沈阳化工基于PLC控制的废水处理系统设计毕业设计答辩成绩90分以上.docx
《沈阳化工基于PLC控制的废水处理系统设计毕业设计答辩成绩90分以上.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沈阳化工基于PLC控制的废水处理系统设计毕业设计答辩成绩90分以上.docx（30页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
沈阳化工基于PLC控制的废水处理系统设计毕业设计答辩成绩90分以上
沈阳化工大学
本科毕业论文
题目：
基于PLC控制的废水处理系统设计
院系：
专业：
电气工程及其自动化
班级：
08班
学生姓名：
指导教师：
论文提交日期：
2012年6月15日
论文答辩日期：
2012年6月18日
毕业设计（论文）任务书
专业：
电气信息工程及其自动化
XXXXX
学生：
XXX
毕业设计（论文）题目：
基于PLC控制的废水处理系统设计
毕业设计（论文）内容：
用SBR和PLC控相结合来控制废水处理系统。
毕业设计（论文）专题部分：
1、PLC选型；2、周边硬件选型；3、电气原理图绘制；4、PLC下位机程序设计；5、PLC上位机组态程序设计；6、PLC上下位机联机统调。
起止时间：
2012年3月---2012年6月
指导教师：
签字年月日
教研主任：
签字年月日
学院院长：
签字年月日
摘要
目前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当，效率普遍低于世界标准。
污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理是急需解决的主要问题。
中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。
生产废水及生活废水的循环利用，是节约用水和减少水资源开采的有效途径，既可利国利民，又是减少生产成本的重要举措。
同时为了响应实现工业废水零排放，努力建设节约型企业的号召，污水处理工程改造项目很必要。
随着工业自动化的普及与发展，要求有先进、稳定、可靠的监控设备加入到控制系统中，以完成数据的采集以及设备的安全进行。
作为当今工厂企业重要的自动化控制设备之一，可编程控制器（PLC）已经被广泛的用于现代工业控制系统中，尤其适用与逻辑、顺序过程控制。
它正随着计算机、通讯、网络等技术的进步全面迅速发展。
本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于PLC控制的污水处理系统。
文章首先介绍了基于PLC污水处理控制系统的工艺及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计PLC控制系统的基本原则和步骤，来说明PLC在污水处理过程中的应用。
SBR污水处理技术是一种高效污水回用的处理技术，在用优势菌技术对生活进行处理，经过处理后的中水可以用浇灌绿地、花木、冲厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。
SBR废水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为狭小的特点，力求达到设备体积小，性能稳定，工程投资少的目的。
由于SBR废水处理技术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用先进的PLC控制技术可以提高SBR废水处理效率，方便操作和使用。
SBR废水处理系统主要由电动阀、排空电磁阀、罗茨风机、污水处理池、清水泵、清水池、上水电磁阀、中水箱、下水电磁阀组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用来检测水池与水箱中的位。
在设计中应用电气控制对系统硬件进行设计；应用西门子S2-200实现下位机程序，并用西门子仿真软件进行调试；应用组态软件MCGS来实现上位机程序，最后把上位机和下位机连接起来最终实现SBR废水处理的工艺要求。
关键词：
废水处理；SBR污水处理技术；PLC
Abstract
Atpresent,China'smostsewagetreatmentcontrolsystemautomationlevelisnothigh,low,safetyimpropermanagement;theefficiencyislowerthantheworldcommonstandards.Sewagetreatmentsystemofaerationprocesscontrol,datacommunicationandmonitoringmanagementisthemainproblemsneededtoresolve.Chinasewagetreatmentautomaticcontrolsystemisrelativelybackward,sewagetreatmentcostremainshigh,thedischargeofwastewatertreatmentplantwithsewagewaterqualityisnotstable,sohowtoestablishaneffectivecontrolsystem,optimizetheoperationeffect,toreducetheoperationcost,tohavetheimportantmeaning.Productionwastewaterandthelifewastewaterrecycling,istosavewaterandreducetheeffectivewayofthewaterresourcesexploitation,alreadybutthebenefitsthecountryandthepeople,itistheimportantmeasuretoreduceproductioncost.Inordertorealizetheresponseindustrialwastewaterzeroemissions,strivetobuildforthecallofeconomicalenterprise,sewagedisposalengineeringprojectsisverynecessary.Withthedevelopmentandpopularizationofindustrialautomation,therequesthasadvanced,stableandreliablemonitoringequipmentjointocontrolsystemtocompletethedataacquisitionandthesafetyequipment.Asthefactoryenterpriseimportantautomaticcontrolequipmentisoneoftheprogrammablecontroller（PLC）hasbeenwidelyusedinmodernindustrialcontrolsystems,especiallyforandlogic,orderprocesscontrol.Itisalongwiththecomputer,communication,networktechnologyprogressoveralldeveloprapidly.
Thispaperintroducesthebasictechnologyofsewagetreatmentplantandprocess,andthroughthestudydesignasetofbasedonPLCcontrolofsewagetreatmentsystem.ThisarticlefirstintroducesthesewagetreatmentcontrolsystembasedonPLCtechnologyandrelatedprocesses,controlsystemhardwarestructureanddesign,workingprincipleanddesignofPLCcontrolsystemandbasicprinciplesandsteps,toexplaininwastewatertreatmentprocessofPLCapplication.
SBRsewagetreatmenttechnologyisakindofhighefficientsewagereuseofprocessingtechnology,withtheadvantagebacteriumintechnologytodealwithlife,afterthetreatmentofwatercanuseongreenspace,flowersandtrees,flushthetoiletandvehicles,etc,soastoachievethepurposeofsavingwaterresources.SBRwastewatertreatmentsystemplanfullyconsiderthereallifelivingareas,thecharacteristicsofcampusrelativelynarrow,strivetoachievetheequipmentissmall,stableperformance,projectinvestmentislesspurpose.BecauseofSBRtreatmenttechnologyprocessparameterschangeisbig,hardwaredesignselectionandequipmentdebuggingismorecomplex,andtheuseofadvancedPLCcontroltechnologycanimprovetheSBRtreatmentefficiency,convenientoperationanduse.
SBRwastewatertreatmentsystemmainlybytheelectricvalves,andemptyingelectromagneticvalve,Rootsblower,sewagetreatmentpool,clearwaterpump,clarifiedwaterpump,sheungshuielectromagneticvalve,electromagneticvalveinthewatertank,composition,insewagetreatingpond,clearwaterpool,watertanklevelswitchessetrespectively,usedtodetectpoolandtheatank.Inthedesign,theapplicationofthesystemhardwareelectricalcontroldesign;AppliestheS2-200implementamachineprogram,andSiemenssimulationsoftwaretesting;ApplicationMCGSconfigurationsoftwaretorealizethePCprogram,finallythePCandamachineunderconnectingfinallyrealizetheSBRwastewatertreatmentprocessrequirement.
Keywords:
wastewatertreatment;SBRsewagetreatmenttechnology;PLC
第一章绪论
1.1概述
中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。
随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。
在这样的背景下，废水处理行业成为新兴产业，目前与来自水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要的地位。
本毕业设计课题为《基于PLC控制的废水处理系统设计》，我选用的是SBR废水处理系统和PLC相结合的方法。
由于SBR废水处理系统的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、乘务降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。
正是SBR工艺这些特殊性使其具有一下优点：
（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。
（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。
（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。
（4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。
（5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。
（6）反应池内存在DO、B0D5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。
（7）SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。
（8）工艺流程简单、造价低。
主体设备只有一个序批式间歇反应池，无二沉池、污泥回流系统、调节池、初沉池也可省略、布置紧凑、占地面积省。
由于上述技术特点，SBR废水处理系统进一步拓宽了活性污泥法的适用范围。
根据其技术条件和特点，SBR废水处理系统更适合以下情况：
（1）中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化
较大的地方。
（2）需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除
有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。
（3）水资源紧缺的地方。
SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增
加设施，便于水的回收利用。
（4）用地紧张的地方。
SBR污水处理系统占地面积小，有效地节省土地从而
为用地紧张的地方的污水处理提供了有效地解决办法。
（5）非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
第二章SBR废水处理控制系统的工艺要求及分析
2.1设计要求及任务
2.1.1设计要求
（1）控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口。
（2）可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。
（3）电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能。
（4）PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。
（5）为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，如电动机过热保护、控制系统短路保护等。
（6）绘制电气原理图：
包括主电路、控制电路、PLC硬件电路，编制PLC的I/O接口功能表。
（7）选择电器元件、编制元器件目录表。
（8）绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等。
（9）采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。
2.1.2设计任务
（1）分析SBR废水处理工作原理与过程，制定控制方案
（2）绘制工作流程图或顺序功能图
（3）绘制PLC的硬件接线图及电气原理图
（4）相关元器件的计算与选型，制定原件明细表与I/O分配表
（5）控制系统硬件设计
（6）控制系统下位机软件设计
（7）控制系统上位机软件设计
（8）控制系统联机统调
2.2设计方案
SBR废水处理系统由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关组成。
SBR污水处理系统工艺流程图如图2-1所示。
图2-1所示SBR污水处理系统工艺流程图
当污水处理池处于低水位时，电动阀打开，纳入污水直到污水处理池处于高水位。
↓
电动阀关闭，排空电磁阀开启，罗茨风机延时空载启动，排空电磁阀关闭，污水处理池开始曝气。
经过6个小时的曝气后，排空电磁阀开启，罗茨风机空载关闭，排空电磁阀延时关闭。
↓
沉淀后，1#清水泵启动，向清水池注水，直到清水池到达高水位。
↓
1#清水泵关闭，当中水箱处于低水位时，2#清水泵开启，上水电磁阀开启，向中水箱中注水，直到中水箱处于高水位，2#清水泵关闭，上水电磁阀关闭。
↓
当中水箱处于高水位时，下水电磁阀开启，排除清水。
第三章SBR废水处理控制系统的硬件设计
控制系统硬件部分主要指PLC控制部分所用到的元器件及其接线，它在整个系统中起到了连接测试系统和控制系统的作用，是电磁阀耐久性检测台的重要组成部分和控制部分发挥作用的基础。
本章通过对系统I/O点的分析，选择出了符合设计要求的元器件，并在此基础上设计出了其接线图，完成了整个系统的硬件设计。
3.1元器件的选择
根据设计方案选择的电器元件，编制原理图的元器件目录表，如表3-1所示。
表3-1SBR废水处理系统元器件目录
序列号
名称
文字符号
1
立式离心泵
M1
2
立式离心泵
M2
3
罗茨风机
M3
4
电动阀
M4
5
热继电器
FR1～FR4
6
熔断器
FU1～FU6
7
断路器
FQ
8
隔离变压器
TC
9
启动按钮
SB1
10
停止按钮
SB2
11
自动按钮
SB3
12
手动按钮
SB4
13
可编程控制器
PLC
14
指示灯
LD1～LD12
15
中间继电器
KA
16
交流接触器
KM1～KM7
主要元器件的选择：
⑴PLC的选型
①实时性。
由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间
短，速度快。
基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。
更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。
②高可靠性。
所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外
电路与控制器内部电路之间电气上隔离。
各输入端均采用R-C滤波器。
各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。
采用性能优良的开关电源。
良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。
③安装简单，维修方便。
可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将
现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，
因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
④质优价廉，性价比高.
基于PLC控制系统的以上优势以及废水处理系统所处的复杂环境，所以本系统采用PLC进行控制。
⑵断路器QF脱口电流
断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。
SBR废水处理系统有3kW负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为1.1kW以下，起动电流较小，而且工艺要求4台电动机单独起动运行，因此可根据3kW电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF：
IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A，选用IQF＝10A的断路器。
⑶熔断器FU
熔体额定电流IFU以曝气风机为例，IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A，选用5A的熔体。
其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。
控制回路熔体额定电流选用2A。
⑷热继电器的选择请参考有关技术手册，自行计算参数。
3.2SBR废水处理控制系统的I/O分配
如下表3-2、3-3为SBR废水处理控制系统PLC输入输出分配表.
表3-2废水处理控制系统PLC输入分配表
序列号
名称
输入口
文字符号
1
自动开始按钮
I1.2
SB1
2
手动开始按钮
I1.3
SB2
3
开始按钮
I0.0
SB3
4
停止按钮
I0.1
SB4
5
污水池低水位
I0.2
L1
6
污水池高水位
I0.3
H1
7
排空电磁阀开启
I0.4
SB5
8
排空电磁阀关闭
I0.5
SB6
9
清水池低水位
I0.6
L2
10
清水池高水位
I0.7
H2
11
中水箱低水位
I1.0
L3
12
中水箱高水位
I1.1
H3
13
电动阀控制按钮
I1.4
SB6
14
罗茨风机控制按钮
I1.5
SB7
15
1#清水泵控制按钮
I1.6
SB8
16
2#清水泵控制按钮
I1.7
SB9
17
上水阀控制按钮
I2.0
SB10
18
下水阀控制按钮
I2.1
SB11
表3-3SBR废水处理控制系统PLC输出接口功能表
序列号
名称
输出口
文字符号
1
自动控制信号
Q0.0
LD12
2
电动阀门接触器开启
Q0.1
KM5
3
电动阀门接触器关闭
Q0.2
KM6
4
罗茨风机接触器开启
Q0.3
KM3-1
5
罗茨风机接触器关闭
Q0.4
KM3-2
6
1#清水泵接触器开启
Q0.5
KM1-1
7
1#清水泵接触器关闭
Q0.6
KM1-2
8
2#清水泵接触器开启
Q0.7
KM2-1
9
2#清水泵接触器关闭
Q1.0
KM2-2
10
上水电磁阀接触器开启
Q1.1
KM4-1
11
上水电磁阀接触器关闭
Q1.2
KM4-2
12
下水电磁阀接触器开启
Q1.3
KM7-1
13
下水电磁阀接触器关闭
Q1.4
KM7-2
14
污水池高水位信号
Q1.5
LD9
15
清水池高水位信号
Q1.6
LD10
16
中水箱高水位信号
Q1.7
LD11
3.3SBR废水处理控制系统的电气控制设计
3.3.1SBR废水处理控制系统的主电路设计
SBR废水处理控制系统主电路图如图3-1所示
图3-1SBR废水处理控制系统主电路图
主电路说明：
（1）主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3；交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。
（2）电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。
电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M4实现双重保证。
（3）QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。
（4）熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。
FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。
3.3.2控制电路设计
SBR废水处理系统控制电路图如图3-2所示
图3-2SBR废水处理控制系统控制电路
控制电路说明：
（1）控制电路中由电源提示灯LD1对电源情况进行提示，PLC控制电路的供电回路采用隔离变压器进行调整，以防止电源的干扰保证控制系统安全稳定的工作。
（2）1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机、电动阀开启、电动阀关闭、上水电磁阀、下水电磁阀分别由运行提示灯LD2～LD8进行提示，并由KM1～KM7接触器的敞开辅助触点进行控制。
（3）4个电动机
升级会员 