微滤污水处理系统的PLC控制及组态王的显示毕业论文Word下载.docx
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4.4.5电机参数及变频器参数16
第五章硬件部分的设计17
5.1PLC及模块的选择17
5.1.1PLC的选择17
5.1.2CPU的选型18
5.2PLC控制系统的硬件组成19
5.2.1PLC控制系统的构成19
5.3其他硬件设备选用20
5.3.1断路器的选用20
5.3.2熔断器的选用20
5.3.3热继电器的选用21
5.4系统I/O点的配置21
5.5系统I/O地址分配表24
第六章系统的软件设计及组态监控27
6.1系统流程图的设计分析27
6.2系统的程序流程图27
6.3PLC程序的编写28
6.4组态软件介绍33
6.4.1组态软件产生的背景33
6.4.2组态软件的功能特点发展方向33
6.5组态监控显示34
6.5.1组态王数据库34
6.5.2组态监控界面36
6.5.2实时曲线的显示37
6.5.3历史曲线的显示38
6.6组态王监控程序39
结论42
参考文献43
附录44
致谢53
第一章绪论
1.1国内外污水处理自控系统的发展形势
1.1.1国外污水处理自控系统的发展状况
国外的一些发达国家，如美国、日本、德国等国，由于这些国家经济十分发达，并较早地实现了工业现代化。
由于工业的高度发展，因此环境污染问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了国家政府的重视，因此投入了大量的人力、物力进行污水处理的研究。
这些国家在研究污水处理新理论和新工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。
同时有些国家也开始重视污水的净化回收利用问题，列如以色列的污水回收率达到了90%。
污水回用是一项很有发展工程，不仅能解决污水污染问题还能创造经济价值。
由于控制技术的飞跃发展，国外的污水很早就实现了污水厂的网络控制，如DCS、FCS系统。
同时国外较早的将SCADA技术引入到给水排水工程中，并取得了良好的经济和社会效益。
国外还注重污水处理中的PLC的开发，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列等。
国外也重视仪表的研究，国外污水处理自控系统主要存在以下特点：
（1）集散控制系统DCS以及现场总线控制系统FCS的采用。
按照厂区的自身情况以及工艺来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以使上下级关系，站与站之间一般独立运行。
（2）大量使用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实行监测，并且由上位机记录下来，使测量精度提高了。
（3）生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相应的控制方式。
1.1.2国内污水处理自控系统的发展状况
中国是一个是以农业为主的国家，,所以工业发展以后,污染问题不是很严重,解放初期由于工业和农业生产刚刚开始,污水污染程度非常低,并主张污水灌溉,特别是北方地区将污水灌溉的经验促进,因此只有少数几个城市的建设污水处理厂、污水处理技术在落后状态。
与国外相比,中国的污水处理自动控制开始后,七十年代开始使用热插装,集中检查;
八十时间程序分析仪器和DCS系统;
到九十年时间,随着大量的使用国际贷款的大型污水处理工厂就竣工投产,我国污水处理控制系统自动化水平极大改进。
从国外引进污水处理厂的自动化控制系统和各种新技术、新设备。
可以说中国污水处理自动化状态是:
手动和自动准备,自制,同时参考。
中国的污水处理自动控制系统具有以下特点:
（1）对新的污水处理厂,引入计算机分布式控制系统、自动和手动控制方式并存。
之前的大部分建筑物污水处理工厂自动化程度仍然很低,仍然使用手动检查方法。
（2）自制仪器的稳定性,未达到要求,所以大多数进口仪器,但由于进口价格是昂贵的,所以应用程序并不是非常广泛的。
（3）的各个控制站是完全独立的,没有的信息交换。
和每个控制单元由于其内部资源的限制,只有实现一个简单的时间控制和逻辑
1.2设计的主要研究内容
论述了污水处理工艺及污水处理系统的组成和PLC控制系统设计，主要包括以下内容：
1、介绍了旋转流管式膜微滤污水处理的基本内容，包括污水处理的发展、现状以及污水处理的工艺流程；
2、介绍了PLC的基本结构和工作原理，并对污水处理控制系统进行设计分析
3、具体分析设计污水处理的硬件系统
4、具体分析设计污水处理的软件系统
第二章污水来源及污水处理的概述
2.1污水来源概述
根据废水的来源、污水处理一般分为生产污水处理和污水处理。
生产污水包括工业污水,农业污水和医疗污水、废水的.日常生活污水,指的是各种形式的无机和有机化合物在复杂的混合物,其中包括:
浮动和悬浮固体颗粒的胶体大小;
和凝胶扩散,纯粹的解决方案。
根据属性的污水,水质污染有两种:
一种是自然污染;
另一个是人为的污染。
当前的水环境污染危害更大。
水污染根据不同的污染主要分为化学污染,物理污染和生物污染在这三个类。
主要的污染物是:
未经处理的工业废水排放;
未经处理的生活污水排放;
大量使用化肥、农药、除草剂被堆放在农田污水;
废料;
水土流失;
矿山污水。
污水处理成本能源消费高能源消耗,低效率。
目前,城市生活污水已经是我国城市水环境污染的主要来源,城市污水处理是当前和未来城市节约用水和城市水环境保护工作是沉重的,这要求我们把污水处理设施建设作为城市基础设施严重的内容来抓,而且是急不可待的事情。
2.2污水处理概述
2.2.1污水处理中的几个常见指标
1、BOD（biochemicaloxygendemand）：
即“生化需氧量”或“生化耗氧量”，又称生物需氧量，是水中有机物含量的一个间接指标。
一般指在1L污水或待测水样中所含有的一部分易氧化的有机物，当微生物对其氧化、分解时，所消耗的水中的溶解氧毫克数（其单位为mg/L）。
BOD的测定条件一般规定在20℃下5昼夜，故常用BOD5符号表示。
2、COD（chemicaloxygendemand）：
即化学需氧量，是表示水体中有机物含量的简便的间接指标，指1L污水中所含有的有机物在用强氧化剂将它氧化后，所消耗氧的毫克数（单位为mg/L）。
常用的化学氧化剂有K2Cr2O7或KMnO4。
其中常用K2Cr2O7，由此测得的COD用“CODCr”表示。
3、TOD：
即总需氧量，指污水中能被氧化的物质（主要是有机物）在高温下燃烧变成稳定氧化物时所需的氧量。
4、DO：
即溶解氧量，指溶于水体中的分子态氧，是评价水质优劣的重要指标。
5、SS：
即悬浮物含量，指污水中不溶性固态物质的含量。
6、TOC：
即总有机碳含量，指水体内所含有机物的全部有机碳的量。
可通过把水样中的所有有机物全部氧化成CO2和H2O，然后测定生产CO2的量来计算[5]。
2.2.2污水处理的方法
用物理方法，化学方法和生物方法处理污水。
每种方法都有其特点，可与对方，互补匹配。
使用最广泛的是生物的方法，其优点是效率高，成本低，操作简单。
污水处理程度大致可分为一级处理，二级和三级。
基层处理也称为预处理，主要是通过电网和过滤除去除固体级的两个过程称为常规治疗，主要用于去除可溶性有机物，方法包括生物法，化学法和物理的方法，被称为三级先进的加工，主要是氮，磷等矿物质，还包括水加氯，也有生物，物理，化学的方法。
（1）一级处理水；
主要去除污水悬浮状态的固体污染物，物理处理法最能完成加工要求的水平。
经过初级处理的污水，生化需氧量，一般可以将30％左右，删除，达到排放标准。
一级处理属于二级处理的预处理。
（2）二级处理；
主要去除胶体和溶解的有机污染物（BOD，COD的物质），去除率达到90％以上，有机污染物排放标准。
（3）三级处理；
进一步处理难降解的有机物。
难降解有机物，氮和磷的水溶性无机化合物可引起富营养化。
生物脱氮除磷法，混凝沉淀，砂率法，活性炭吸附，离子交换和电渗分析方法的主要方法。
第三章污水处理的工艺技术的现状
3.1污水处理的工艺技术现状
由于中国第一次激活在上海的城市污水处理厂的污泥在1921年已经完成，在我国的污水处理项目发展迅速，污水处理过程中也出现络绎不绝。
目前我国采用的污水处理过程中有以下主要类型：
传统活性污泥法处理工艺，AB工艺，A2/O工艺，A/O法，水解好氧工艺，氧化沟工艺，SBR工艺及其变种，生物曝气生物滤池工艺，生物接触氧化法处理和土地处理技术。
3.2膜和膜分离技术的分类及特点
3.2.1膜的定义和分类
膜可以是固体或液体，膜结构可能是均质的，也可能是非均质的。
膜可以是中性的，也可以带电的。
膜传输过程中可以主动的转移过程，也可以是被动的传输过程。
膜形态结构决定了分离机制，这也决定了它的应用。
根据膜结构可分为对称膜和非对称膜。
根据化学成分可分为有机材料和无机材料。
膜分离技术是一种仿生技术。
分离的基本原则是选择性渗透膜。
膜分离法是利用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学电位差为动力，双多组分溶质和溶剂分离，分级，提纯和富集方法，可用于液体和气态。
液相分离，可用于水溶液体系统解决方案，非水溶系统，水溶胶系统，并包含其他粒子在水溶液体系。
膜可以是固体，液体或气体的阶段。
用各种天然或人工材料，膜品种，在物理，化学，生物性质提出了我国膜科学与技术的发展与各种特性。
随着我国膜科学技术的发展成立了相应的学术，技术团体。
他们成立了以规范膜行业标准，促进电影业的发展起到了决定性的作用。
半个世纪以来，膜分离技术已完成从实验室到大规模工业应用的过渡，成为一个高效节能的分离技术。
自1925年以来，几乎每隔十年在工业应用中有一个新的膜过程[14]根据膜分离机制的分类，大致可以划分成多孔膜，无孔膜和载体薄膜。
溶液中的多孔膜，根据颗粒大小分离，主要用于超滤和微滤。
无孔膜分离系统的组件的溶解度和扩散系数的差异，主要用于分离，气体分离，透析，蒸汽渗透过程。
承运人的电影是由一组高度特异的亲和力，以实现不同组件之间的分离，通过膜元件可以是气体，液体，离子或非离子载体分子按几何形状分类，有平板式、管式、毛细管式和中空纤维式、卷式膜。
后三种皆为管状膜，直径大于10mm的为管式膜；
直径在0.5-10mm之间的是毛细管式膜；
直径小于0.5mm的为中空纤维膜。
管状膜直径越小，则单位体积里的膜面积越大。
其中卷式膜的应用很广泛。
图3.1为卷式膜的结构[15]。
图3.1卷式膜结构
3.2.2膜分离技术的分类
所有分离过程都是利用在某种环境中混合物各组分性质的差异进行分离。
膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，在两侧加以某种推动力时，原料侧组分选择性地透过膜，从而达到分离或提纯的目的。
根据膜的种类可分为反渗透和纳滤、超滤、微滤、透析、电渗析等[16]。
1）反渗透和纳滤
反渗透已成为海水淡化最经济的技术，也是苦咸水淡化的主要手段，它已成为超纯水和纯水制备的优选技术；
另外在各种料液的分离、纯化和浓缩以及废液的再生回用方面都发挥了重大作用。
a.反渗透原理
当用一个半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分子通过。
由于浓溶液中溶剂的化学势低于它在稀溶液中的化学势，稀溶液中的溶剂分子自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。
b.反渗透膜与纳滤膜
由于反渗透膜与纳滤膜多种多样，主要有平板不对称膜、不对称平板复合膜、管式不对称膜、中空纤维不对称膜、中空纤维复合膜等。
目前平板不对称膜和中空纤维膜占据了市场绝大部分的份额。
c.反渗透与纳滤工艺流程
反渗透与纳滤工艺流程通常包括前处理工艺、膜分离工艺和后处理工艺三部分。
为减少料液在膜分离过程中对膜的污染和化学损伤，必须对料液进行适当的预处理。
在实际生产中对溶液的分离有不同的要求，必须选用合适的膜和组件形式，应该通过计算确定组件的排列和操作条件。
d.反渗透与纳滤应用
反渗透应用领域可分为两大类：
水纯化和溶质浓缩。
主要用于水的纯化，如海水和苦咸水脱盐制饮用水，以及制备半导体工业、医药、化学工业中所需的超纯水。
反渗透是利用高压泵将待处理的水增压后借助半透膜的选择性将水中的杂质去除，得到纯度较高的水。
反渗透的示意图如图3.2所示。
图3.2反渗透示意图
纳滤膜对Na+和Cl-单价离子的截留率较低，实践证明纳滤可以代替沉淀、pH调节和蒸发等过程，达到产品纯化和浓缩的目的，是一新的高效节能的过程。
此外纳滤在有机小分子与盐的分离与浓缩、去除无脂奶粉的异味等方面得到了广泛的应用。
2）超滤
超滤膜多为不对称结构，由一层极薄、具有一定尺寸孔径的表皮层和一层较厚、具有海绵状或指定结构的多孔层组成。
前者起分离作用，后者起支撑作用。
在超滤膜分离过程中，膜的孔径大小和膜表面的化学性质等将分别起着不同的分离作用。
一般情况下，超滤膜的性能指标有渗透通量和截留率。
超滤膜的耐压性、耐清洗性、耐温性等性能对于工业应用是非常重要的。
目前商品化的有机材质的超滤膜都是采用相转化法制得的。
3）微滤
微滤（MF）是一种与常规的粗滤十分相似的膜过程。
微孔滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构，孔径范围0.05-10um，使过滤从一般只有比较粗造的相对性质过度到精密的绝对性质，主要用于对悬浮液和乳液进行截留。
a.微滤原理
微滤又称为精过滤，其基本原理属于筛网状过滤，在静压差作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，大于膜孔的粒子则被截留到膜表面，使大小不同的组分得以分离，操作压力为0.7-7kPa。
除此以外，还有膜表面层的吸附截留和架桥截留，以及膜内部的网络中截留。
b.微滤操作工艺
微滤有两种操作工艺：
一种死端过滤、一种错流过滤。
在死端过滤时，溶剂和小于膜孔的溶质在压力驱动下透过膜，截留大于膜孔的颗粒，通常堆积在膜表面上。
死端过滤是间隙式的，必须周期性地停下来清洗膜表面的污染层或更换膜。
在泵驱动液体平行膜表面流和死端过滤是通过膜表面保留颗粒表面上的薄膜产生的剪切力的不同液体流量，从而使污染层保持在细的水平。
c.微滤膜的应用
微滤是所有膜过程中应用最普遍、销售额最大的一项技术。
工业上，微滤主要用于将大于0.1um的粒子与溶液分开的场合，它的最大市场是制药行业的除菌过滤和电子工业用高纯水的制备。
其最新的应用领域是生物技术和生物医学领域技术。
3.2.3膜分离技术的特点
1，膜分离过程无相变化，相变的分离与其它分离方法相比，低能源消耗。
膜分离技术也是节能技术。
2，膜分离过程是在常温下进行，所以它特别适合热敏感材料，如果汁，酶，药物分离，分类，集中和浓缩。
3，膜分离技术是不是只适合为有机和无机材料，从病毒，细菌，在范围广泛分离的颗粒，也适用于许多特殊的解决方案，系统分离，如无机盐分离溶液中的大分子一些共沸物或近沸点混合物的分离。
4、由于作为膜分离的推动力是压力，因此分离装置简单，操作容易，易自控、维修。
5、膜分离效率高，设备体积小，占地少，适用范围广。
6、膜分离是可分离相对分子量为几千甚至几百物质的高效分离过程[17]。
第四章PLC介绍及设计方案的确定
4.1PLC的介绍
窗体顶端
可编程控制器简称PLC或PC（可编程逻辑控制器），在现代工业控制英寸PLC是从早期的继电器逻辑控制系统的发展起着重要的作用。
1836继电器问世以来，人们将开始使用它巧妙连接线开关设备，使用不同的逻辑控制和顺序控制。
进入上世纪60年代末，它不断吸收微电脑技术，不断加强功能，适用于复杂的控制任务。
随着微电子技术，计算机技术和数据通信技术的飞速发展，微处理器，及加工行业（如汽车制造业）的生产工艺迅速，频繁的需求变化，PLC技术和快速发展的过程中。
目前，PLC在小型，大型，大容量，强大的功能和其他方面的一个质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制，顺序控制，发展成为具有逻辑判断，定时，计数，记忆和算术，数据处理，网络通信和现代PLC的PID回路调节功能。
但是，仍然使用顺序扫描，程序的控制和其他的基本模式和CPU+通讯+I/O的基本结构PLC具有生命力，这是更适合工业领域和市场需求：
可靠性高，抗干扰能力强，编程易于安装和使用，价格低，寿命长。
其输入和输出端更接近现场设备，并不需要增加太多的中间部件或需要更多的接口，从而节省了用户的时间和成本。
PLC是继电器，晶体管和晶闸管和其他控制元件（输入），而上端一般是面向用户的计算机。
人们用它，不能专门培训的计算机，可编程控制器操作和编程。
长期以来，PLC一直在工业控制系统领域的主战场，为各种自动化控制设备，是非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立的局面的情况。
同时，PLC也遭受影响的其他技术产品，尤其是工业PC机的影响。
目前，全世界约200PLC的制造商，生产300余种产品。
国内PLC市场仍然与国外产品，如西门子，莫迪康，AB，欧姆龙，GE，三菱产品。
经过多年的发展，国内PLC厂商有30左右，但没有形成大规模生产能力和名牌产品，可以说，PLC在我国尚未形成制造产业。
在PLC应用中，我们的国家是非常活跃，各行业的广泛应用。
the200000套（其中进口占90％左右），约35亿人民币，于2000年PLC的国内市场销售，每年的增幅是12％左右。
预测2005NationalPLC需求量将达到约25万，约四十五亿元。
PLC市场也反映了世界制造业中的地位，大幅2000glides。
然而，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场是76亿美元的稍微继续增长。
小型化，网络化，PC和开放的PLC是未来发展的主要方向。
基于PLC自动化的早期，PLC的笨重和昂贵。
但最近几年，微型PLC（小于32的I/O）已经出现，价格只有几百欧元。
随着软PLC（软PLC）控制组态软件的进一步完善和发展，安装软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步增长。
当前过程控制领域，最大的以太网技术的扩展，PLC的发展趋势之一是没有例外。
现在，越来越多的PLC供应商开始提供以太网接口。
可以相信，PLC将继续向开放式控制系统的转移，尤其是基于工业PC的控制系统。
c
4.2PLC系统的设计分析
4.2.1PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。
根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两种。
1、整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。
这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。
基本结构框图如图4.1所示。
图4.1整体式结构
2、模块式结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线互相联系。
其中PLC的CPU和存储器设计在一个模块上，有时把电源也放在这一模块上，该模块在总线上的安装位置一般是固定的。
模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认。
模块式的特点是系统构成的灵活性高。
可以构成不同控制规模和功能的PLC、但同时价格也比较高。
基本结构如图4.2所示。
图4.2结构式模块
4.2.3PLC设计的主要内容
PLC控制系统由PLC和用户的输入，输出设备的连接，以达到预期的控制目标和相应的控制要求。
因此，PLC控制系统的设计应包括的基本内容：
（1）根据生产设备和生产工艺要求和现场条件，并建议控制指标和经济预算，首先，系统的整体设计。
提出的设计方法和设计手段大致。
（2）根据控制要求和过程，以确定基本的数字点的I/O和模拟通道的数量，I/O点的初次分配，I/O点配置图和绘图。
（3）PLC系统配置设计，主要用于PLC和扩展模块的选择。
PLC可编程序控制器控制系统的重要组成部分，选择合适的PLC，以确保整个控制系统的技术和经济性能起着重要的作用英寸的PLC的选择应包括类型的选择，容量的选择，I/O模块选择，模块选择和电源模块选项。
扩展模块也是非常重要的。
扩展模块的类型有很多，只适合系统要求模块，可以使设计更经济，可行性高。
（4）选择使用者输入装置（按钮，开关，限位开关，传感器），输出设备（继电器，接触器，信号灯驱动器）和输出设备的驱动控制对象（电机，电磁阀）和其他设备。
（5）设计控制程序。
在深入理解和掌握的控制要求，主要控制的基本途径和完成的动作，自动工作循环的部件，必要的保护和链等，更复杂的控制系统，可用于形成全面表达状态流程图。
如果有必要，他们可以分成几个独立的部分，可以简化编程和调试的青睐，控制任务。
方案设计包括控制系统的绘制流程图，编制句子表达程序列表[20]。
控制程序是控制整个系统的工作条件，以确保系统的正常运行，安全，可靠的重要组成部分。
因此，控制系统的设计必须是正确的，但经过反复测试，修改，直到满意为止。
4.3旋转流管式膜微滤污水处理的基本内容
旋转流管式膜连续微滤装置在城市污水处理厂中被广泛应用，而且应用的效果很明显，处理的污水净化程度比其他装置净化程度高，该装置在运行压力为0.12～0.15MPa,反冲洗间隔为18min时,吨水能耗仅为0.45kWh。
此时对COD、浊度有较高的去除率,分别为75.71%和94.49%,对氨氮也有一定的去除效果,去除率为40.26%；
处理后出水COD、氨氮、浊度均很明显优于其他装置。
该装置的优点是成本低、操作简单,用于污水处理回用具有较高技术经济可行性[21]。
4.4污水处理PLC控制系统的设计分析
4.4.1膜微滤污水处理的过程
本设计的污水处理采用旋转流管式膜微滤的污水处理工艺。
旋转流管式膜微滤污水处理系统的工艺流程如图4.3所示。
被控系统有两套污水净化装置，这两套污水净化装置不允许同时工作，当一套处于净化状态时，另一套处于反冲状态或备用状态。
净化时，进水加压泵M1工作；
反冲时，反冲加压泵M2工作。
不管是在净化状态还是在反冲状态，都有相应的仪表对流量跟压力信号进行检测和记录。
图4.3旋转流管式膜微滤污水处理系统工艺流程
4.4.2污水处理的控制要求
（1）按下I套净化启动按钮，由接触器KM1控制的进水加压泵M1（由变频器控制）开始工作，同时电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4打开，进行I套净化工作。
（2）I套进行污水净化工作时，通过压力表PIT1、PIT2，流量计FIT1、FIT2、FIT5对其管道中的压力与流量进行检测。
当流量计FIT5所检测到的流量值小于某一给定的流量值时，说明I套的净化装置中
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