PLC在污水处理厂中的控制系统设计

电气信息工程学院毕业设计(论文)污水处理厂的PLC控制系统设计1PLC在污水处理厂中的控制系统设计————双恒压供水系统的程序设计文摘本文主要介绍了PLC在城市污水处理中的具体应用实例，系统介绍了城市污水处理工艺流程以及基于SIEMENS的S7—400系列PLC的污水处理实施方案，介绍城市污水处理厂监控系统数据采集的方法。可编程控制器即PLC是综和了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适应工业环境等一系列优点。为了提高污水处理厂的运行管理水平，PLC也成为了该系统的重要组成单元之一，在该系统中各单元按一定拓扑结构互相连接构成污水处理厂的控制系统。关键词污水处理；自动化控制系统；PLC；硬件配置；软件设计。DigestthisarticlemainlyintroducedPLCinthecitysewagetreatmentconcreteapplicationexample,thesystemintroducedthecitysewagetreatmenttechnicalprocessaswellasbasedonSIEMENSS7-400theseriesPLCsewagetreatmentimplementationplan,introducesthecitysewagetreatmentplantsupervisorysystemdataacquisitionthemethod.TheprogrammablecontrollerwasPLCisthegrandtotalcomputertechnology,theautomaticcontroltechnologyandthecommunicationonekindnew,thegeneralautomaticcontroldevice.Nowtheprogrammablecontrolleralreadybecameimportantly,mostreliable,theapplicationsituationmostwidespreadindustrycontrolmicrocomputer.Ithasthefunctionstrong,thereliabilityhigh,theusenimbleconvenient,easytoprogramaswellastheadaptationindustryenvironmentandsoonaseriesofmerits.Inordertoenhancethesewagetreatmentplantthemovementmanagementlevel,PLChasalsobecomeoneofthissystemimportantcompositionunits,inthissystemvariousunitsaccordingtocertaintopologyinterconnectionconstitutionsewagetreatmentplantcontrolsystem.Keywordsewagetreatment;Automationcontrolsystem;PLC;Hardwaredisposition;Softwaredesign.1.污水处理工艺流程1.1工艺流程图由于城市污水是工业企业和居民生活所排放的，所以污水中含有大量的有机物，这种污水成为生化污水。生化污水处理工艺是利用微生物的吸附、氧化和分解作用来降解污水中有机物的含量，成为可以沉淀的污泥，从而使净化水质达到规定的排放标准（见图1）。电气信息工程学院毕业设计(论文)污水处理厂的PLC控制系统设计2图1工艺流程图1.2对工艺流程的阐述城市污水依次经过粗格栅、进水泵房、沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池来实现污水的处理。其中各部分的功能如下：（1）进水泵房用于将污水提升，粗格栅用于除掉污水中大块杂物和污物，进而保护进水泵。（2）沉砂池的细格栅用于除去污水中的小块杂物，吸砂桥除砂和漂浮油脂，还有砂处理和浮砂油脂处理设备。（3）初沉池初步除掉水中污泥，用刮泥机收集污泥至初沉池泥泵房。（4）曝气池（氧化沟）为生化处理区，通过投放回流活性污泥搅拌和曝气供氧，培养微生物大量繁殖，形成更多活性污泥。（5）二沉池彻底清污水，使泥水分离。电气信息工程学院毕业设计(论文)污水处理厂的PLC控制系统设计31.3主要设备的组成及控制方式表1设备参量污水处理厂的设备均采用三级控制方式，即现场控制方式、MCC控制方式和微机控制方式。目前，以MCC控制为基础，PLC控制为主导的控制方式始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前污水处理厂对自动化的需要。1.4粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由PLC和上位机实现，它包括微机手动和微机自动，而微机自动控制方式为：（1）水位差控制方式，通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运行；（2）时间设置控制方式，在上位机的INTERACT组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间，经PLC控制器的程序运算指挥MCC对格栅机进行控制。1.5沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计控制，而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的。生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都是由微机触发指令通过PLC控制。电气信息工程学院毕业设计(论文)污水处理厂的PLC控制系统设计41.6脱水机房脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务。污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的固体颗粒被凝聚成絮团，并分离出自由水，然后被输送到带式污泥脱水机上，经顶脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水区后形成滤饼排出。1.7PLC控制系统1.7.1PLC控制系统的基本构成及功能污水处理厂PLC控制系统由两台计算机、8个现场控制站、工艺仪表、电量变送器构成.脱水机房。0＃工作站～5＃工作站之间采用A1SJ71AR21模块通过同轴电缆通讯。1#工作站和2#工作站与厂内主工作站的距离4～5公里，且无人值班，故租用电信公司无源电话专线通过调制解调器和A1SJ71UC24通信模块进行泵房设备控制和数据传输。网络控制分布图（如图下图所示）电气信息工程学院毕业设计(论文)污水处理厂的PLC控制系统设计51.7.2网络结构某污水处理厂的自控系统由环形拓扑形式（ringtopology）和星形拓扑形式(startopology)两种总线网络形式构成。1.7.3上位机组态功能（1）控制操作：在中控室里采用2台IBM90和INTERACT组态软件开发的工控程序能对全厂和2个污水提升泵站的被控设备进行控制、对各现场控制站PLC的参数进行设定和修改.（2）显示功能：用设计方法生成图形，实时地、集中地显示被测参数所处的变化过程。对全厂工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变化直观地、动态地显示。（3）报表功能：分成年度、月度、日班报表及运行参数报表。如：污水处理量、加药量、耗电量等。（4）打印功能：各种报表的打印，各种事件及报警实时打印。1.8系统构成及其布局根据工艺特点和控制要求，本系统采用分布式集散监控系统，按流程设两个PLC分站，分别监控水区和泥区的设备运行和控制，设一个总站集中分站信息并控制分站工作。具体控制分为:(1)各开关柜(包括:10kV进线柜、0.4kV进线柜等)，由“自动/停止/手动”转换控制状态，“手动”设启/停按钮，用于手动操作。(2)分站控制，用可编程控制器和工业控制计算机系统等自控设备，自动监控所属范围运行。(3)总站主机控制，多为计算机监控管理系统，集中分站信息，进行各种处理，并通过分站统一控制全厂运行，满足工艺测控要求，使全厂运行处于最佳状态，是监控管理的中心。2污水处理中的PLC2.1.1设计范围设计包括厂界内预处理、生物滤池、污泥处理及附属设施需要检测和控制应提供的仪表和有关的辅助装置等。电气信息工程学院毕业设计(论文)污水处理厂的PLC控制系统设计62.1.2PLC设计综述设立三级控制层：设备就地手动、PLC子站现场监控和中控室远程监控（如图下图所示）。2.2PLC在污水处理中的部分运用2.2.1中央控制室中央控制室可对整个分控式控制系统进行系统组态管理、系统监测、实时监测、显示、处理、控制各PLC子站的状态、通信、数据和信息，完成报警和报表打印。在厂级管理层可以通过Internet将结果、效益分析等发往主管局等政府机关（如图下图所示）。电气信息工程学院毕业设计(论文)污水处理厂的PLC控制系统设计72.2.2控制网络系统PLC控制系统中央控制室与现场PLC子站之间采用最先进的控制网络.中央控制室与厂级管理层之间采用100Mdps的以太通讯网，该网带有E-mail功能，能向mailserver发送用户自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网交换器）或PLC可与其他控制网络、现场总线相连。为保证在供电发生意外时，系统能有足够的反应时间进行应急处理，设计上中央控制室和各子站均设有在线式不间断电源。过电压保护装置能抑制出现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸收暂态浪涌电压能量，在保障供电连续的条件下，保障计算机、PLC控制子站及其他主要设备免受过电压的干扰和侵害，使用电设备安全正常运行。2.2.3现场生产过程PLC控制系统⑴预处理PLC控制及检测部分厂内1#预处理PLC子站位于污泥脱水间控制室内。对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、闸门、粗格栅、细格栅、排砂装置等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。电气信息工程学院毕业设计(论文)污水处理厂的PLC控制系统设计8其主要设备有：粗格栅、闸板，细格栅、螺旋输送机该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数AI:11DI:30DO:22粗格栅开、停控制根据超声波液位差计测得的粗格栅前后水位差值自动控制回转式粗格栅的运行，即水位差达到设定值时，自动启动格栅。当回转式粗格栅停止运行的时间超出设定值时，系统转为时间控制，此时限为可调式设计，并设置上限报警。PLC系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式粗格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。细格栅开、停控制细格栅24小时运行，并设置上限报警。PLC系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式细格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机.污水闸门控制两台闸门根据液位手动或电动，其运行信号送入中控室监控，不参加控制。⑵BAF生物滤池PLC控制及检测部分厂内2#BAF生物滤池PLC子站位于变电所低压配电室控制室内。对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、风机反冲洗泵等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。并可在中控室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数AI:14AO:3DI:124DO:134沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池定时开/停排砂、排泥阀，砂水分离器设备控制由设备厂商自带可设定控制系统，砂水分离器应与排砂阀联锁。2.2.4厂级管理PLC系统该系统主要功能：生产过程的全面查询，包括各种进、出厂水流量，各中能耗等。生产过程分析报告、报表和图形。设备资料数据库和设备运行管理数据库。化验所需要的参数。建立与外部Interner的双向连接，便于发布信息和从外部获取信息，建立现代企业形