基于plc的污水處理

江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGE242011——2014學(xué)年畢業(yè)論文課題名稱：基于plc的污水處理系統(tǒng)系部：班級(jí)：姓名：指導(dǎo)教師：

目錄摘要 31.1課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容 3第二章污水處理流程 32.1污水處理的工藝流程 3第三章PLC控制系統(tǒng) 43.1可編程控制器的分類 43.2PLC的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 5第四章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 64.1課題設(shè)計(jì)要求 64.2主電路設(shè)置 64.3硬件分配表 74.4主電路圖 84.5控制電路圖 94.7程序流程圖 9第五章污水處理系統(tǒng)的PLC程序 115.1程序的構(gòu)成 115.2數(shù)字量輸入 115.3主程序 13第六章監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 184.1WinCC組態(tài)軟件的簡(jiǎn)述 18第七章總結(jié) 23摘要近幾年我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但也隨之帶來(lái)了一些環(huán)境問(wèn)題，特別是對(duì)水的污染問(wèn)題。我國(guó)政府對(duì)水污染的重視程度年年正在逐步提高，從目前看來(lái)來(lái)我國(guó)對(duì)大中城市的污水問(wèn)題采取了一定的治理措施，但是在鄉(xiāng)下和鄉(xiāng)鎮(zhèn)中生活污水的處理情況很不樂觀。為此，改善水環(huán)境，保護(hù)我國(guó)緊缺的水資源，成為一件刻不容緩的事情。由于學(xué)校內(nèi)學(xué)生人口多，水污染問(wèn)題也比較客觀，所以水資源也是學(xué)校面臨的一件重要的問(wèn)題。SBR污水處理法，對(duì)校園生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后的中水可以用來(lái)澆灌花木、綠地、沖洗廁所，從而達(dá)到節(jié)約用水的目的。1.1課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容這個(gè)課題主要設(shè)計(jì)污水處理的PLC自動(dòng)控制和對(duì)應(yīng)的WinCC的組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)畫面，主要設(shè)計(jì)如下第一章本課題討論了課題的研究背景、國(guó)內(nèi)外的污水處理方法、本課題要研究的工作。第二章著重介紹了序批示污水處理法，也介紹了污水處理的過(guò)程。第三章介紹PLC控制系統(tǒng)。第四章介紹整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第五章污水處理的plc程序及主電路和控制電路圖。第六章介紹了組態(tài)軟件和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果第七章介紹了文章的總結(jié)。第二章污水處理流程2.1污水處理的工藝流程污水處理采用SBR污水生物處理工藝，是按“進(jìn)水、反應(yīng)（曝氣等）、沉淀、排水”幾個(gè)步驟周期性進(jìn)行循環(huán)。從污水流入開始到排水結(jié)束算做一個(gè)周期。工藝流程圖如下所示，基本操作運(yùn)行程序如下。（1）進(jìn)水 進(jìn)水電動(dòng)閥門打開，污水通過(guò)粗格柵過(guò)濾，經(jīng)過(guò)水泵，然后細(xì)格柵過(guò)濾到達(dá)SBR池。（2）反應(yīng)進(jìn)水到一定液位后，停止進(jìn)水，排空氣閥閥門打開，風(fēng)機(jī)延時(shí)啟動(dòng)，開始曝氣，同時(shí)潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾眠\(yùn)行。（3）沉淀當(dāng)SBR池停止曝氣以后，空氣閥門關(guān)閉，羅茨風(fēng)機(jī)也停止運(yùn)行，開始進(jìn)行靜置和沉淀。（4）排水SBR池水位達(dá)到最高水位，并經(jīng)過(guò)沉淀工藝以后，#1清水泵啟動(dòng)，上清夜（上面的清夜）緩慢排出池外。向清水池注水，當(dāng)清水池到達(dá)高水位時(shí)#2清水泵啟動(dòng)#1清水泵停止，開始向中水箱注水，當(dāng)水箱到達(dá)高水位時(shí)，#2自動(dòng)停止運(yùn)行。控制過(guò)程包括：①充水(打開進(jìn)水泵)②曝氣(開啟風(fēng)機(jī))③沉淀（在污水池內(nèi)）④排水（到清水池）第三章PLC控制系統(tǒng)3.1可編程控制器的分類PLC按結(jié)構(gòu)形狀可以分為整體式和模塊式兩類。整體式的PLC是將電源、I/0接口、cpu等部件都裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)部，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、低價(jià)格的特點(diǎn)，適合一般電氣控制，一般小型的plc采用這種整體式。整體式的PLC也稱為PLC的基本單元，在基本單元的基礎(chǔ)上可以加裝擴(kuò)展模塊擴(kuò)大其適用范圍。擴(kuò)展區(qū)域只有I/O接口和電源，沒有cpu。模塊式plc是將plc的各個(gè)部分分開，分別叫做cpu模塊、I/O模塊、電源模塊以及各個(gè)功能模塊，這種模塊的特點(diǎn)是配置靈活，便于擴(kuò)展和維修，適合中、大型的plc。PLC按輸入/輸出接口（I/O接口）的點(diǎn)數(shù)可以分為大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)。I/O點(diǎn)數(shù)小于128點(diǎn)的稱作為小型機(jī)；I/O點(diǎn)數(shù)在129~512點(diǎn)的稱作為中型機(jī)；I/O點(diǎn)數(shù)大于512點(diǎn)的稱作為大型機(jī)。PLC的I/O接口數(shù)越多，其內(nèi)部?jī)?chǔ)存容量越大，價(jià)格會(huì)越貴，因此，在設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)時(shí)我們應(yīng)該盡量減少使用I/O接口的數(shù)目，目的是為了減少成本。3.2PLC的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言用戶的PLC程序可以根據(jù)下圖的梯形圖語(yǔ)言或指令表語(yǔ)言來(lái)編寫。梯形圖主要由觸點(diǎn)、線圈等軟元件組成，觸點(diǎn)表示邏輯的‘輸入條件’，線圈表示邏輯的‘輸出結(jié)果’，程序的邏輯運(yùn)算按照從上到下、從左到右的方向依次執(zhí)行。觸點(diǎn)和線圈等組成的獨(dú)立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，以網(wǎng)絡(luò)為單位給梯形圖加注釋，通常程序按網(wǎng)絡(luò)的編號(hào)依次進(jìn)行執(zhí)行。例如網(wǎng)絡(luò)1、網(wǎng)絡(luò)2……程序的梯形圖與繼電器系統(tǒng)的電氣原理圖十分相似。梯形圖程序的模仿電路中電流的流動(dòng)，通過(guò)一系列的邏輯輸入條件，來(lái)決定是否有邏輯輸出。一個(gè)梯形圖程序包括左側(cè)提供‘電流’的母線，閉合的觸點(diǎn)允許通過(guò)他們流向下一個(gè)元件，而打開的觸點(diǎn)阻止電流的流動(dòng)。例如下圖中當(dāng)觸點(diǎn)I0.0閉合時(shí)，線圈Q0.0就會(huì)導(dǎo)通；當(dāng)I0.1閉合時(shí)，線圈Q2.0就會(huì)通電。指令表的語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言比較相似。用戶既可以輸入梯形圖也可以輸入指令表，梯形圖和指令表之間可由編程軟件來(lái)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。PLC的工作方式是循環(huán)掃描的工作方式：讀輸入。將CPU每個(gè)端口的狀態(tài)輸入到映像寄存器。執(zhí)行程序。CPU逐條掃描程序，從上到下依次掃描。處理通信請(qǐng)求。執(zhí)行CPU自診斷寫輸出。將映像接觸器之中的輸出數(shù)據(jù)復(fù)制到輸出寄存器中第四章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1課題設(shè)計(jì)要求1）控制裝置選用PLC為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配PLC機(jī)型和I/O接口。2）可執(zhí)行自動(dòng)的方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序。3）電動(dòng)閥上電動(dòng)機(jī)為正、反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行，因此要在PLC控制回路加互鎖功能。4）為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，如電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。6）選擇電器件、編制元器件目錄表。的I/O接口功能表。7）繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路、編制PLC8）采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序。9）利用WinCC軟件設(shè)計(jì)出交互式組態(tài)控制系統(tǒng)4.2主電路設(shè)置1、主電路中交流接觸器km1、km2、km3分別控制#1清水泵M1，#2清水泵M2，曝氣風(fēng)機(jī)M3，交流接觸器km4、km5控制電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M4。2、電動(dòng)機(jī)M1，M2,M3,M4由熱繼電器FR實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。QF為電源總開關(guān)，可以完成對(duì)整個(gè)主電路的保護(hù)，又起到斷開三相交流電源的作用，使電路更加方便使用和維修熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4實(shí)現(xiàn)各個(gè)回路的短路保護(hù)。FU5、FU6完成對(duì)控制回路以及PLC回路的短路保護(hù)。電動(dòng)閥閘門需要采用兩個(gè)交流接觸器，來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)閥門的正反轉(zhuǎn)。4.3硬件分配表序號(hào)文字符號(hào)名稱數(shù)量備注1234578910111213M1/M2/M3/M4FB1/FB2/FB3/FB4FU1/FU2/FU3/FU4FU5/FU6QFSB1SB2KM1/KM2/KM3/KM4/KM5HL1/HL2/HL3/HL4YA1YA2PLC電動(dòng)機(jī)熱繼電器熔斷器熔斷器斷路器啟動(dòng)按鈕停止按鈕交流接觸器指示燈排空電磁閥電動(dòng)閥可編程控制器（西門子s7-200）4412211154111三相交流異步電動(dòng)機(jī)按照電動(dòng)機(jī)的整定電流熔體10A熔體2A脫口電流10A綠色按鈕紅色按鈕線圈電壓：220v線圈電壓：220v線圈電壓：220v線圈電壓：220v繼電器輸出4.4主電路圖4.5控制電路圖4.7程序流程圖前面已介紹了整個(gè)污水處理的控制要求，為了使編寫的程序很好的達(dá)到預(yù)期效果，按照工藝過(guò)程畫出了系統(tǒng)的流程圖。根據(jù)visio軟件畫出了整個(gè)系統(tǒng)的流程圖如圖所示，圖中具體說(shuō)明了各個(gè)部分打開/g關(guān)閉的條件，通過(guò)流程圖能更清楚的明白整個(gè)污水處理系統(tǒng)。流程圖中能夠清楚的看出電動(dòng)閥開啟的條件，關(guān)閉條件。#1清水泵和#2清水泵的開啟和關(guān)閉條件。第五章污水處理系統(tǒng)的PLC程序5.1程序的構(gòu)成整個(gè)PLC程序由以下幾個(gè)程序模塊組成的。（1）主程序?qū)φ麄€(gè)污水處理系統(tǒng)工藝流程的控制。（2）I/O程序?qū)h(yuǎn)程I/O的編程,使其按照PLC程序進(jìn)行工作。（3）模擬量輸入程序完成對(duì)模擬量的采集和存儲(chǔ)。5.2數(shù)字量輸入輸入地址對(duì)應(yīng)設(shè)備I0.0啟動(dòng)按鈕I0.1停止按鈕I0.2熱繼電器（過(guò)載保護(hù)）I0.4電機(jī)故障I0.5電動(dòng)閥門開I0.6電動(dòng)閥門關(guān)I1.0污水水位高I1.1污水水位低I1.2清水水位高I1.3清水水位低I1.4水箱水位高I1.5水箱水位低輸出端口分配表輸出地址對(duì)應(yīng)設(shè)備Q0.0#1清水泵Q0.2#2清水泵Q0.3污水水位高紅燈Q0.4污水水位低綠燈亮Q0.5清水水位高紅燈亮Q0.6清水池水位低綠燈亮Q1.0水箱水位高（紅燈亮）Q1.1水箱水位低（綠燈亮）Q1.2綠燈亮（電動(dòng)閥開）Q1.3綠燈亮（電動(dòng)閥關(guān)）Q1.4電動(dòng)閥開Q1.5電動(dòng)閥關(guān)Q1.6故障報(bào)警Q2.0羅茨風(fēng)機(jī)Q2.1排空電磁閥Q2.2上水電磁閥5.3主程序根據(jù)污水處理控制系統(tǒng)的工藝流程，編寫的控制程序如下。1、首先，按下啟動(dòng)按鈕I0.0，若污水水位在低水位時(shí)，整個(gè)線路導(dǎo)通，電動(dòng)閥打開，開始向污水處理池納入污水；若在高水位，線路不導(dǎo)通，電動(dòng)閥不打開。Q1.2表示當(dāng)電動(dòng)閥打開時(shí)亮綠燈。由于要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，在網(wǎng)路3編寫了電動(dòng)閥的關(guān)閉程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。在網(wǎng)絡(luò)中有很多保護(hù)功能，例如過(guò)載保護(hù)I0.2，短路保護(hù)，電機(jī)故障保護(hù)。Q1.3為電動(dòng)閥關(guān)閉時(shí)亮紅燈；Q1.6電機(jī)故障燈；若向污水池納污水時(shí)污水水位在低水位時(shí)顯示綠燈，高水位時(shí)顯示紅燈。若污水水位達(dá)到高水位時(shí)電動(dòng)閥關(guān)閉，在污水池內(nèi)要進(jìn)行曝氣，排空電磁閥開啟，采用時(shí)間繼電器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行延時(shí)空載啟動(dòng)Q2.0為羅茨風(fēng)機(jī)；通過(guò)時(shí)間繼電器對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行延時(shí)啟動(dòng)，曝氣過(guò)程采用；SM0.5是在每個(gè)周期內(nèi)只導(dǎo)通半個(gè)周期。由于曝氣時(shí)間較長(zhǎng)采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行時(shí)間延時(shí)。因?yàn)榕趴针姶砰y兩次開啟，兩次關(guān)閉所有采用位存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。1、曝氣結(jié)束，排空閥會(huì)再次打開，羅茨風(fēng)機(jī)通過(guò)延時(shí)繼電器空載停機(jī)，然后排空電磁閥也通過(guò)延時(shí)繼電器延時(shí)關(guān)閉。風(fēng)機(jī)保護(hù)：風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，能起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的作用。污水池內(nèi)的水經(jīng)過(guò)40分鐘的沉淀之后，若清水池水位在低水位時(shí)，PLC下達(dá)指令，#1清水泵開啟向清水池納入清水。若達(dá)到清水池的高水位，就會(huì)紅燈亮起。清水池中的水位低至低水位時(shí)就會(huì)有綠燈亮起當(dāng)清水池的水位達(dá)到高水位時(shí)，為#2清水泵開啟作條件。在中水箱綠燈亮起時(shí)表示中水水位低，#2清水泵啟動(dòng)納入清水；亮紅燈表示水位高，#2清水泵停止納入清水。第六章監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的是監(jiān)控功能，在控制系統(tǒng)中充當(dāng)操作站的角色。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)及所連設(shè)備的監(jiān)控。本課題上位機(jī)采用西門子組態(tài)軟件WinCC來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控界面。4.1WinCC組態(tài)軟件的簡(jiǎn)述Win