PLC控制污水处理

中原工学院课程设计报告目录2 / 12前言第一章污水净化处理系统控制方案的选择1.1 PLC可编程控制器简介1.2 污水净化系统方案概述1.3 污水净化系统方案组成第二章I/O分配表第三章PLC硬件接线图第四章编写系统控制流程图第五章编程过程说明第六章调试说明第七章结束语第八章参考文献3 / 12前言随着我国经济的快速发展及工业生产技术水平的不断提高，工业废 物的生产量也急速增加，工业废水和生活废水给人民生活带来了极大危 害，水污染严重威胁人类健康，如何节能、高效地解决污水处理问题，已 经成为社会研究的热点。国家对环保投入不断增加，污水处理行业改革不 断深入，城市污水处理厂运营管理向市场化、专业化、规模化及集团化趋 势发展。因此，对污水处理厂的生产运行实施全方面自动控制及远程监 控，对降低运行成本，加强生产管理，确保污水处理工艺的正常高效运行 和水质达标排放，提升企业运营管理的效率和品质具有十分重要的意义。 污水处理及水资源的再利用成为社会关注的重要问题。1 .设计思想来源：基于以上污水带给人的危害，此次课程设计从污水处理方向着手研 究，利用自动控制系统来解决污水危害问题。冶金行业中大量的工业用水 用于冷却，为此每天消耗大量的水资源，由于用过的冷却水含有氧化铁杂 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 的污水进行净化处理。本设计主要是运用PLC进行编程控制。2 .设计目的：课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还 要进行多方面能力的培养和提高，如：独立工作能力、文献信息检索能 力、知识综合运用能力、写作及表达能力、创新能力。为毕业设计以及毕 业后的工作能力打下良好的基础。通过机电传动控制课程的学习，在掌握 了机电传动控制技术的基本工作原理和方法后，为使学生更进一步加深对 机电传动控制技术应用特点理解和提高应用技术水平，结合生产工艺和机 械设备的要求，通过对PLC可编程控制器的具体实践操作，孔实理论知识 的学习，并要求可顺利完成污水处理系统自动控制设计。3 .设计任务分析：本设计主要是运用PLC进行编程控制，利用西门子公司的S7- 224型 PLC,来实现含氧化铁杂质的污水净化处理系统的自动控制，详细介绍了 系统的硬件配置以及软件设计流程图，并且介绍了编程中的关键问题。第一章污水净化处理系统控制方案的选择 1.1 PLC可编程控制器简介可编程逻辑控制器诞生于1969年，由美国数字设备公司率先研制出 第一台可编程逻辑控制器，这种设备结合了计算机和继电器控制系统的优 点，发展40多年来，其应用领域从实现单体设备的简单控制到实现过程 控制、集散控制等各种任务控制，作为工业通用设备，其功能也越来越强 大。可编程控制器建立在继电器技术和计算机技术基础之上。因采用计算 机软件编程的方式对系统进行控制，所以比继电器技术更容易操作，并且 控制系统，PLC的组成又及电脑系统基本相同，所以它比计算机更易于及 工业控制进行接口连接。PLC硬件系统由PLC主机、外部设备、I/O接口单元构成；I/O接口 单元是可编程控制器系统为扩展功能，实现及更多的设备相连接而设置的 扩展部件。其外部设备包括打印机、编程器、计算机等。可编程逻辑控制 落的软件系统分为用户软件和系统软件两部分3。通过系统程序和所编 写的用户程序可以实现存储和执行指令，并借助模拟或数字信号的输入输 出，来控制各种各样的电气或机械生产过程。总之，可编程逻辑控制器就是一种以微处理器为基础，可以实现编写 指令、存储指令、执行指令，并且带有相关的输入输出接口，从而实现工 业控制目的的一种装置。该装置综合了通信技术、计算机技术、微电子技 术、自动控制技术。 1. 2设计方案概述污水处理的基本原理是利用物理法、化学法和生物法三大类。而在 冶金业中污水的处理方案，就有它的独特的处理方案。对冶金业中所产生 的污水中含有大量的固体渣滓污染物，对于固体渣滓污染物的处理方法一 班采用物理法，而在物理法的处理方法中又有多种处理方法。根据三种方 法优缺点的比较，本次设计选择采用磁力分离式。1磁力分离法原理及优缺点磁力分离式利用磁场力截留和分离废水中污染物质的方法。主要应用 于去除废水中磁性及非磁性悬浮物和重金属离子，对废水中有机物和营养 物的去除也有帮助。使用较多的磁过滤器的主要部分为电磁铁和铁磁性过滤介质金属 球、钢毛等。其次为磁吸离器，它由不锈钢圆盘制成，上面粘结了极性交 错排列的数百块永久磁铁，并用铝板覆盖。运转时圆盘转动，浸没部分吸 引水中磁性物质，转离水面后，将表面泥渣即被挂走。其优缺点如下：优点：操作方便，结构简单.，设备简单，清洗时断掉电源，关闭进水 阀和出水阀，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，处理后 的固体杂质还可以回收再利用。对废水中有机物和营养物的去除也有帮 助。缺点：对于其他无磁性的固体杂质不能及时的处理。 1. 3污水净化系统方案本系统由两台磁滤器、10只电磁阀和连接管道组成的两台机组组 成。系统组成示意图如图1所示。2系统的设计要求(1)两台机组的滤水工序，可单独进行，也可以同时进行。而反洗工 序只允许单台机组进行工作，一台机组反洗是，另一台必须等待。两台机 组同时要求反洗时，1号机组优先。(2)为保证滤水工序的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差 检测仪表，只出表现了 “管压差高”信号，则应立即停止滤水工序，自动 进入反洗工序。(3)为增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的 接通信号反馈到PLC的输入端，一旦某一输出信号不正常，要立即停止系 统工作，这样可避免发生事故。(4)执行器输出故障检测及报警。10 / 12污水1号磁滤器1号水箱到污水池1号空气压缩 1号出水湖2号水箱压缩空气到冷却塔图13工艺流程介绍污水净化处理可分为两道工序，以1号机组为例，其工艺流程图如图 2所示。(1)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 涔的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会附在磁滤器的磁铁上，使水 箱中流出的是净化水。(2)反洗工序：滤水一段时间后，必须清洗附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，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。图2 1号机组工艺流程图第二章I/O分配表2.1硬件的选择(DPLC选择此设计中因1号机组和2号机组的工作原理相同，故选S7-200模块 化的中小型PLC系统，能满足中等的性能要求的应用，模块化和无排风扇 的结构，各种单独的模块之间可进行广泛的组合用于扩展。结构模块用多 机架配置时连接主机架和扩展机架,S7-200通过分布式的主机架和二个扩 展机架可以操作达到32个模块。(2) CPU的选择选择CPU226用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字和35 路模拟量，有2个RS-485通信。中央处理器集成有PROFIBUS-DP和MPI 通信接口，多点接口可以同时连接编程器、PC机和人机界面。(3) I/O模块的选择信号模块选用模拟量输入输出模块EM223,模块输出点和输入点各为 16点还可以扩展，PLC对模拟量的处理，模拟量首先被传感器和变送器转 换成标准量程的电流或电压，例：DC420mA, 15V, 010V, PLC用 A/D转换潜将它们转换成数字量。带正负号的电流或电压在A/D转换后二 进制补码表示。D/A转换器将PLC的数字输出量转换为模拟电压或电流，再去控制执行 潜。模拟量I/O模块的主要任务就是实现A/D转换和D/A转换。2.2 I/O分配表1号机组的I/O地址分配表编程元件10端子作用输入 继 电 器10.0总停按钮10. 11号磁滤器启动按钮10.21号磁滤器停止按钮10.32号磁滤器停止按钮10.41号磁滤器辅助触点，用于故障诊断10.51号出水阀辅助触点，用于故障诊断10.61号进水阀辅助触点，用于故障诊断10.71号排污阀辅助触点，用于故障诊断11.01号净水器差压检测仪，差压过高开 关信号输 出 继11. 1用于故障诊断Q0. 0总停输出线圈Q0. 11号滤水器线圈电 器Q0. 21号出水阀线圈Q0. 31号进水阀线圈Q0.41号排污阀线圈Q0. 51号空气压缩阀线圈Q0. 6反洗铃Q0. 7故障指示灯Q1.0故障报警器2. 3程序设计（1）1号机组和2号机组工作流程相同，故只分析1号机组工作原理，来 设计主程序和子程序。首先，根据净水机组的工艺要求和控制任务设计如 下的顺序功能图：SMO.M0. 0 系统总 停状态M1.0 11号机组 总管状 态1-Ml. 11号磁滤 器IMl. 3T37Q0. 2复位1号进水阀（置Q0. 3 复位位）co .计时 40minT41延时5sT39 延时 IminQ0. 51号空 气压缩 阀（置 位）5号压 复,W 1气缩 1 位（2）程序分析主程序设计分析：输入电路使用CPU模块提供的DC 24V电源，开启 动按钮1号机组开始工作，1号进水阀打开，污水进入1号磁滤器开始过 滤。出1号水阀打开，40分钟后滤水结束关闭1号进水阀，1秒后关闭1 号出水阀，5秒后关闭1号磁滤潜，2秒后进入反洗工序，接通1号排污 阀，1秒后接通1号压缩空气阀。接通1号反洗铃，1分钟反洗时间。反 洗结束关闭1号压缩空气阀1秒后关闭1号排污阀，再延时5秒后，又进 行滤水工序。故障诊断程序分析：相对于PLC而言，外部输入器件如电磁阀、磁滤 器容易出现故障。如果电磁阀和磁滤器出现故障不能及时的处理，容易造 成系统工作不正常，甚至损坏系统。处理方法是；如果外部输出器件出现 故障时，必须停止并报警提示，提醒工作人员进行维修。故应设计故障诊 断子程序。具体措施：如果某个线圈通电，对应的常开辅助触点应该闭和；如果 没有闭和，判断该器件损坏。如果某个线圈断电，对应的常闭触点应该闭 和；如果没有闭和，判断该器件损坏。故障诊断子程序1为例，分析故障 诊断子程序的梯形图见右图。它用顺序功能的逻辑语言解释如下：在ML1步即滤水工序如果磁 滤器或者出水阀或者进水阀没有打开、或者排污阀或者压缩空气阀打开了, 则报警并且进入停机状态。（5）磁滤器的压差保护：如果磁滤器的入口和 出口压差大于设定压差，则滤水工序无条件结束，顺序进入反洗工序。13 / 12