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1、浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计） 摘要 远程教育学院本科生毕业论文（设计）题目 PLC在小型污水处理中的应用 摘要污水处理对于人们的生产、生活有着重要的意义，它也是国家执行可持续发展目标的一个重要环节。在本课题设计中，首先对小型污水处理系统工作进行了概述，接着，对PLC的产生及发展趋势，硬件结构与工作原理作了介绍，并着重介绍了三菱FX2N系列PLC。然后，详细地阐述了一个较为简单的污水处理系统的PLC控制的设计实现步骤。将整个控制过程分为四个方面：污水处理总流程部分、液位控制、生化处理、机械过滤。由这四个方面的协调工作共同组成了整个污水处理的PLC控制系统。采用PLC不仅能够适应水处理
2、系统的工艺特点，而且代表了现代工业的发展方向。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运行。作为当今工厂企业重要的自动化控制设备之一，可编程逻辑控制器（PLC）已经被广泛的用于现代工业控制系统中，尤其适用于逻辑、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。关键词污水处理、可编程序控制器、三菱、自动控制I浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计） 目录 目录摘要I引言1课题背景1第1章 系统工作概述21.1污水处理过程特点与自动化要求2111污水处理过程特点21.12污水处理过程自动化要求21.2系统工艺流程
3、分析3第2章 系统的PLC设计42.1 PLC的产生及发展趋势42.2 PLC的选型52.3 PLC的主电路设计及IO点的分配5第3章 系统软件的设计73.1 初始化电路顺序功能图73.2 污水处理控制系统指令语句8第4章 PLC梯形图及系统调试104.1 PLC梯形图104.2污水处理系统动态仿真调试及仿真运行12第5章 总 结13参考文献14浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计） 引言引言课题背景我国工业污水处理事业是在80年代初逐步发展起来的，经过几十年的发展已经初具规模。但是，与国外同期的工业污水处理厂相比较，始终存在效率低、自动化程度低、能耗高且运行费用高等缺点。随着全球能源供应紧
4、张和对自动化程度要求的不断增加，我国的工业污水处理必然向着高度自动化和无人职守的方向发展。在污水处理控制系统中，除了存在分布区域广、设备分散、控制点多及控制信息复杂等要求外，同时具有控制输入和输出以开关量参数居多，模拟量参数少的特点，而这些都是PLC控制系统的优势所在。原有的工业污水处理其控制部分采用传统的继电器控制，控制线路复杂，继电器多，长时间运行后，线路老化，频繁出现控制故障。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，在工业污水处理中采用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
5、动强度,而且提高了企业污水的运行效率和运行效益,逐步实现了高度自动化和无人看守。尽管我们在水处理方面取得了一些成果，但各工企业都面临着水处理设施老化，装备落后，效率较低，技术改造工作量较大、腐蚀和结垢问题仍然是困扰水系统正常生产的严重问题。解决污水生理系统存在的问题除大力推广新技术、新工艺、新设备，加大对水系统改造的投入外，关键的是依靠科技进步，加强科技攻关，针对污水处理急需解决的难题开展研究，开发一批适用新技术，满足工企业生产污水处理的需求。1浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计） 第1章第1章 系统工作概述1.1污水处理过程特点与自动化要求111污水处理过程特点1.水质复杂性，非线性，时
6、变性，不确定性和完整性，对数学模型的建立要求高，控制方式相对复杂，计算量大。2.污水处理自动控制系统中自动化检测设备，仪表多，另外需要检测设备判断污水处理情况并实施自动控制，因此采样相应快，抗干扰能力强。3.污水处理自动控制有别与其他控制系统，它需要对大量阀门，泵，吸泥机等机械设备进行控制，因此自动控制开关量多，要根据一定时间或逻辑顺序定时开/停。1.12污水处理过程自动化要求污水处理自动化，是污水处理厂的污水污泥处理、介质或药剂等生产过程实现自动化的简称。污水处理厂的生产过程的特点是：各种物料在管道、构筑物、设备、容器中不停地进行着物理变化、化学或生物化学反应，各种工艺参数时刻在发生变化。为
7、了保证污水处理的运行效率高，人们常利用自动化装置进行检测和调节。另外，污水处理厂生产过程涉及臭味、腐蚀、高温或寒冷、易燃易爆等，为改善劳动条件，保证安全生产，也应实现自动化。污水处理厂工艺过程中要用到大量的阀门、泵、风机及吸、刮泥机等机械设备，它们常常要根据一定的程序、时间和逻辑关系定时开、停。例如，在采用氧化沟处理工艺的污水处理厂，氧化沟中的转刷要根据时间、溶解氧浓度等条件定时启动或停止，在采用小型污水处理的时候，沉淀、除油、曝气、反冲洗应按照预定的时间程序周期运行。随着全球能源紧张和对自动化程度要求的提高，我国的污水处理厂必然向着无人值守方向发展。目前PLC在其稳定性、高自动化程度加强，使
8、得PLC成为污水处理厂的首选。1.2系统工艺流程分析1.1.1工业污水处理分五大部分完成。（1）进水，由工企业污水流进集水坑，其主要作用是平流，并控制流入的水量。（2）物理法除杂质，污水由集水坑抽入回收池流过格栅，格栅是由网状金属制成的过滤装置，其作用是去除污水中的大颗粒石块等杂质。然后流经沉淀池，利用污水中杂质的自重，把颗粒或胶体状有机物沉淀分离出来，再流入除油池，利用油会上浮的特点，把油留下池内，水在流入生化水池，（3）通过生化风机对生化池的供氧，污水在生化水池中通过微生物的净化作用达到去除有机物的目的，生化见机运转3分钟，停止2分钟，循环进行（4）高效过滤，水在通过两层机械过滤（石英砂和
9、活性碳）流入回收水池，过滤时间为10分钟，接着反冲洗1分钟，即完成了整个污水处理的一个循环。（5）最后把药液打入回用水池，中和水质，即完成了整个污水处理过程。图111 污水处理工艺流程图3浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计） 第3章 系统软件的设计第2章 系统的PLC设计2.1 PLC的产生及发展趋势plc 的产生 20 世纪 60 年代末期，随着汽车供求市场的发展，美国汽车制造业 工业出现了激烈的竞争， 为了适应生产工艺不断更新的需求， （美 gm 国通用汽车公司）公开招标：开发一种以计算机为基础的、采用程 序代替硬件接线方式的、可以进行大规模生产线流程控制的系统。 1969 年美国数字
10、设备公司根据以上要求， 研制出世界上第一台可编 程控制器，并在 gm 公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产 的自动控制，从此开辟可编程控制器的新纪元。 刚问世的 plc 可以说是继电器控制装置的替代产品，由于当时的 元器件及计算机发展水平有限，所以早期的 plc 主要由分立元件和 中小规模集成电路组成，它的存储器采用磁芯存储器，具有基本的 逻辑控制及定时、计数功能，主要用于单一工序的自动控制。70 年代初，微处理器出现以后，便在可编程控制器中得到应用，使 plc 增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具计算机特征的工 业控制装置。编程语言是和继电器电路图类似的梯形图。 70 年代中末期
11、，计算机技术的全面引入使 plc 的功能发生了巨大 的飞跃。不仅运算速度快，体积小、工业抗干扰能力强，而且具有了模拟量运算、pid 功能，从而 plc 进入实用化发展阶段。 80 年代以后，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，使得各种 类型的 plc 所采用的微处理器的档次普遍提高。各制造厂商还纷纷 研制开发了专用逻辑处理芯片，使 plc 在模拟量控制、数字运算、 人机接口和网络等方面都得到大幅度提高，这一阶段的 plc 逐渐进 入过程控制领域，在某些方面取代了过程控制领域处于统治地位的 dcs 系统，奠定了在工业控制中不可动摇的地位。 20 世纪末期，可编程控制器诞生了各种各样的特殊功能单元
12、，生 产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控 制设备的配套更加容易。就整体而言，不论是硬件还是系统软件都 正在向标准化方向发展。PLC的发展趋势 PLC自问世以来，经过几十年的发展，PLC的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛，其足迹已遍及国民经济的各个领域，但PLC的主要应用领域是自动化。不同的企业对自动化程度的要求都不相同。不仅需要发展适合于大、中型企业的高水准的PLC网络系统，而且也要发展适合小型企业、性能价格比高的小型PLC控制系统。所以PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化、微型化方向发展，作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小、速度更快、功能更强、
13、价格更低的方向发展；二是向大型化、网络化、多功能方向发展。展望未来，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快，存储容量更大，智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面，完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求； 从市场上看， 各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破， 会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看， 可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统
14、是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS （Distributed ControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展， 可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分， 将在工业及工业以外2.2 PLC的选型 根据对系统规模和控制要求分析，在本工程中选用了三菱FX2n系列的PLC作为该工程的控制设备，CPU的型号为FX2n-48MR。2.3 PLC的主电路设计及IO点的分配 电机控制分为本地控制和远程PLC自动控制。设计主电路的过程应该考虑设计过载保护和过电流控制措施，设计短路保护及其他的电气保护。根据主电路的要求设计控制回路，设
15、置必要的联锁。根据指示、报警等要求设计辅助电路。 图23 系统主电路图系统中共有4个液位计，每个液位计有两个位置，一个高水位，一个低水位，3个污水泵，1个生化风机，1个药液泵，1个两位五通电磁阀。I/O分配如下：输入：启动按钮 SB1X0 输出：集水坑污水泵Y1 停止按钮 SB2X11 回收水池污水泵Y2 集水坑高水位L1X1 生化水池污水泵Y3 集水坑低水位L2X2 生化风机Y0 回收水池高水位L3X3 两位五通电磁阀Y4 回收水池低水位L4X4 药液泵Y5 生化水池高水位L5X5 生化水池低水位L6X6 回用水池高水位L7X7 回用水池低水位L8X10 图232 系统硬件接线图第3章 系统
16、软件的设计3.1 初始化电路顺序功能图 图31 系统顺序功能图控制流程如下：按下启动按钮SB1，生化风机开始启动，对生化水池进行供氧，运转3分钟，停止两分钟，保证氧气充足，也防止过氧化。在集水坑高水位，回收水池低水位时集水坑污水泵启动，直到回收水池高水位停止工作；在回收水池高水位生化水池低水位时，回收池污水泵开始启动，污水流过沉淀池，除没池，后进入生化水池，直到生化水池高水位停止工作；在化水池高水位，回用水池低水位时，生化水池污水泵启动，直到生回用水池高水位停止工作，与此同时，生化水池污水泵工作10分钟后，两位五通电磁阀打开1分钟，进行机械过滤器的一个反冲洗，使得机械过滤器中的石英砂和活性碳得
17、到一个还原；反洗1分钟结束后位于回用水池上的药液泵开始工作，对回用水池进行一个水质中和，保证水质能正常用于工企业使用。3.2 污水处理控制系统指令语句9浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计） 第4章PLC梯形图及系统调试第4章 PLC梯形图及系统调试4.1 PLC梯形图 10浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计） 第4章PLC梯形图及系统调试 4.2污水处理系统静态仿真调试空载静态仿真调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否正确，然后先调试子程序或功能模块程序，然后调试初始化程序，最后调试主程序。调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及
18、时分析、调整程序或参数。4.3污水处理系统动态仿真调试及仿真运行在动态带负载状态下仿真调试，密切观察系统的仿真运行状态，采用先模拟手动再模拟自动的调试方法，逐步进行。遇到问题及时停机，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改进12浙江大学远程教育学院本科毕业论文（设计） 第5章第5章 总 结随着人类对水污染的普遍重视，污水的处理已经成为一个世界性的课题。合理的工艺和先进的控制方法对污水处理工程有着重要意义。控制方法的不断进步不但为新工艺的采用创造了条件，而且大大提高了污水处理的效率和质量。通过本次论文的设计，主要的收获如下： （1）通过对污水处理材料的阅读，对污水
19、处理的工艺有了很详细的了解，在本设计中，对传统的SBR工艺进行了改进，改进后的工艺更加适合与现代工业生产中的污水处理。（2）控制系统硬件是以FX2n-48MR为控制核心设计的污水处理系统，通过设计，对PLC控制器有了进一步的了解，并且在PLC软件开发上得到了一定的锻炼，为以后的工作和学习奠定了基础。总体来说，这次的毕业论文设计，检验了专升本二年半的学习成果，在这次设计中，充分利用了专业课的知识。通过这次设计，我也发现了自己有很多的不足，比如软件方面的欠缺，这让我在以后的学习中找到了重点。虽然毕业论文的完成标志着专升本学业的完成，但我还会在以后的工作中不断学习，不断的充实自己。14浙江大学远程教
20、育学院本科毕业论文（设计） 第7章参考文献著作：1 赵华军、唐国兰：可编程控制器技术应用，华南理工大学出版社 2009：182-205；2 王永华：现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社2008：33-42；3 孔祥冰：电气控制与PLC技术应用，中国电力出版社 2008：10-14；4 丁桓如：工业用水处理工程，清华大学出版社2005：68-72；5 常晓玲：电气控制系统与可编程控制器，北京机械工业出版社2004：90-94；6 陈立定：电气控制与可编程序控制器的原理及应用，机械工业出版社2004：52-55；7 刘建华，张静之：三菱FX2N系列PLC应用技术，机械工业出版社2010：168-173；8 宋秀玲：PLC控制系统的安装与调试，化学工业出版社2014：146-150；9 孙体昌，娄金生：水污染控制工程，机械工业出版社2009：260-270；10 刘洪涛，黄海：PLC应用开发从基础到实践，电子工业出版社 2007：29-33；