毕业设计（论文）-基于PLC污水处理系统的设计.doc

毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题 目：目：基于基于 plcplc 污水处理系统的设计污水处理系统的设计 院院 ( (系系) ) ： 信息工程系信息工程系 专专 业：业： 电子信息工程技术电子信息工程技术 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 二一年十一月十五日 毕业设计（论文）任务书 学生姓名学号 专 业电子信息工程技术 院（系）电子信息工程系 毕业设计（论文）题目基于 plc 污水处理系统的设计 任务与要求 完成时间段 2011 年 11 月 4 日 至 2011 年 3 月 20 日 共 18 周 指导教师单位职称 讲师 院（系）审核意见 毕业设计(论文)进度计划表 日 期工 作 内 容执 行 情 况 指导教师 签 字 2011.11.4-2011.11.18 查找资料，选题 2011.11.18-2011.12.20 完成论文的初稿 2011.12.21-2012.1.20 完成论文二稿的写作 2012.1.21-2012.2.10 完成论文的终稿及格式修 改 2012.2.11-2012.2.25 定稿，打印论文，做好答 辩的准备 2011.3 月论文答辩 教师对进度计划 实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一 毕业设计(论文)中期检查记录表 毕业设计(论文)题目: 基于 plc 污水处理系统的设计 学生姓名: 学号： 专业：电子信息工程技术 学生填写 指导教师姓名: 熊建国职称: 讲师 毕业设计(论文)题目工作量饱满 一般 不够 毕业设计(论文)题目难度大 适中 不够 毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富 比较丰 富 较少 毕业设计(论文)题目价值 很有价 值 一般 价值不大 学生是否按计划进度独立完成工作 任务 学生毕业设计(论文)工作进度填写情况 指导次数 学生工作态度 认真 一般 较差 其他检查内容： 存在问题及采取措施: 检查 教师填写 检查教师签字: 年 月 日 院（系）意见 (加盖公章): 年 月 日 摘摘 要要 近年来,污水处理厂已成为各个城市最重要的基础设施之一。尤其是中小城市, 新建或扩建污水处理厂已成为当地政府改善人民生活水平的头等大事。随着自动化 技术、计算机技术的不断发展、完善,污水处理厂的自动化水平也相应提高。而 plc 控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高 等一系列优点，在工业控制中得到了越来越广泛的应用。本文主要介绍了污水处理 厂自动控制系统的组成、功能及如何利用 plc 实现自动控制,并介绍了在系统实施中 遇到的若干问题及其解决措施。在污水处理中采用 plc 控制系统改造后，提高了自 动控制的可靠性,不仅减轻了工人的劳动强度,而且提高了污水处理厂的运行效率和 运行效益,实现了污水厂生产管理的科学性。 关键词关键词：plc 污水处理 sbr 反应 abstract in recent years, sewage treatment plant has already become one of the most important infrastructures in every city, and especially in small and medium-sized ones, to build and expand such plants has been on the local governments top agenda to improve peoples life. with the development and improvement of automation technique and computer technology, automation level of sewage treatment plants has also made a corresponding leap. while plc has series of merits such as: mature technique, fine universal property, high reliability, flexible to install, convenient to expand, excellent cost performance, etc, which have enabled it gain a more and more widespread application in industrial control. this paper will mainly introduce the composition and function of the automatic control system in sewage treatment plants and several problems that may occur in the practical use of the system and the possible solutions to them. since the transformation by employing plc control system in sewage treatment, the reliability of automatic control has been advanced, which has not only reduced workers work intensity, but also improved the operational efficiency of the sewage treatment plants, thus has made the scientific administration of manufacturing in sewage treatment plants possible. key words: plc, sewage treatment, sbr reaction 目录目录 第一章第一章 绪言绪言.1 第一节第一节 选题背景及研究意义选题背景及研究意义.1 第二节第二节 污水处理方法污水处理方法.2 第三节第三节 国内外污水处理技术的使用状况国内外污水处理技术的使用状况.3 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计.4 第三章第三章 控制系统设计控制系统设计.5 第一节第一节 除渣除渣.5 第二节第二节 除油除油.6 第三节第三节 中和处理中和处理.7 第四节第四节 除有机物除有机物.8 第五节第五节 除盐除盐.10 第四章第四章 plcplc 选型选型12 第一节第一节 plcplc 的的 i/oi/o 口分配口分配12 第二节第二节 系统外部接线图系统外部接线图.13 第三节第三节 软件设计软件设计.13 第五章第五章 上位机与下位机的设计上位机与下位机的设计.15 第一节第一节 上位机设计上位机设计.15 第二节第二节 下位机设计下位机设计.16 第三节第三节 上位机与下位机之间的通信上位机与下位机之间的通信.16 一、一、plcplc 的通信功能的通信功能16 二、二、plcplc 的通信协议的通信协议17 第六章第六章 通讯网络通讯网络.20 第一节第一节 中央控制室中央控制室.20 第二节第二节 控制分站控制分站.20 第三节第三节 现场监测仪表现场监测仪表.21 第七章第七章 结束语结束语.23 致谢致谢.24 参考文献参考文献.25 第一章第一章 绪绪言言 第一节第一节 选题背景及研究意义选题背景及研究意义 地球上存在水的总量估计约为 13.7 109亿 m3海水占 97.3%，淡水占 2.7%。淡 水不仅比例小，而且大部分存在于地球南北极的冰盖、冰河和深度在 750m 以上的 地下水中。可利用的淡水资源只是河流、湖泊和地下水的一小部分，不到淡水总量 的 1%，人类的工农业生产和生活主要是利用淡水资源，而我国淡水资源人均占有量 为 2700m3，仅为世界人均淡水资源占有量的 28%。我国是一个水资源紧缺的国家。 而现在，淡水污染越来越严重，已经严重影响到人们的生活。 淡水污染主要分为三种：无机物污染、耗氧有机物的污染、痕量有害有机物的 污染。我国的水资源和水环境主要有三大问题：（1）淡水资源短缺。 （2）水资源浪 费严重。 （3）水质污染严重。 我国江河湖库淡水普遍受到了污染，甚至有的受到了严重污染。劣 v 类水质已 失去利用价值，是我国本已经严重缺乏的淡水资源更是雪上加霜。 解决水污染的主要对策措施有： 产业结构调整：关停那些耗水量大、污染重、治污代价高的企业。要开发和 推行清洁生产工艺，实现用水闭路循环或提高的处理效果和重复利用率。 大中城市和城镇要建城市生活污水处理厂，提高污水处理率和回用率。 控制农业面源污染：农业面源污染包括农村生活源、农业面源、畜禽养殖业、 水产养殖等污染。要解决面源污染比工业污染和大中城市生活污水难度更大需要通 过综合防治和开展生态农业示范工程等措施进行控制。 开发新水源：我国的工业、农业和生活用水的节约潜力不小，需要抓好节水 工作，减少浪费，达到降低单位国民生产总值的用水量。南水北调工程的实施，对 于缓解山东、华北地区严重缺水有重要作用。 加强水资源统一管理、调配，利用市场机制和经济杠杆作用，租金水资源的 节约化，促进污水管理及其资源化。 水污染危害严重，主要体现在以下方面: 饮用水源污染对人体造成伤害，影响人体健康乃至生命。 微量有害污染物对人体健康危害 对水生生物危害 污水灌溉危害农业生产 对景观旅游危害 此外，污水还含有多种腐蚀性的污染物，因而对睡肿行驶的船只、对港口码头 的建筑物产生腐蚀，影响船只和建筑物的使用寿命。 由上我们可以看到，我们国家的污水处理已经迫在眉睫，它是解决水污染的重 要途径，是水污染控制工程的重要举措，是解决水资源紧缺的重要方法。现今， plc 污水处理系统在各行各业中得到广泛应用，实现了自动、连续的自动控制，而 且可以通过各种通信手段远程共享数据，实施水质自动处理。 可编程控制器是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输 入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。可编程控制器产品并不是针对某一具体工 业应用，其灵活、标准的配置能够适应工业上的各种控制。在实际应用时，其硬件 可根据需要选用配置，其软件则需要根据控制要求进行设计。 第二节第二节 污水处理污水处理方法方法 随着国民经济的发展，国家对环保事业也越来越重视，越来越多的污水处理厂 正在兴建或待建中，只要稍上规模的污水处理厂，无一例外地都使用了 plc 作为其 自控系统的主要设备。 工业污水处理自动控制近年来一直是控制领域研究的热点之一。伴随着技术进 步、工艺改进、系统完善的同时,对工业污水处理的控制也提出了更高的要求。本系 统构建了基于 plc 的工业控制网络,采用 pc 机和 plc 组成网络控制。为提高系统可 靠性,用工控机作为上位机,plc 作为下位机,控制现场设备运行。plc 编程采用了一 种简便实用的方式。从而实现污水处理过程的自动控制功能，同时与合流中央监控 系统进行通信，上传数据和接受中央监控系统下发的控制命令。整个控制系统改造 最终达到无人或少人值守的目的。本系统大大提高了污水处理的自动化水平1。 第三节第三节 国内外污水处理技术的使用状况国内外污水处理技术的使用状况 19 世纪以来，经济发达的国家相继出现了环境污染和社会公害问题，许多 国家的河湖水域解氧降低，水生物减少，甚至绝迹。由于水环境污染，人们发病率 增加，政府开始认识到加强污水处理的必要性，并投以大量资金兴建污水处理工程。 经过 30 多年的大力整治，付出巨大代价，才基本控制了形势，使水生物恢复生长， 水环境得到改善。 美国是目前世界上污水处理厂最多的国家，平均 5000 人就有 1 座，其中 78 为二级生物处理厂；英国共有处理厂约 8000 座，平均 7000 人 1 座，几乎全部是二 级生物处理厂；日本城市废水处理厂约 630 座，平均 20 万人 l 座，但其中二级处理 厂及高级处理厂占 986；瑞典是目前污水处理设施最普及的国家，下水道普及 率 99172 上，平均 5000 人 1 座污水处理厂，其中 91为二级生物处理厂。这些 国家的经验表明，大力兴建有了明显改善； 截至上世纪 70 年代，发达国家基本上普及二级处理但是二级处理耗能多，运行 费用高，基建投资也不低。发展中国家普遍“建不起” ，或是“养不起” ，因此纷纷 寻求适用于本国国情的经用的高昂引起了众多的非议，据悉，美超过 10 亿美元，因 此他们也在大力研究新技术，或改革传统的流程。 我国城市污水处理事业开始于 1921 年。上海首先建立了北区污水处理厂，1926 年又建了西区和东区污水厂，总处理能力为 4 万吨日。近几年来随着经济的发展， 水污染控制所面临的问题也愈加严重，目前不仅大、中、小城市建设污水厂，还有 些郊区县也建设污水厂，几年了，上海市青浦徐泾镇、重庆市渝据 2000 年统计，全 国城镇的污水处理率达到 25，2010 年将达到 50。在重点流域和水资源保护区， 城区人口在 50 万以下的中小城市及村镇，应依据当地水污染控制要求，建设污水处 理设施。然而，同先进国家相比，我国城市及机械化、自动化程度上，还都存在着 技术要求，城区人口达 50 万以上的城市，必须建立污水处理设施。 第二章第二章 系统总体设计系统总体设计 该污水处理系统,包括明渠除渣系统、平流隔油池系统、中和池中和系统、sbr 反应池系统和除盐池除盐 5 个子系统.经过处理的水可满足回收利用的要求,能实现 污水的循环利用。 生产废水先通过栅格，使污水中的废渣与水分离,然后进入隔油池，通过刮板及 刮泥机清除水中的油液，中和池做酸碱中和处理,污水从中和池进入 sbr 反应池进行 厌氧-好氧曝气,在微生物的作用下,污水中的有机污染物作为营养物质被微生物氧化 分解,废水得到净化。经过曝气处理的废水去除有机污染物后进入沉淀池进行固液分 离。分离后的水进入处理池,加药处理后将清水外排;分离后的污泥进入集泥池,经加 药混合、絮凝反应后外运填埋2。 污水处理系统的工艺流程见图 2.1。 图 2.1 工艺流程 第三章第三章 控制系统设计控制系统设计 第一节第一节 除渣除渣 工业污水中含有大量的废渣，如果不经处理直接排入河中，不仅污染环境，而 且会提高河床高度，阻塞河道。尤其是在雨季到来的时候，会对人民的生命造成极 大的危害，给国家带来巨大的经济损失。 除渣系统主要由格栅完成。 明渠内的格栅由一组平行金属栅条制成,一般斜置于污水主渠道上,截留污水中 的大块固体物,如塑料制品、纤维及其他生活垃圾,以防止阀门、管道及其后续处理 设备堵塞或损坏. 污水过栅越缓慢,拦污效果越好,但过栅缓慢易造成栅前渠道或栅 下积砂而使过水断面缩小,流速变大.因此,污水过栅的流速应根据污水中污染物的组 成、含砂量及栅条间距等确定.格栅条间距应根据污水的种类、流量代表性杂物种类 和尺寸大小等来确定,既要满足除渣要求,又要满足后续水处理构筑物及设备的要求。 除渣系统的结构如图 3.1 图 3.1 格栅除渣结构图 污物的堵塞将会使格栅前后的水位差增加,用液位计来测量该水位差, plc 通过 测量液位差值控制格栅除污机的清污动作，当格栅前后的液位值之差大于预定值时 开启格栅除污机，当液位差值减少至预定值时自动停机。除污机位于明渠内的格栅 上。此外 plc 系统还可控制开启顺序和运行时间。 格栅除污机的工作原理：格栅除污机是由一种耙齿配成一组回转格栅链，在电 机减速器的驱动下，耙齿进行逆水流方向回转运动；当耙齿链运动到设备的上部时， 由于槽轮和弯轨的导向，使每组耙齿之间产生相对运动，绝大部分固体物质靠重力 落下，另一部分则依靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清刷干净。 本系统设有液位报警模块，由液位计来测量明渠内的水位，当明渠内的水位超 过给定的界限时，报警器发出报警，同时，系统停止工作。工作人员应及时清查问 题所在，当该问题解决后，系统重新投入运行3。 液位报警系统的结构如图 3.2 图 3.2 液位报警结构图 第二节第二节 除油除油 当污水中含有过多的油类物质时，油膜就会覆盖水的表面，导致外界的氧气无 法进入水中，而水中产生的废气也无法顺利排出。从而会影响水中各种生物的正常 新陈代谢，导致大量的生物灭绝。 除油系统由隔油池中设置的刮油机完成。 平流隔油池中,一般装有链条式刮油机,废水从池的一端进入,从另一端流出.池 内水平流速较小,进水中相对密度小于 1.0 的油滴在浮力的作用下上浮,并积聚在池 的表面,通过设在池面的集油管和刮油机收集浮油;相对密度大于 1.0 的油滴随悬浮 物下沉到池底,进入收泥斗后定期排放。 刮油机的结构如图 3.3 图 3.3 刮油机结构图 本系统报警模块的原理及其结构图同除渣系统的原理及其结构图。 第三节第三节 中和处理中和处理 当污水中含有酸性或碱性物质时，就会使水中的酸碱性不平衡，从而改变水中 生物的生活环境，导致水中生物大量灭绝。若用这种水进行灌溉，就会使作物枯萎、 死亡，给人民带来巨大的经济损失。 中和处理系统通过中和池完成。 操作工人通过自动控制或手动控制加酸与加碱的阀门与含有酸碱性废水的充分 中和,力图通过中和反应使污水的 ph 值在 6.5-7.5 之间,然后流入 sbr 反应池,这样 使 sbr 反应池中为中性环境,适合微生物将有害物质充分分解为无害物质。其工艺流 程如下： 由 ph 值量计测量污水的酸碱值，控制加酸阀、加碱阀进行中和作业。 (1)若为酸性时，ph 值量计酸性触点接通，加碱阀门打开。 (2)若为碱性时，ph 值量计碱性触点接通，加酸阀门打开。 (3)若酸碱适中时，ph 值量计中性触点接通，加碱阀和加酸阀门关闭，安全灯 打开4。 中和池结构如图 3.4 图 3.4 中和池结构图 本系统报警模块原理如下： 当 ph 值量计检测到中和池内的 ph 值小于 2 时，就说明水中的酸性太强，为防 止此酸性污水对处理设备的某些元件造成危害，此时，报警器发出报警，设备停止 工作。 当 ph 值量计检测到中和池内的 ph 值大于 12 时，就说明水中的碱性性太强，此 时，报警器发出报警，设备停止工作。 系统报警时工作人员应对污水来源进行调查，看是否有强酸或者强碱物质泄露。 如果有，则应该及时治理；若没有，则应该对污水进行必要的稀释，而后，才能继 续处理污水。 此外，本系统液位报警模块的原理及其结构图同除渣系统的原理及其结构图。 第四节第四节 除有机物除有机物 当水中含有大量的有机物时就会导致水质富营养化，某些浮游生物在水中爆发 性繁殖，消耗水中大量的氧气，从而使水中的其他生物大量死亡。这种生长量特别 巨大的浮游生物是粉红色或红褐色的，因此染红了海水，导致了赤潮。赤潮不仅给 海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影 响。一方面，赤潮引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海；另 一方面，有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果人类 再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡。 清除有机物通过 sbr 反应池完成。 污水生物处理技术中的序批式活性污泥法(sbr 法)是一种简单、快速且低耗的 污水处理工艺，具有以下优点： （1）结构简单； （2）沉淀性能好； （3）有机物去除效率高； （4）提高难降解废水的处理效率； （5）防止污泥膨胀性能强； （6）脱氨、除磷效果好； （7）耐冲击负荷和处理能力强。 本系统共一个 sbr 反应池，池子中有一台曝气机。曝气机的运行是由可编程序 控制器来实现自动控制，在每个反应周期内，曝气机在相应的时间段内运行，并根 据 sbr 反应池内水质调整曝气量，实现节能运行。 污泥的厌氧消化不但使有机物消化分解提高污泥稳定性而且随着污泥稳定化过 程产生大量高热值的沼气作为能源利用,使污泥资源化。 其过程包括： 充水(打开进水泵) 7h; 曝气(开启空压机) 1.75h; 沉淀 1.5h; 排水(打开电磁阀) 0.5h 从充水开始到排水结束为一个周期。在一个周期内通过曝气、停气使充氧/缺氧 状态相互交替进行。在分解污水含碳化合物的同时,相继进行含氮化合物的硝化和反 硝化,最终达到脱磷、脱氨和脱氮的目的5。 本系统液位报警模块的原理及其结构图同除渣系统的原理及其结构图。 第五节第五节 除盐除盐 若污水不经除盐程序，直接排出，当水中的盐类物质含量达到一定的浓度时， 就会改变水中生物的生存环境，导致水中生物的细胞里的水分大量流失，从而，使 各种生物脱水而死。除盐系统经过除盐池完成除盐程序。 除盐时由除氯仪检测，当系统检测到水中含有盐类物质时，开启阀门，使该污 水流入除盐池，利用反渗透膜的特性来除去水中经过中和反应及生物化学反应所产 生出来的多余的盐类物质；当系统未检测到盐类物质时，则污水通过沟渠流入清水 池。 为了防止反渗透膜两侧的压力突变造成渗透膜破损，应对除盐池进行划分，使 每个分支都有一个半透膜，从而，提高半透膜的使用时间，节省成本。 除盐系统的结构如图 3.5 图 3.5 除盐系统结构图 本处理系统所有控制阀采用就地和远程控制方式,即使在程控系统完全故障的情 况下还可以通过就地控制实现手动控制。选择远程控制时,控制阀由操作员在操作站 上控制。操作员可以在操作站对控制阀进行状态监视和动作控制,对控制阀的控制可 分选择自动和手动方式。在自动方式时控制阀受 p l c 逻辑程序控制,在手动方式时 控制阀由操作员直接在操作界面上点击控制。也可通过键盘和鼠标在控制室内的操 作站上进行远方操作。 阀门的开关与闭合与水位联锁,低液位开启、高液位闭合并报警。自动/手动/就 地操作进行联锁。系统所有被检测量可在操作界面上实时监视。系统控制每列装置 的停止和再生程序、自动加酸加碱程序。对于顺序控制设置必要的分步操作、成组 操作或单独操作等,并有中断或旁路等操作功能。在操作站界面上显示各步骤设定时 间和剩余时间等。 当某一设备发生故障时，画面上出现“报警”字样，并且代表该设备的图形将 闪烁，在报警记录中出现故障发生时间、故障设备名称及告警原因等，因此能及时 通知操作人员，以便最快地排除故障，恢复生产运行。另外还可对 plc 进行诊断报 警6。 第四章第四章 plcplc 选型选型 plc 是可编程控制器的简称，在本系统中 plc 代替了原先的硬接线的控制逻辑 电路，实现了生产的自动控制。 plc 较原先的继电器控制有下列优点: (1)控制程序可改变 在污水厂生产工艺或流程改变的情况下，不必改变 plc 的硬件设备，只要改变 相应的程序就可满足用户的要求。 (2)适用于工业环境，具有高可靠性 plc 产品的平均无故障时间达 5 年以上，因而它是一种高可靠的产品，大大地 提高了生产设备的工作效率。 (3)plc 功能齐全 一般 plc 具有开关量及模拟量输人/输出、定时、计数、逻辑和算术运算，顺序 控制，pid 调节，通信等功能。除了应用于开关量控制系统外，也可用于连续的流 程控制系统，从而使污水处理设备的控制水平大大提高。 （4)易掌握，便于维护 使用人员只需掌握工程上通用的梯形图语言就可进行用户程序的编程和调试。 因此，即使不懂计算机的人，也能掌握 plc。又由于 plc 具有自诊断功能，因而较 容易进行维护，查找出故障原因。由于 plc 自身的高可靠性，也使其故障率几乎降 至于零。正是 plc 具有这么多的优点，才使越来越多的 plc 应用到污水处理厂中7。 本文采用日本松下电工公司的 fp 系列 plc，其型号位 c16。本文使用一个 8 位 的 i/o 扩展模块。 plc 通过各种模块接口采样电信号；控制信号由 plc 输出后以 420ma 电流形 式送到执行机构，控制执行机构的动作。 第一节第一节 plcplc 的的 i/oi/o 口分配口分配 输入设备 输入设备 启动开关 sb0 x0 明渠电磁阀 km0 y0 明渠低位液位计 b1 x1 明渠高液位报警灯 hl1 y1 明渠高位液位计 b2 x2 刮油机 km2 y2 除油池低位液位计 b3 x3 除油池高液位报警灯 hl3 y3 除油池高位液位计 b4 x4 加碱阀 km4 y4 中和池低液位计 b5 x5 加酸阀 km5 y5 ph 计酸性触点 b6 x6 强酸报警灯 hl6 y6 ph 计碱性触点 b7 x7 强碱报警灯 hl7 y7 ph 计强酸性触点 b10 x10 中和池高液位报警灯 hl10 y10 ph 计强碱性触点 b11 x11 冲水电磁阀 km11 y11 中和池高液位计 b12 x12 空压机 km12 y12 sbr 反应池低液位计 b13 x13 沉淀池状态灯 hl13 y13 sbr 反应池高液位计 b14 x14 排水阀 km14 y14 除盐池低液位计 b15 x15 sbr 反应池高液位报警灯 hl15 y15 除盐池高液位计 b16 x16 除盐系统电磁阀 km16 y16 停止开关 sb17 x17 除盐池高液位报警灯 hl17 y17 第二节第二节 系统外部接线图系统外部接线图 本系统外部接线图如图 4.1 图 4.1 系统外部接线图 第三节第三节 软件软件设计设计 系统总程序设计如图 4.2 图 4.2 系统总程序图 第五章第五章 上位机与下位机的设计上位机与下位机的设计 第一节第一节 上位机上位机设计设计 污水处理监控系统用于对 4 个污水分站的运行状态进行集中监控，用于监控的 工业控制计算机通过工业以太网与现场的 plc 主站相连，上位机操作系统采用 windows xp，监控画面图形使用 3dmax 制作。上位机的主要功能是对污水站数据采 集和自动控制系统的控制参数进行设置，监控设备的运行及控制状态，绘制重要参 数的变化曲线。当上位监控机 pc 启动后,首先进入了管理员登陆界面,输入正确的登 陆码,进入污水处理工艺监控界面,其中包含过程工艺监控画面,控制操作画面,实时 曲线画面参数设定画面,报警画面等。这些画面之间可以随意的切换。在退出系统之 前,系统会询问你是否确定退出,以防止误操作。 上位机软件设计。上位机为通用的工控计算机。为了更好地反映各设备的运行 情况,又分别制作了中和池系统、厌氧池系统、组合池系统、沉淀池系统等分画面。 画面中各参数值都是根据下位机 plc 的改变而改变的。工作人员通过这些画面可以 随时对系统的运行参数、设备状态、各种越限报警信号,进行实时监测、处理、记录 和显示。 监控软件启动时首先进入主画面,可直观地显示污水处理工艺流程图,各个设备 的运行状态、仪表读数都可以在主画面中显示。点击主画面中的对应的按钮,可直接 切换到各个分画面系统相应的监控画面,分画面可以查阅各个仪表、传感器和阀门的 参数,还可以进行上下限报警、打印报表、显示趋势曲线等设置。 如“中和池系统”,以污水 ph 中和系统的流程为监控界面,在中和池和管道的敏 感区安装 ph 计,其输出的 4ma20ma 标准信号进入 a/d 转换器,经过 a/d 转换后变为 相应的数字信号,然后进行运算,再输出一组 4ma20ma 标准信号,信号反馈到上位机,根 据当前运行情况来控制阀门,以控制所加酸碱量,达到酸、碱平衡。流程图上可监控 各个现场数据,每个监控点均放在流程图的相应位置,可实时显示过程数据。 第二节第二节 下位机下位机设计设计 下位机系统软件设计。下位机采用松下 fp0 型 plc,可以和现场的传感器、变送 器、自动化仪表相连,进行数据通信、数据处理和数据管理。根据工艺要求,plc 得 电自检无误后,外部传送信号通过传感器、自动化仪表输入到 plc,当电路发生短路、 断路或过载时电动机将停止,同时发出报警。通过 plc 进行数据处理,plc 可根据液 位信号决定设备的启停和阀门开关,以出水水质为依据采用前馈反馈控制方法,使 系统在各种工况下都能够实时地、稳定地控制水质。液位、ph 值等模拟量也采用闭 环控制,形成多个控制回路。 污水处理过程逻辑性很强,阀门和液位之间动作有很多连锁关系,将所有有连锁 关系的阀门和液位的动作关系确定清楚,然后用相应的控制点形成电气连锁,即可实 现工艺要求。 整个软件设计为便于调试采用模块化编程,其主要包括信号获取处理、信号控 制、故障模块的设计,与上位机通信的设计。控制每个设备的功能模块都编制好后, 将功能模块都放在组织块中,plc 执行程序时,按顺序执行组织块中的所有功能模块, 就可以实现对所有设备的自动或手动控制8。 第三节第三节 上位机与下位机之间的通信上位机与下位机之间的通信 一、一、plcplc 的通信功能的通信功能 plc 与计算机的通信一般是通过计算机的串口实现的。根据一台计算机与 plc 通信数量的不同，可分为一台计算机与一台 plc 通信的 1：1 方式，一台计算机与多 台 plc 通信的 1：n 方式。本文采用 1：n 的方式9。 此时，计算机使用 rs-422/rs-232c 适配器通过 rs-422 口与 plc 连接，如图 5.1 所示。 图 5.1 计算机与 plc 连接图 二、二、plcplc 的通信协议的通信协议 fp 系列 plc 通信系统的基本协议是松下电工的专用通信协议 mewtocol,分为两 个部分：一是关于 plc 与计算机的通信协议的 mewtocol-com，另一个是关于数据传 送协议的 mewtocol-data。 （1）mewtocol-com 通信协议 发送命令帧格式 通信开始先由计算机发出呼叫，呼叫信息包括一些特殊标志码、plc 站号和呼 叫字符等，具体格式如图 5.2。 图 5.2 发送命令帧格式 响应帧格式 plc 接到计算机的呼叫后，首先判断是不是一个完整的信息，然后检查呼叫站 号是不是自己的站号，若是呼叫自己，则发送响应信息，否则不予理睬。 如果正常，plc 发送下面信息，如图 5.3。 图 5.3 响应帧格式 在数据传送期间如有错误，将由 plc 发送下面信息，如图 5.4。 图 5.4 响应帧错误 （2）mewtocol-data 协议 这是应用在 plc 与 plc 之间或计算机之间进行数据传送的通信协议。 发送命令帧格式，如图 5.5。 图 5.5 发送命令帧格式 响应帧格式 正确响应，如图 5.6。 图 5.6 响应帧格式 错误响应，如图 5.7。 图 5.7 响应帧错误 第六章第六章 通讯网络通讯网络 该自动化系统是由中央监控管理级(工业计算机)、区域现场级(可编程逻辑控制 器)、检测执行级(现场监测仪表)组成的三级计算机分散控制系统。 第一节第一节 中央控制室中央控制室 一般来说,中央控制室设备主要有工控计算机、工业电视监控系统、不间断供 电电源、打印机、网络控制设备、大型屏幕显示设备等组成。 中央控制室的功能主要是接收现场控制分站传送的各阶段工艺参数及设备状态,为 生产管理提供依据;工艺管理人员按工艺要求,通过工控计算机向现场控制分站发出 控制指令;另外工控计算机具备数据记录、报表打印、趋势查询、报警查询和确认等 功能;工控机监控软件的操作、数据更改也在此进行;它还可与上级企业管理网络进 行通讯,为上级管理单位提供生产信息等工作。中央控制室以工控计算机为核心,采 用 100m 交换式的计算机局域网络,通过光纤冗余环和工业以太网交换机与各控制分 站相连接进行数据传输。 工业电视监控系统是在中控室操作监视台上设视频控制器和监视器,可控制、 切换视频图像和显示模式,通过调整安放在不同运行区域控制摄像机的方位角度,巡 视或定点监视生产区域的设备运行状况和工艺调整的执行情况。 第二节第二节 控制分站控制分站 控制分站由一套可编程控制器 plc、一台现场操作显示系统一台不间断供电电 源 ups、分布式或远程 i/o 单元组成。控制分站一般根据生产工艺设备的布置区域 进行设置。中小型污水处理厂一般设置 2-4 个控制分站。每个控制分站负责相应区 域所有自动化设备的控制,控制分站的主要功能是接收现场采集的生产数据,并将生 产数据通过网络上传至中央控制室,接受中央控制室发出的控制指令,完成对现场设 备的控制操作。 第三节第三节 现场监测仪表现场监测仪表 现场监测仪表是在工艺运行过程中在线测量、监视、显示工艺运行环节关键数 据参数的自动化智能仪表,是最基层的数据采集来源。现场监测仪表主要分为两大类: (1)反映物理参数的检测仪表,主要包括压力测量仪表、流量测量仪表、温度测 量仪表、液位测量仪表。 (2)反映水质状况的在线分析仪表,主要有溶解氧分析仪、工业酸度计、污泥浓 度计、检测仪等设备。 仪表的维护应严格按照生产厂家提供的维修与维护说明书、手册进行。每日巡 视、定期清洗、注意校验标定,做好维修计划,保证仪表的正常运行。 中控室操作站监控污水处理和污泥处理的全过程,是整个计算机系统的枢纽。加 药间一体化工控机监控加药区域的