基于PLC控制的污水处理装置设计

毕业论文基于PLC控制的污水处理装置设计毕业论文系部：电子工程系学生姓名：XX专业班级：电子07C2学号：072211217指导教师：XX2010年3月20日毕业论文声明本人所呈交的基于PLC控制的污水处理装置设计，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：2010.3.20毕业论文【摘要】PLC即可编程序控制器，它是一种专门为工业控制设计的通用自动控制装置。它将计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体，已成为现代工业自动化的支柱之一。本文设计内容包括四种，第一流是量控制：由流量计计量流量，并通过调整进水阀的开度调整流量的快慢。第二是中和处理：由PH计测量污水的酸碱值调节酸、碱阀的开闭进行中和反应，使水呈中性。第三是温度控制：由温度计计量，若水温过高则加水降温，使温度适中。第四是水位控制：由水位计计量，通过控制排水阀的开度控制水位。系统运行后，搅拌器一直搅拌。根据控制要求，选择所需的传感器及其他硬件，以实现该控制系统。PLC应用于污水处理系统中有很多优点，运行结果表明该系统设计具有可行性、可靠性等良好的性能。【关键词】：PLC；控制系统；工业污水处理ABSTRACTPLCisprogrammablelogicalcontroller.Itiscommonautomaticcontrolequipmentsdesignedforindustrycontrolspecially.Thisprofessionincludescomputertechnology、automationtechnologyandcommunicationtheology,moreover.Thiscontrolmodehasachifeconditioninmodernindustryautomationaspect.Thispaperdesigncontent:Thefirstisflowcontrol.Measureflowwiththeflowmeter,adjustentering-watervalve.controlthequantityofthewater.ThesecondismixtreatmentwiththePH-meter,PH-metermeasuredirtywater’sPH,adjustvalveonoroff,makemixedreaction,Makesuredirtywater’sPHforseven.Thethirdistemperaturecontrol.Becalculatedbythermometer,ifthewatertemperatureishighaddstothewaterinordertoreducethetemperature.Theforthiswaterlevelcontrol:measurewaterlevelwiththewater-meter.Controlwaterlevelbycontrollingwater-outvalve.Aftersystemstartingtowork,themillwillblendallthetime.Forthesakeofcontrolrequest,choosehardware,completethissystemcontrol;Throughthispaper,weknowtheprinciple,controlmodeetc,investigatethiscontrolsystem,weseedesignreasonable.PLCforthesewagetreatmentsystemhasmanyadvantages,Theresultsshowthefeasibilityofsystemdesign,reliabilityandgoodperformance.【KEYWORD】:PLC；Controlsystem；Industrydirtywatertreatment毕业论文目录引言01页一、PLC简介01页二、基于PLC控制的污水处理装置的设计02页（一）PLC选型02页（二）控制系统的I/O点及地址分配04页（三）污水处理系统控制电路06页三、污水处理系统的软件设计07页（一）程序流程图07页（二）主程序08页（三）初始化子程序12页（四）PI控制中断程序12页四、结束语13页参考文献15页致谢15页毕业论文第1页共15页引言随着中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的要求。解决好水污染问题，对污水进行处理后再进行排放，是生态环境保护以及为人们营造舒适生活环境的重要条件。城市污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。城市污水处理厂在发达国家己有较成熟的经验。如英国、德国、芬兰、荷兰等欧洲国家均己投巨资对因工业革命和经济发展带来的城市水污染进行治理，日本、新加坡、美国、澳大利亚等国家也对城市污水处理给予了较大投资，特别是新加坡并没有走先污染后治理的道路，而是采取经济与环境协调发展的政策。我国城市污水处理技术发展起晚，20世纪50年代前还停留在水体自净阶段；60年代进入农田利用阶段；70年代，许多城市开始注意城市污水处理问题并采取了一定的措施，但重点放在工业污染源的分散治理上，污水处理进入了分散治理阶段；进入80年代后，污水处理进展较快，进入了水污染的综合防治阶段。我国第一座大型城市污水处理厂—天津市纪庄子污水处理厂于1984年4月28日竣工投产运行，处理规模为216x105m3/d。在此成功经验的带动下，北京、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂几十座。到2000年底，全国己建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，这些污水处理设施对遏止水环境污染加剧的趋势起到了重要作用。但是，不容乐观的是，我国的城市污水处理率目前还不到20%。污水处理所采用的工艺技术是污水处理厂的核心部分。然而，利用常规技术处理废水耗电能多、费用高，如普遍采用和推广，不要说在第三世界国家难以实现，就是在经济发达国家也非易事。土地处理法和氧化塘法由于其低投资、低能耗以及与生态处理相结合具有深度处理的功能，而PLC可以通过工业以太网控制网络与其编程软件进行交互，技术人员可以在比较良好的环境下通过网络对程序进行修改，而不必到环境恶劣的现场去操作。为确保污水处理工艺和设备能够长期安全可靠地运行，故采用西门子S7-200PLC可编程序控制器，本文将就如何在该系统中实现西门子PLCS7-200控制系统进行研究。一、PLC简介可编程控制器之所以被广泛的应用于现代的工业控制中，是因为它与其他工业控制装置相比，有其显著优点。可编程控制器与传统的继电器相比，它具有如下优点：由于采用大规模集成电路和计算机技术，因此可靠性高、逻辑功能强、体积小。在需要大量中间继电器及时间继电器和计数继电器的场合，PLC无需增加设备，利用微处理器及存储的功能，就可以很容易的完成这些逻辑组合和运算，大大降低了控制成本。PLC采用软件编制程序来完成控制，所以随着要求的变更对程序进行修改显得十分方便。而对于布线逻辑的继电器，逻毕业论文第2页共15页辑控制则难以办到。可编程序控制器与计算机相比，它具有如下优点：PLC采用了面向操作的逻辑语言，以继电器逻辑梯形图为表达式。一个熟练的电工2天就可以掌握它的使用方法和编程技巧。PLC是在恶劣的工业环境中运行的，因而它的设计着眼于可靠、高抗干扰、密封及坚固。它没有一般计算机必须的环境要求。PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对象进行组合和扩展,以满足工业控制的需要，因而具有很好的性能/价格比。可编程序控制器与单片机相比，它具有如下优点：PLC各个功能部件采用模块化结构，若某一部件损坏，只要换一个模块即可，而单片机是一个芯片，这样PLC就经济许多。PLC具有逻辑控制、定时控制、步进控制、数据处理、监控通信联网、停电记忆故障诊断等功能。而单片机用于测控系统、智能仪表、智能接口等。PLC一般对多被控对象来进行实时监控，且指令简单易学；而单片机一般对单一被控对象，且其指令相对复杂。PLC的优点很多，但是它与单片机、计算机相比，PLC速度较低。尽管如此，本设计仍然选用PLC。因为，工业污水处理并不要求有太快的速度，而且还由它的实地环境决定。因此本设计选用它做为中心控制装置，利用流量传感器、PH计、温度传感器和液位传感器的检测功能对污水进行处理，使其减少污染，达到标准，以便保护环境，节约用水的功能。根据环保部门要求处理后水的pH值应在6～8之间，当pH值小于6呈酸性时，需要加入碱性药水来中和；当pH值大于8呈碱性时，需要加入酸性药水。通常某工厂的生产工艺稳定后，pH值要么呈现酸性，要么呈现碱性，不可能来回摆动，所以加入药水的性质也是一定的。由于水的pH值在7附近极易波动，如果加入的中和用药水过多或过少，都会使其pH发生偏差。采用人工控制的方式很难完成控制要求，故需要依靠自动控制系统，并配以PID算法来保证控制精度。在工厂中，通常有大量的强电设备，电源和电磁环境有时非常复杂，若采用单片机在自身性能上有局限性，所以无法满足控制要求。若采用以工控机为核心的控制系统，在性能方面虽没有问题，但成本相对较高。由于可编程逻辑控制器可靠性高、对环境要求低，有多种输入/输出开关量点数组合，开关量和模拟量有良好的可扩展性，可独立组成成本较低的自动控制系统，所以在污水处理控制系统中被大量采用。二、基于PLC控制的污水处理装置的设计（一）PLC选型本设计采用德国西门子公司生产的S7-200系列PLC。S-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能已达到大、中型PLC的水平，而价格却和中小型PLC的一样。因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。毕业论文第3页共15页特别是S7-200CPU22*系列PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。西门子S7-200系列是西门子公司前几年刚刚投入市场的小型可编程序控制器。它价格低廉，结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，可以单机运行，也可以进行输入/输出和功能模块的扩展。CPU单元共有五种配置，具体结构如表1所示：表1S7-200PLC配置型号存储器容量最大扩展电流输入点输出点可扩展模块数可扩展模拟块数CPU2213K064无无CPU2223K340mA8621CPU2246K660mA141074CPU224XP6K1000mA241674CPU22613K1000mA241674当CPU的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行I/O扩展。I/O扩展包括I/O点数的扩展和功能模块的扩展。不同的CPU有不同的扩展规范。它主要受CPU的功能限制。S7-200系列CPU提供一定数量的主机数字量I/O点，但在主机I/O点不够的情况下，就必须使用扩展模块的I/O点。典型的数字量输入/输出扩展模块有：输入扩展模块EM221有两种：8点DC输入、8点DC输出。输出扩展模块EM222有三种：8点DC晶体管输出、8点AC输出、8点继电器输出。输入/输出混合扩展模块EM223有六种：分别为4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）DC输出、4点（8点、16点）DC输入/4点（8点、16点）继电器输出。当需要完成