基于PLC的过滤流程控制系统毕业设计

基于PLC的过滤流程控制系统毕业设计

目录

第一章绪论 (4)

1.1课题研究的背景及意义 (4)

1.2国内外研究现状 (4)

1..1 国内污水处理情况 (4)

1.2.2 国外污水处理情况 (5)

第二章过滤流程及PLC概述 (7)

2.1工艺流程及设备控制要求 (7)

2.1.1 沉降、过滤过程的原理 (7)

2.1.2 沉降、过滤过程的工艺流程 (7)

2.1.2.1 沉降罐排污流程 (8)

2.1.2.2 过滤器过滤流程 (8)

2.1.3 工艺设备的控制要求 (9)

2.1.3.1 控制系统组成 (9)

2.1.3.2 设备控制原理 (10)

2.2可编程控制器PLC概述 (11)

2.2.1 PLC的基本概念 (11)

2.2.2 PLC的基本结构 (11)

2.2.3 PLC的工作原理 (13)

2.2.4 PLC的主要特点 (14)

2.3 本章小结 (15)

第三章系统的硬件设计方案 (16)

3.1PLC硬件选型 (16)

3.2PLC的发展 (17)

3.3PLC的分类 (18)

3.3.1 按I/O点数容量分类 (18)

3.3.2 按结构形式分类 (19)

3.3.3按功能分类 (20)

3.4 PLC的硬件基本组成 (20)

3.5PLC选型 (24)

3.6西门子S7-200PLC的特点 (24)

3.7西门子S7-200PLC CPU选型 (25)

3.8PLC控制输入/输出端子接线图 (25)

第四章系统的软件设计方案 (27)

4.1PLC内部地址分配 (27)

4.2STEP7-M ICRO/WIN32软件介绍 (28)

4.2.1 STEP 7-Micro/WIN 32的主要功能 (29)

4.2.2 STEP 7-Micro/WIN 32的基本指令 (29)

4.3系统户设计的原则 (31)

4.4系统的控制要求 (31)

4.5I/O地址分配 (31)

4.5.1 分配原则 (32)

4.5.2 I/O地址常见分配方法 (32)

4.5.3 沉降、过滤工艺流程图 (32)

4.5.4软件程序梯形图见附录 (34)

4.5.5 程序的调试 (34)

结论 (35)

第五章论文总结 (37)

参考文献 (38)

致谢 (40)

第一章绪论

1.1 课题研究的背景及意义

随着我国经济的发展和人民生活水平的逐渐提高，必然对环境质量提出更高更好的要求。但是伴随着城市规模的不断扩大，被污染的淡水资源也在逐年增加。水，作为一种必不可少的资源，长期以来一直被认为是取之不尽，用之不竭的。在这种观念的驱使下，水环境的质量越来越恶劣，水资源短缺也越来越严重，由此造成的水危机将成为社会经济发展的重要制约因素。解决好水污染问题，对污水处理后再排放，是保护生态环境以及为人们营造良好舒适生活环境的重要条件。

我国“十一五”规划纲要提出了“节能减排”的明确目标；2009年7月19日，国务院办公厅印发了《2009年节能减排工作安排的通知》；2009年12月18日，国务院总理温家宝出席了哥本哈根气候变化会议领导人会议，并发表了题为《凝聚共识加强合作推进应对气候变化历史进程》的重要讲话，全面阐述了我国政府应对气候变化问题的立场、主张和举措。可见节能减排已是我国建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是维护中华民族长远利益的必然要求。

过滤流程PLC控制系统是利用可编程控制器（PLC）将多套沉降装置和过滤装置联接起来对污水实现全自动控制的系统；是一套污水处理系统的重要组成部分；是降低水污染、改善水环境质量的重要技术手段。它把回收的污水（又称原水）进行加药沉降，上层清液过滤后可以重新利用。这样就能够避免直接把废水排放到自然环境所造成的环境污染问题，节能减排，既能缓解水环境质量不断恶化的趋势，又能改善水资源短缺的态势，促进经济社会快速稳定向前发展。

1.2 国内外研究现状

1..1 国内污水处理情况

目前我国的水污染较为严重，并且污水的排放量在逐年增加。我国每年排放的污水量已超过400亿立方米且处理率低，大量的污水直接排入天然的水体中，造成了严重的水体污染。据统计已超过80%的河流受到不同程度的污染，因此加快污水处理务。

我国污水处理水平低，不论是设备还是技术，或者是处理的深度和广度，都远远落后于欧美等发达国家。我国平均每200多万人拥有一座污水处理厂，而且在污水处理的深度上也存在着很大的欠缺。到2004年底，我国已建设的城市污水处理厂668座，其中二级处理厂282座。这些污水处理厂的建设，极大地提高了污水处理水平，但是处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增加，两者之间的差距还在进一步拉大。根据按98年的资料，我国城市污水的处理率仅为15.8%，而欧美等发达国家如美国早在1980年就已达到70%了。我国现存的污水处理设备运行状况是1/3运行正常、1/3不正常、1/3处于停止状态，前景堪忧。

我国污水处理的普遍情况是污水处理能力增长缓慢、污水处理率低和自动化程度不高，且主要表现在以下几个方面：

⑴污水处理技术落后

长期以来，我国污水处理技术都是沿袭欧美国家的处理技术，在吸收、消化的同时形成自己的技术，但是我国现阶段采用的大部分技术都是上个世纪欧美国家的处理技术。这些技术存在效率低、能耗高、维修率高、自动化水平低等缺点，并且严重制约了我国污水处理能力的提升，使得我们与同时期的欧美国家的污水处理技术存在很大的差距。

⑵污水处理能力不足

随着我国经济的快速发展，污水的排放量日益增加。单独依靠以前中下型的污水处理系统很难满足污水处理的需要，研究和开发高效的、大型的污水处理系统已经迫在眉睫了。

⑶管理水平低

我国各种类型及层次的控制系统并存，良莠不齐。这使得污水处理技术复杂，操作人员的技术素质和管理水平不能很好适应，这就制约了污水处理系统的正常运行。

1.2.2 国外污水处理情况

在国际上，大规模的水污染治理最早是在二战后，由于上世纪50年代经济蓬勃发展带来的，60年代日益严重的环境污染而展开的，如英国的泰晤士河和欧洲的莱茵河等水系的污染和治理就是典型的例子。至70年代末，美国投入了数千亿美元兴

建了18000余所污水处理厂，英国、法国、德国、瑞士等各耗费巨资兴建了7000至8000座污水处理厂，这些污水处理厂的投入运行对这些国家的水体污染改观起到了关键的作用，也为人们治理水污染积累了丰富的经验。经济发达的欧美国家除了非常重视污水处理的新理念和新技术之外，更重视污水处理的自动控制问题，先后研究开发了各种高效率，智能型和集约型的污水处理系统，并采用了计算机自动控制处理工艺，取得了非常理想的效果。许多先进的污水处理厂基本实现用计算机进行数据记录和运行过程控制，实现了全自动无人值守控制模式。如美国的爱阿华污水处理厂采用数字式计算机控制自动加钒，运转一年就降低钒消耗20%，并且提高了管理水平和稳定了水质。此外，德国慕尼黑城市污水处理厂、日本东京朝霞污水处理厂等也先后采用计算机自动控制污水处理工艺，并取得很理想的效果。现在美国大中型污水处理厂均采用一套集散型的自动控制系统进行控制，他们在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个污水处理过程实现多环路控制，其中包括沉降、过滤、反冲洗、臭氧杀菌、化学药剂投放、泵房等，然后使用无线通信技术将数据信号传送到控制室中进行记录、分析和整合。与此同时，欧美国家的污水处理工艺也日趋多样化，如鼓曝法、氧化沟法、SBR法、生物膜法等。

多样化的污水处理工艺和先进的自动控制系统使得欧美国家的污水处理产业在整个国民经济中占有较为重要的地位，并使得他们的污水处理规模、工艺、自动化程度都处在世界领先的地位。

目前欧美国家的污水处理自动控制系统一般具有以下的特点：

（1）采用分布式计算机控制；

（2）工艺的自动调整；

（3）工艺过程趋于复杂；

（4）冗余化设计；

（5）大量采用智能仪表；

（6）无线通信技术。

第二章过滤流程及PLC概述

2.1 工艺流程及设备控制要求

2.1.1 沉降、过滤过程的原理

图2.1是一个污水处理的流程原理图。

原水混合加药反应沉降过滤送水

图2.1 完整的污水处理流程图

它是将原水（污水，废水）经过加药、消毒，然后在沉降罐中沉降，最后通过过滤器过滤成可以正常利用的水。原水过滤包括污水处理和污泥处理两个子系统，他们之间相辅相成，共同构成一个完整的污水处理系统。今天我的论文不是来讨论这整个系统，而是探讨其中的一小部分——沉降和过滤。

众所周知，过滤流程是将原水经过加药处理过后，在水中产生化学反应形成许多的絮凝物，再经过一段时间的静置，最终将原水中的大分子物质沉降到罐的底部，上层的清液由沉降罐的顶部流出。经过加压泵直接进入过滤器中，液体通过过滤器过滤就可以达到所要求的技术指标。沉降罐底部的淤泥需要定时排出。

沉降和过滤过程是通过沉降罐和过滤器实现的。沉降罐是用来沉降液体中的絮凝物，一般采用3～5个沉降罐并联工作。该过滤流程工艺采用了4个沉降罐，并且每个沉降罐底部周围都有4个排污阀，在设定的循环周期中，4个排污阀依次打开（4个排污阀中只有1个打开），将罐底的淤泥排出。过滤器是内部填充有多层滤料的承压罐，一般采用6～10个过滤器并联工作，该过滤流程工艺使用了8个过滤器。每个过滤器过滤一段时间之后要进行反冲洗操作，这样可以清除滤料上的污渍，以保证整个流程连续不断的运行。过滤器从开始进水过滤到反冲洗完毕算作一个周期。

2.1.2 沉降、过滤过程的工艺流程

污水处理系统的过滤流程的工艺流程图如图2.2所示。

图2.2带设备的过滤工艺流程图

2.1.2.1 沉降罐排污流程

①沉降

原水在经过加药混合后，沿着管道分别送入M1、M2、M3、M4等四个沉降罐中。静置一段时间，等到将大部分杂质沉淀在沉降罐底部时，再将上层清液由顶部的出水口流出，最后通过加压泵加压进入过滤器中。

②排污

沉降一段时间后，每个沉降罐底部都会产生大量的淤泥，这时就需要依次将沉降罐底部的4个排污阀门打开，并且每次只能有一个阀门打开，最终将底部的淤泥全部排出。

2.1.2.2 过滤器过滤流程

①过滤

把经过沉降的上层清液分别送入N1～N8等8个过滤器中。将每个过滤器的进水阀和出水阀都打开，上层清液由进水阀流入，经过过滤器的多层过滤后，由出水阀流出，最后送入清水池存储起来。

②反冲洗

每个过滤器过滤一段时间后都要进行反冲洗。首先将过滤器的进水阀和出水阀关闭，再打开排水阀和排气阀，将过滤器中的水和气体排出。待水和气体排出后，再将排水阀和排气阀关闭。最后启动反冲洗泵，打开反冲洗进水阀和出水阀，开始反冲洗操作。

2.1.3 工艺设备的控制要求

该过滤工艺采用的设备都具有手动/自动功能。当设备处于自动工作状态时，所有的设备将按PLC程序中设定的时间间隔工作。当设备处于手动工作状态时，操作工可以使用控制盘上面的按钮来控制设备的运行22。

2.1.

3.1 控制系统组成

在控制室有一面控制盘。控制盘上有用于控制操作的开关、按钮和定时器，以及用于显示工作状态的指示灯等控制设备。控制盘内安装有一台OMRON的CQM1系列的PLC。PLC输出节点通过电缆线和现场的设备相连。控制阀均采用气动蝶阀，控制电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。

控制系统组成如图2.3所示。

PLC盘面设备

沉降罐排污阀过

滤

罐

阀

门

反

冲

洗

泵

控制盘

现场设备图2.3控制系统组成图

2.1.

3.2 设备控制原理

①沉降罐的控制

沉降罐的控制分为手动和自动两种控制方式。这两种控制方式都是由PLC按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作工到现场手动启闭控制阀门。

ⅰ. 手动状态

当沉降罐选择手动方式开启时，该沉降罐不会按照沉降罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，而是通过操作工启动仪表盘上的按钮来启动该沉降罐，使其完成排污过程。

ⅱ. 自动状态

当沉降罐选择自动方式开启时，该沉降罐将按照沉降罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。

在任何时候，均可以中断沉降罐的排污过程。

②过滤器的控制

过滤器的控制分为手动、自动和差压三种控制方式。这三种控制方式都是PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制过滤器阀门的开启和关闭，不需要操作工到现场手动启闭阀门。

ⅰ. 手动状态

当过滤器选择手动方式开启时，该过滤器不会按照过滤器定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，而是通过操作人员来启动仪表盘上的按钮来启动该过滤器，使其完成反冲洗过程。

ⅱ. 自动状态

当过滤器选择自动方式开启时，该过滤器将按照过滤器定时器所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。

ⅲ. 差压控制状态

无论过滤器选择何种方式工作时，只要该过滤器的差压开关动作后，仪表盘上的差压报警指示灯点亮，都将自动开始过滤器的反冲洗过程。

当过滤器正在反冲洗时，以上的控制都不起作用，只有等到反冲洗操作停止之后