的调试215.3运行结果22参考文献23总 结24致 谢251 前 言水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。然而，水资源是有限

3、的。据报道我国人均拥有淡水量为2400吨，为世界平均值的1/4，在全球149个国家（参与统计国家中），我国人均淡水资源位居110位，属于淡水资源贫乏的国家。而且我国水资源时空分布极不均衡，全国500多个城市缺水，其中多个严重缺水，北方地区缺水现象尤其严重，人均拥有淡水量仅有240吨。令人担忧的是淡水总量日益减少，用水成本不断升高，淡水的浪费非常严重。我国北方地区水资源的超采，己形成漏斗地势、水位下降、湖泊干涸、河水断流、生态恶化。淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。随着社会的发展，水资源已经成为影响工业发展的重要因素，现代工业中生产工艺和设备对

4、水质要求越来越高。但是我国工业用水耗费高，重复利用水少，中水使用率不高，有关资料显示，我国的工业用水重复利用率平均为40%50%。目前全国城市污废水的处理率（达排放标准的）仅有10%左右，其余的污废水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国工业系统水资源利用的突出问题。据统计，由于水质污染，我国已有大约3亿人的饮水发生不安全现象，其中1.9亿人的饮水是超标水。气象学家预测，2100年全球变暖加剧，地表将有1/3的面积变为沙漠，那时，干旱将威胁全球一半的大陆人类的生存。这些现象都是水污染产生的严重后果，因此工业污水处理项目的实施已经刻不容缓。众多迹象表面，水资源的短缺无

5、疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈，因此世界各国越来越重视水处理和水的再利用，通过各种技术进一步提高供水质量，提高经济效益。并且工业污水处理过程中，经过厌氧和好氧处理，污水中的热量、沼气等再生能源可以为工业生产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的。随着环境保护的呼声越来越高，工业污水处理已经体现出其必要性和紧迫性，对于各种污水进行处理后排放成为各企业基本的要求。在工厂的工业污水处理过程中，污水来源的不稳定以及工厂中各种污水的成分的复杂性，对工业污水处理的工艺和控制方式提出了非常高的要求。2 设计课题要求本课题主要设计的内容是冶金企业污水净化处理工艺和基于PLC污水净化处理系统的设计方

6、案和PLC控制系统设计,主要由以下内容组成：（1）介绍了工业污水处理的基本内容：首先介绍了工业污水处理的概念和几种主要的污水处理方式；然后对自己本次设计的任务、系统组成和工艺流程进行了介绍。（2）介绍了PLC的基本结构和工作原理和PLC的选用： 首先介绍了PLC的背景及基本构成、工作原理，然后介绍了本次课题自己所选择的PLC类型及其特点和PLC用于污水净化处理系统的优势。（3）画出输入输出接线图及相关图纸： 首先列出了系统组成示意图和系统工艺流程图及PLC设计的I/O分配图并画出了详细的PLC输入输出接线图。（4）设计梯形图控制程序： 详细的列出了此次课题PLC设计的梯形顺序图。（5）污水净化

7、处理系统的PLC调试与运行： 首先对硬件进行调试，然后对软件进行调试，最后再进行总体的调试运行。（6）设计总结。 列出了此次课题设计的参考文献及自己对此次设计课题的总结和鸣谢。3 工业污水处理控制系统介绍3.1工业污水处理基本概念城市污水、生活污水、生产污水或经过工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入排水系统。这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物。经处理后的污水，最后出路有三种：排放水体；灌溉田地；重复使用。污水污染物可根据化学性质和物理形态进行不同的分类。按化学性质，污水中的污染物质可分为无机性物质和有

8、机性物质，其化学元素以炭、氮、磷为主。按物理形态，污水中的污染物质可分为固体悬浮物即呈颗粒状的污染物质、胶体污染物质和溶解性污染物质。3.2 常用的工业污水处理工艺不同的工业污水处理对象，不同的工业污水处理环境，将需要有不同的工业污水处理工艺来处理。因此，在选择工业污水处理工艺的时候必需要认真考虑当地污水的情况，以及实际的工业污水处理的环境。工业污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学，以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，工业污水处理的方法一般以生物处理法为主，辅以物理处理法和化学处理法。常用的工业污水处理工艺有以下几种。（1）传统活性污泥法

9、。传统活性污泥处理法是一种最古老的工业污水处理工艺，其工业污水处理的关键组成部分为沼气池与沉淀池。（2）A/O法。A/O法是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化-反硝化反应系统，很好的处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是此硝化-反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了更高的管理要求，这也成为了该工艺的一大缺点。（3）A2/O法。A2/O法也是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处理工艺。A2/O是一种厌氧缺氧好氧工业污水处理工艺。A2/O法的除磷脱氮效果非常好，非常适合用于对除磷脱氮有要求的工业污水处

10、理。因此，在对除磷脱氮有特别要求的城市工业污水处理厂，一般首选A2/O工艺。（4）A/B法。A/B法是吸附生物降解法的简称，该工艺没有初沉淀，将曝气池分为高低负荷两段，并分别有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段停留时间约为2040min，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，去除BOD达50%以上。B段与常规活性污泥法相似，负荷较低。AB法中A段效率很高，并有较强的缓冲能力。B段起到出水把关作用，处理稳定性较好。对于高浓度的工业污水处理，AB法具有很好的适用性，并有较高的节能效益。但是，AB法污泥产量较大，A段污泥有机物含量极高，因此必须添加污泥后续稳定化处理，这样就将增加一定的投资

11、和费用。（5）SBR法。SBR法是歇式活性污泥法的简称，是一种按照一定的时间顺序间歇式操作的污水生物处理技术，又称序批式活性污泥法。其反应机理及去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同，只是运行操作方式不尽相同。SBR法与传统的水处理工艺的最大区别在于它是以时间顺序来分割流程各单元，以时间分割操作代替空间分割操作，非稳态生化反应代替生化反应，静置理想沉淀代替动态沉淀等。3.3本次设计任务描述、系统组成及工艺流程（1） 任务描述：在冶金企业中，有大量的工业用水用于冷却，为此每天要消耗大量的水资源，由于用过的冷却水含有大量的氧化铁杂质，不宜多次循环使用。为保护环境节约用水，需要对含有氧化铁杂质的

12、污水进行净化处理。 （2）本此设计的污水净化处理系统由1台磁滤器，5只电磁阀和连接管道组成，系统组成示意图如下：图1-1 污水净化处理系统示意图（3）工艺流程 污水净化处理可分为两道工序，分别为： 滤水工序：打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会附着在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的是净化水。 反洗工序：滤水一段时间后，必须清洗附着在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀和空气压缩阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质，使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。其工艺流程图

13、如图所示：图1-2 污水净化处理工艺流程图4 PLC的设计4.1 PLC的介绍 可编程序控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)，是随着科学技术的进步与现代社会生产力式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要而产牛、发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能、可以适应各种工业环境的可靠性与简单方便的使用性能，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：. 电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果

14、没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去. 中央处理单元（CPU)中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O

15、映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。. 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。. 输入输出接口电路1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用是PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。. 功能模块：如计数、定位等功能模块。. 通信模块：如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。

16、PLC的工作原理： 一. 扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图)。在扫描每一条梯形图

17、时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。4.2 PLC选型本次设计选用日本三菱公司的FX2N32MR型号的PLC。三菱FX2N系列PLC是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵

18、活性和控制能力。 图1-3 三菱FX2N32MR型号PLC示意图FX2N系列拥有以下特点： 控制规模：16256点； 内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K； CPU运算处理速度0.08S/基本指令； 在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块； 基本单元内置2轴独立最高20kHz定位功能(晶体管输出型）。选择PLC对污水净化处理系统进行控制的优点： 整个控制系统采用计算机电路控制且自动化程度更高； 参数更加精准、更节能； 节约投资成本、系统程序管理规范； PLC编程也很灵活，可以根据客户提出来的要求做出改变。4.3 PLC的I/O分配图及接线图I/O分配图:输入地址输入

19、设备输出地址输出设备X0启动 SB1Y0进水阀 KM1X1停止 SB2Y1出水阀 KM2X2管压差高信号SQ1Y2磁滤器KM3X3急停SB3Y3空气压缩阀 KM4Y4排污阀 KM5Y5反洗铃KM6图1-4 三菱FX2N32MR PLC的I/O分配图PLC接线图: 图1-5 污水净化处理系统接线图4.4 PLC程序设计PLC程序梯形图块：5 调试和运行结果对污水净化处理系统设计、安装完成后，进行系统的调试和试运行，发现并解决设备、体统、程序、工艺等方面出现的问题，检验系统是否实现工艺设计目标，即净化滤水工序是否达到设计要求。5.1硬件系统的调试按照系统设计要求将各硬件接线接好。调试过程首先检查总

20、供电及各设备供电是否正常，然后检查设备的电气控制是否正常，能否正常开机，各种按钮、行程开关能否正常开启和关闭，检查控制系统是否正常。在对系统进行必要的检查后，开始具体调试。硬件功能调试主要是测试硬件的功能是否正常，这部分的调试内容包括：（1）供电线路的设置和检验，主要用万用表检测电路的连通是否实现，以及保证接线的正确性。（2）PLC单独检测，检查PLC单元能否正常工作，指示灯是否正常，该部分工作实际上在计算机模拟调试前就己经完成；（3）对系统和PLC进行总体的检查，检查系统、PLC是否能实现对此课题控制；经过测试，结果表明上述功能一切正常，可以进行总体调试。5.2软件系统的调试在三菱GX De

21、veloper编程软件中，通过编程，将编好的程序写入到PLC中进行运行调试，利用软件的诊断和参数检查功能检查程序是否有错误，是否能够实现相应的功能控制。也可使用梯形图逻辑测试功能进行模拟调试，可根据功能模块分类分别调试，最后进行总体调试。5.3运行结果 将程序写入PLC后，通电试车发现PLC运转良好，相应的输入输出指示灯会随着相应的按钮而亮。按下启动按钮后，PLC程序会随着设定好的流程模拟，先从滤水工序开始，再到反洗工序，最后又回到滤水工序，实现了自动循环功能。相应的输出线圈也会按照程序的设定而闭合，根据定时器设定好的时间再断开，停止按钮也能在程序运行到任意时刻停止，然后再从原来停止的地方继续

22、运行，急停按钮能够实现立即停止从原点运行的功能。同时，各模块程序在仿真软件上进行调试时也能实现相应功能的控制。此次实验基本上达到了系统设计的目标要求。参考文献1.胡学林 可编程控制器教程（实训篇） 北京 电子工业出版社2.张万忠 可编程控制器应用技术第二版 北京 化学工业出版社总 结本次课题设计通过运用可编程序控制器来实现了污水净化处理的流程。此设计的重点是用PLC控制器来实现对污水的净化和反洗的过程，当然设计的程序部分是关键中的关键。所以，我希望通过这次设计，使大家能来进一步了解可编程序控制器的强大能力。随着社会的长期进步可编程序控制器在不断的进步之中，越来越贴近人们的各种生活。在这次的设计里长期的搜集资料，不断的整合，思考终于达到了设计的要求，并且取得了设计要求中的结果。最后希望对于本设计中出现的一些问题还望大家修改并且创新！致 谢回想两个月的毕业设计过程，首先要感谢我的指导老师吴老师对我的谆谆教导。他在论文的前期准备、撰写过程及收尾阶段都给予了很多帮助和指导意见，并且为我的设计提供了各种必要的实验设备和良好的环境。他教会我的一些学习方法和处理问题技巧使我受益终身，在此表示衷心感谢。同时也感谢在课题设计过程中给予我帮助的各位同学。 . 24