基于PLC電氣控制的水處理系統(tǒng)

河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院--PAGE14-緒論課題的提出水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì),在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征.我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國(guó)家，面臨城市污水肆意排放，生活用水水質(zhì)日益下降，如何使水質(zhì)達(dá)到日常生活、工業(yè)生產(chǎn)可靠性、穩(wěn)定性的要求,直接影響著居民正常工作和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.隨著工業(yè)制造的迅速發(fā)展，儀器設(shè)備對(duì)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)方式普PLC水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)該系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1。2水處理自動(dòng)控制的發(fā)展前景水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展始終追隨水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，其目的是使凈水、污水和中水回用的處理更加完善、控制更加準(zhǔn)確、系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、操作更加方便、系統(tǒng)運(yùn)行效率更高、更加環(huán)保和節(jié)能.1.2.1水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)在凈水行業(yè)，現(xiàn)有的城鎮(zhèn)凈水廠已經(jīng)趨于完善,但在農(nóng)村的飲水狀況卻讓人擔(dān)憂,大部分的農(nóng)村人口直接飲用地下水或地表水,農(nóng)村集中供水是一種發(fā)展趨勢(shì)。農(nóng)村凈水廠的建設(shè)將是凈水廠的主要組成之一。市水資源，能夠在很大程度上緩解城市水資源匱乏的狀態(tài)，并進(jìn)一步減少對(duì)下游城市水資源的污染，降低下游城市水資源的凈化難度.,201050%,60％,重點(diǎn)城市的污水70％.新建污水廠仍是我國(guó)治理水資源的一個(gè)重要組成.水處理行業(yè),由于各廠的水源不同，所包含的污染物不同，相應(yīng)的處理工藝也不同。水處理工藝的多樣性、復(fù)雜性也是水處理行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。其便捷穩(wěn)定的控制變得至關(guān)重要。1。2.2水處理行業(yè)自動(dòng)控制需求針對(duì)水處理行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，水處理行業(yè)對(duì)自動(dòng)控制的需求主要有以下幾個(gè)方面：PLCPLCPLCPLC及儀表能夠支持通用的開(kāi)放通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn).上位組態(tài)軟件豐富的驅(qū)動(dòng)程序.在改造和擴(kuò)建項(xiàng)目中，有很多情況是現(xiàn)場(chǎng)有幾PLCPLC建項(xiàng)目中，也要考慮之后的項(xiàng)目改造和擴(kuò)建，需要上位組態(tài)軟件能夠具有豐富的PLC水處理行業(yè)同樣需要考慮到節(jié)能和環(huán)保的問(wèn)題.這就需要PLCPLC.PLCPLC情況下，也能夠最低限度的減少故障損失.BOT最快的資金周轉(zhuǎn)周期，而自動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)試是水廠正常運(yùn)行調(diào)試的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，這就需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的效率高。效率主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是調(diào)節(jié)周期短，二是調(diào)試效果好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定合理。1。2。3水處理行業(yè)自控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)為適應(yīng)水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，滿足水處理行業(yè)對(duì)自控系統(tǒng)的需求,水處理行業(yè)的自控系統(tǒng)在未來(lái)發(fā)展主要方向包含以下幾個(gè)方面。31由于水處理項(xiàng)目自動(dòng)化控制對(duì)安全性的要求比較高,而現(xiàn)在通常應(yīng)用的冗余系統(tǒng)中,多數(shù)為雙機(jī)架冗余,成本相對(duì)單機(jī)系統(tǒng)會(huì)提高一倍,而低成本、高可靠性的單機(jī)架冗余方案將是PLCPLCCPU。冗余PLC1.2.32PLCPLC模塊實(shí)現(xiàn)。即通訊接口模塊的使用不能受到本地背板或遠(yuǎn)程背板的限制。1.2。3.3組態(tài)軟件豐富的驅(qū)動(dòng)程序組態(tài)軟件應(yīng)開(kāi)發(fā)各種廠家的PLC、儀表、移動(dòng)通訊設(shè)備以及其他具有通訊功能的自控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，以便在項(xiàng)目改造、擴(kuò)建過(guò)程中上位組態(tài)軟件與下位自控設(shè)備兼容，使水處理項(xiàng)目可以通過(guò)一個(gè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有工藝進(jìn)行監(jiān)控,提高系統(tǒng)的集成度和現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作效率，同時(shí)降低項(xiàng)目成本1.234由于水處理工藝多樣性，針對(duì)不同規(guī)模、不同工藝的水處PLC1235IO36遠(yuǎn)程監(jiān)控在水廠控制中心通過(guò)聯(lián)網(wǎng)發(fā)布軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控界面。將來(lái)PLCInternetPLCPLC可編程控制器的定義PLC（ProgrammablelogicController)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee）PLCPLC:“PLC易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì).”P(pán)LC的發(fā)展和應(yīng)用PLC1969（DEC）研制的。限于PLC70PLCPLC2070.208020的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各1。3。3西門(mén)子S7—200PLC簡(jiǎn)介西門(mén)子公司具有品種非常豐富的PLC.S7PLCS7—200PLC，19982004如下：功能強(qiáng)大。S7—2005CPU7I/O38I/O，30KB間；先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大、使用方便的編程軟件；靈活方便的尋址方法。本課題的主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是以工業(yè)用水處理系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用PLC控制技術(shù),設(shè)計(jì)了一套滿足工業(yè)水質(zhì)要求的自動(dòng)化水處理系統(tǒng)，并利用觸摸屏對(duì)水處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全，獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài).PLC331PLCPID調(diào)節(jié)流量,使供水管網(wǎng)壓力恒定.各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。根據(jù)以上控制要求,進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì).硬件設(shè)備選型、PLCI/OI/OI/OI/OI/O程序,對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改并設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定2。1水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求2。1。1系統(tǒng)控制采用PLC控制方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，設(shè)有手動(dòng)／自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能?？梢噪S時(shí)根據(jù)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行狀況對(duì)系統(tǒng)的控制方式及工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在手動(dòng)方式下，對(duì)各單元(如自動(dòng)閥,水泵）進(jìn)行獨(dú)立操作。生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)。主要的工藝參數(shù)(如壓力,電導(dǎo)率等）,均可直接在盤(pán)面或現(xiàn)場(chǎng)儀表上讀出，實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。。2 報(bào)警及保護(hù)受控單元停止工作。中液位報(bào)警:原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過(guò)中設(shè)定值，發(fā)出中液位信號(hào)，受控單元啟動(dòng)工作.低液位報(bào)警：原水箱、中間水箱、純水箱水位,水位低過(guò)低設(shè)定值,發(fā)出低液位信號(hào)并停止出水泵。高壓泵低壓保護(hù)：進(jìn)水壓力低于低壓開(kāi)關(guān)設(shè)定值，發(fā)出水壓低信號(hào)并停止高壓泵及RO系統(tǒng).高壓泵高壓保護(hù):進(jìn)水壓力高于高壓開(kāi)關(guān)設(shè)定值,發(fā)出水壓高信號(hào)并停止高壓泵及RO系統(tǒng)。水泵故障報(bào)警：水泵熱繼電器動(dòng)作，發(fā)出故障信號(hào)，并停止故障泵2。1。3 手動(dòng)／自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能手動(dòng)操作方式主要用于應(yīng)急或檢修，以保證生產(chǎn)供水需求自動(dòng)操作方式：平時(shí)正常工作普遍采用的方式，其整個(gè)工作過(guò)程不需要人員干預(yù)，全自動(dòng)運(yùn)行。2。1。4系統(tǒng)單元控制預(yù)處理單元石英砂過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器為全自動(dòng)操作運(yùn)行和反洗。ROROPLCRORO對(duì)RO反滲透正常運(yùn)行過(guò)程保護(hù)說(shuō)明：檢測(cè)進(jìn)水壓力是否達(dá)到要求的設(shè)備為進(jìn)水低壓壓力開(kāi)關(guān)；為確保反滲透的正常運(yùn)行，考慮到運(yùn)行過(guò)程中以及高壓泵啟動(dòng)時(shí)，對(duì)管路會(huì)造成瞬時(shí)或不間斷的壓力失常、損失等情況,會(huì)造成壓力開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作，從而造成系統(tǒng)報(bào)警、停止，故在檢測(cè)進(jìn)水壓力動(dòng)作時(shí)，考慮了一定的延時(shí)。檢測(cè)高壓泵是否故障的設(shè)備為高壓泵保護(hù)器。濃水管道設(shè)置高壓保護(hù)開(kāi)關(guān),檢測(cè)到濃水側(cè)壓力過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并打開(kāi)濃水排放電動(dòng)閥門(mén),進(jìn)行瀉流.RORORORO清洗系統(tǒng)由于清洗裝置是反滲透系統(tǒng)的維護(hù)設(shè)備，運(yùn)行時(shí)間和頻率比較低，一般幾個(gè)月運(yùn)行一次,建議采用手動(dòng)控制方式進(jìn)行；清洗進(jìn)行時(shí),首先確保清洗水箱有足夠的清洗液，并且清洗泵、及清洗過(guò)濾器進(jìn)出口各閥門(mén)都處于開(kāi)啟狀態(tài)，檢查清洗設(shè)備和反滲透裝置之間的管道連接，開(kāi)啟清洗水泵，清洗裝置進(jìn)入開(kāi)啟狀態(tài)。2。2水處理系統(tǒng)工藝流程概述。1RO原水到達(dá)原水電磁閥，電磁閥開(kāi),原水流入原水箱內(nèi)。原水箱內(nèi)的水通過(guò)原水泵流經(jīng)兩個(gè)石英砂過(guò)濾器罐體，將水質(zhì)中泥沙過(guò)濾在其中。過(guò)濾后的水流入活性炭過(guò)濾器罐體，活性炭吸附微笑顆粒.5umPH，PH3um2。2。2清洗系統(tǒng)RORO3um2.2。3循環(huán)水系統(tǒng)用水池內(nèi)的如果水體長(zhǎng)時(shí)間靜止,水表面塵埃會(huì)逐漸積累，同時(shí)水體內(nèi)細(xì)菌也會(huì)迅速滋生繁衍。那么就應(yīng)該考慮過(guò)濾表面的灰塵同時(shí)殺除水體內(nèi)細(xì)菌。用水池上部有一吸水池,將管道伸入吸水池中用于吸水，開(kāi)啟循環(huán)水泵使水進(jìn)入多介質(zhì)罐體.多介質(zhì)罐體內(nèi)填充不同顆粒大小的石英砂和活性炭。殺菌劑用計(jì)量泵與過(guò)濾后的水重新流入用水池。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)后,多介質(zhì)罐體內(nèi)會(huì)積淀大量塵埃.為了方便除去罐體內(nèi)塵埃，停止循環(huán)水泵運(yùn)行,開(kāi)啟反洗水泵使水流入罐體，開(kāi)啟手動(dòng)排水蝶閥使水排除從而達(dá)到清洗罐體的目的.電氣系統(tǒng)原理圖3.1電氣系統(tǒng)主回路原理圖3。1.1RORO34KW，100ACNGV2點(diǎn)，方便控制回路的接線。GV2生過(guò)載、短路、欠壓的情況下進(jìn)行可靠的保護(hù)。各泵空開(kāi)連接交流接觸器，接觸器廣泛的用作電力的開(kāi)斷和控制電路。它利用主接點(diǎn)來(lái)開(kāi)閉電路,用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令.主接點(diǎn)一般只有常開(kāi)和常閉接點(diǎn).3.1.2清洗系統(tǒng)主回路原理圖C6A1PPLC和變壓器，作為兩者的電源。220V24V,24V24V+24V—。變壓器的主要作用是電壓變換,電壓升高或者降低.主要分類為:生涯變壓器、降壓變壓器。為了在緊急情況下可以立即停止整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，從主電源C6A1P220V。2循環(huán)水系統(tǒng)主回路原理圖10KW10KW22KW形，電機(jī)便進(jìn)入全壓下的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電氣系統(tǒng)控制回路原理圖3。2。1RO10020024V+PLCQ0.0KA1,KA1KA2KA2QF1I14PLCKM1，KM1KA3KA3KA4,KA4開(kāi)點(diǎn)閉合,阻垢劑泵運(yùn)行，阻垢劑泵運(yùn)行指示燈亮。KM2，KM2QF2，QF2I1。5PLCKA6KA6水閥運(yùn)行指示燈亮。KM4QF4，QF4I2。1PLCKA8KA8，PH，PH燈亮。KM3,KM3QF3,QF3I2。0PLCKA10,KA10水閥運(yùn)行指示燈亮.當(dāng)純水運(yùn)行，接觸器KM5水過(guò)載，空開(kāi)QF5繼電器KA12通電，KA12常開(kāi)點(diǎn)閉合,紫外燈殺菌器開(kāi)。KM6QF6，QF6PLC24V為了保證高壓泵正常運(yùn)行，防止入水低壓，高壓水泵空轉(zhuǎn)影響高壓泵的使用。出水高壓對(duì)反滲透裝置沖擊損害，所以在高壓泵的進(jìn)水口和出水口設(shè)置壓力開(kāi)關(guān)。入水低壓、出水高壓信號(hào)傳送到PLC信號(hào)輸入端口，當(dāng)遇到故障時(shí)指示燈亮,高壓泵停止運(yùn)行.為了檢測(cè)處理后的水是否得到所需要求，用電導(dǎo)率表、電阻率表的探頭伸入反滲透裝置的出水口,用以檢測(cè)水質(zhì)。3。2。2循環(huán)水系統(tǒng)控制回路原理圖KM1AKM1AKT1,KT1起動(dòng)。KM1BKM1C1KM2,KM211FR2，F(xiàn)R2112KM322FR3，F(xiàn)R32KA1常閉點(diǎn)斷開(kāi)，1#進(jìn)水閥開(kāi)。1＃進(jìn)水閥指示燈亮。KM2,KM3KA2，KA2常閉點(diǎn)斷開(kāi),2#進(jìn)水閥開(kāi)。2＃進(jìn)水閥指示燈亮.LS3KA3亮。KA1,KA2KA4，KA4加藥泵運(yùn)行指示燈亮。潛污泵手動(dòng)操作起動(dòng)、停止。1#KM4FR4，F(xiàn)R4＃潛污泵停止運(yùn)行，過(guò)載指示燈亮。2＃KM5，2＃潛污泵運(yùn)行指示燈亮.2FR5,FR52亮.3#潛污泵手動(dòng)啟動(dòng)，接觸器KM6通電，常開(kāi)點(diǎn)閉合,3＃潛污泵運(yùn)行指示燈亮。3#FR6，F(xiàn)R6，3＃亮。3。3PLC的I/O端口分配及外圍接線圖。1PLCI/O3。3。1PLC的外圍接線圖PLC4.1PLC編程軟件的選用PLCSIEMENSV4.0STEP7MicroWINSP6SIMATIC語(yǔ)言、功能塊圖(FWD）語(yǔ)言。語(yǔ)句表（STL)語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。梯形圖(LAD）語(yǔ)言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控PLC的高級(jí)語(yǔ)言,幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受,是初學(xué)者理想的編程工具.功能塊圖(FWD）的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同.PLCPC/PPIPLC，控制任務(wù)的完成，是通過(guò)在RUN下主機(jī)循環(huán)并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)4。2PLC控制系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)為了方便了解水箱內(nèi)水的多少,分別在原水箱、中間水箱、純水箱，試驗(yàn)水池中間水箱不滿的情況下,原水泵開(kāi)，預(yù)處理閥開(kāi),阻垢劑泵開(kāi)。預(yù)處理閥開(kāi)啟延時(shí)1sPH1s1s1sPH由于清洗系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)只在短時(shí)需要的情況下運(yùn)行,所以選擇手動(dòng)操作.4。3PLC控制系統(tǒng)主回路梯形圖結(jié)束語(yǔ)PLCPLC水泵電機(jī)控制納入自動(dòng)控制系統(tǒng)。壓力傳感器將電信號(hào)傳送給控制模塊根據(jù)壓力施工簡(jiǎn)單、節(jié)能效果顯著、全自動(dòng)控制、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)控制過(guò)程和原理的分析，利用西門(mén)子V4。0STEP7MicroWINSP6編程軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)用于純水處理系統(tǒng)的程序。為了方便監(jiān)控各個(gè)水箱水位和各泵的運(yùn)行情況,將PLC的信號(hào)輸入到觸摸屏內(nèi).從觸摸屏上就可觀測(cè)到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，不緊大大節(jié)省了人力的損耗，而且對(duì)系統(tǒng)的操作更便捷。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)停止運(yùn)行，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào).利用電控柜上的指示燈來(lái)觀察每一臺(tái)水泵是否正常運(yùn)行.相對(duì)應(yīng)的綠色指示燈亮說(shuō)明水泵正常運(yùn)行，當(dāng)水泵過(guò)載時(shí)對(duì)應(yīng)紅色指示燈亮,系統(tǒng)停止運(yùn)行。為了方便操作與維修，此系統(tǒng)可手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行.利用三位開(kāi)關(guān)切換手動(dòng)/自動(dòng).通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅使我鞏固了對(duì)原有知識(shí)的掌握，還拓寬了我的知識(shí)面。在提高自己的同時(shí)，我也更加清楚的認(rèn)識(shí)到自己的一些不足之處。比如：在但經(jīng)過(guò)這半年的自學(xué)，以及向老師、同學(xué)們請(qǐng)教，我對(duì)這些知識(shí)有了更深入的理參考文獻(xiàn)1。崔金貴。變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討［J］,蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，1:84-882。張燕賓。變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐［M。北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002，135—1373。金傳偉，毛宗源。變頻調(diào)速技術(shù)在水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