1、 5 毕 业 设 计 论 文 论 文题目： 基于 PLC 的过滤流程控制系统 学生姓名： 班级学号： 43 专 业 ： 电气自动化技术 院 （系）： 电气工程学院 指导教师： 唐婷老师 职称 副教授 二零 年 月 日 5 摘要 随着我国经济的发展和人民生活水平的逐渐提高，对环境质量提出更高更好的要求。 因此，解决好水污染问题，有效地实 现污水处理，是保护生态环境以及为人们营造舒适生活环境的重要条件。 本文在参阅大量技术参考文献的基础上，对污水过滤流程的实际工艺进行了详细的研究；根据污水过滤流程的工艺特点和要求 ， 采用 PLC 实现其自动控制。其次，依照控制系统设计的原则和步骤，分别进行了系统
2、硬件设计和软件设计。在选择欧姆龙系列的可编程控制器的基础上，对沉降罐排污、过滤器过滤和过滤器反冲洗三部分进行了控制系统设计。设计好的过滤流程 PLC 控制系统有望实现污水过滤流程系统的有效控制控制，节省 人力物力。 论文主要由过滤流程工艺、硬件选型和软件设计三大部 分组成。过滤流程工艺部分主要介绍了过滤流程的工作原理、工艺特点和控制要求；硬件选型部分详细说明了 PLC 功能模块的选型、输入输出点数的确定和输入输出地址的分配；软件设计部分主要论述了 PLC 内部地址的分配、程序流程图和梯形图等内容。 5 Abstract With the development of our national
3、economy and the peoples living standards improved, people need higher quality and better environmental requirements. As a result, solving the problem of water pollution and completing the sewage treatment are the important condition that protects the ecological environment and creates the comfortabl
4、e living environment. After reading a lot of technical reference, researches the actual sewage disposal process in the filtration process, and sewage filter achieves the automatic control by PLC according to the technological characteristics of the process and requirements. Second, completes the sys
5、tem hardware and software design in accordance with the principles and steps of control system design. The control system design can is divided into the sewage settling tank, filters and filter backwash in the choice of the Omron series PLC. Designed PLC control system is expected to achieve water f
6、iltration system, saving human and material resources. This dissertation has three major components by the filtration process technology, selection of hardware and software design. Filtering process introduces some of the major filtering process flow works, process characteristics and control requir
7、ements. Hardware selection section details the selection of PLC modules, input and output points to determine, the distribution of input and output address. Software design discusses some of the major PLC internal address allocation, program flowchart and LD. Key words: Filtration process; Subside;
8、Backwash; PLC; LD 成都 工业学院 专科 毕业设计 （ 论文） 第 1 页 5 目录 第一章 绪论 . 4 1.1 课题研究的背景及意义 . 4 1.2 国内外研究现状 . 4 1.1 国内污水处理情况 . 4 1.2.2 国外污水处理情况 . 5 第二章 过滤流程及 PLC 概述 . 7 2.1 工艺流程及设备控制要求 . 7 2.1.1 沉降、过滤过程的原理 . 7 2.1.2 沉降、过滤过程的工艺流程 . 7 2.1.2.1 沉降罐排污流程 . 8 2.1.2.2 过滤器过滤流程 . 8 2.1.3 工艺设备的控制要求 . 9 2.1.3.1 控制系统组成 . 9 2.1
9、.3.2 设备控制原理 . 10 2.2 可编程控制器 PLC 概述 . 11 2.2.1 PLC 的基本概念 . 11 2.2.2 PLC 的基本结构 . 11 2.2.3 PLC 的工作原理 . 13 2.2.4 PLC 的主要 特点 . 14 2.3 本章小结 . 15 第三章 系统的硬件设计方案 . 16 3.1 PLC 硬件选型 . 16 成都 工业学院 专科 毕业设计 （ 论文） 第 2 页 5 3.2PLC 的发展 . 17 3.3 PLC 的分类 . 18 3.3.1 按 I/O 点数容量分类 . 18 3.3.2 按结构形式分类 . 19 3.3.3 按功能分类 . 20 3
10、.4 PLC 的硬件基本组成 . 20 3.5 PLC 选型 . 24 3.6 西门子 S7-200 PLC 的特点 . 24 3.7 西门子 S7-200 PLC CPU 选型 . 25 3.8 PLC 控制输入 /输出端子接线图 . 25 第四章 系统的软件设计方案 . 27 4.1 PLC 内部地址分配 . 27 4.2 STEP 7-MICRO/WIN 32 软件介绍 . 28 4.2.1 STEP 7-Micro/WIN 32 的主要功能 . 29 4.2.2 STEP 7-Micro/WIN 32 的基本指令 . 29 4.3 系统户设计的原则 . 31 4.4 系统的控制要求 .
11、 31 4.5I/O 地址分配 . 31 4.5.1 分配原则 . 32 4.5.2 I/O 地址常见分配方法 . 32 4.5.3 沉降、过滤工艺流程图 . 32 4.5.4 软件程序梯形图 见附录 . 34 4.5.5 程序的调试 . 34 结论 . 35 成都 工业学院 专科 毕业设计 （ 论文） 第 3 页 5 第五章 论文总结 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 40 成都 工业学院 专科 毕业设计 （ 论文） 第 4 页 5 第一章 绪论 1.1 课题研究的背景及意义 随着我国经济的发展和人民生活水平的逐渐提高，必然对环境质量提出更高更好的要求。但是伴随 着城市规模的不断扩大
12、，被污染的淡水资源也在逐年增加。水，作为一种必不可少的资源，长期以来一直被认为是取之不尽，用之不竭的。在这种观念的驱使下，水环境的质量越来越恶劣，水资源短缺也越来越严重，由此造成的水危机将成为社会经济发展的重要制约因素。解决好水污染问题，对污水处理后再排放，是保护生态环境以及为人们营造良好舒适生活环境的重要条件。 我国“十一五”规划纲要提出了“节能减排”的明确目标； 2009 年 7 月 19 日，国务院办公厅印发了 2009 年节能减排工作安排的通知； 2009 年 12 月 18 日，国务院总理温家宝出席了 哥本哈根气候变化会议领导人会议，并发表了题为凝聚共识 加强合作 推进应对气候变化历
13、史进程的重要讲话，全面阐述了我国政府应对气候变化问题的立场、主张和举措。可见节能减排已是我国建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是维护中华民族长远利益的必然要求。 过滤流程 PLC 控制系统是利用可编程控制器（ PLC）将多套沉降装置和过滤装置联接起来对污水实现全自动控制的系统；是一套污水处理系统的重要组成部分；是降低水污染、改善水环境质量的重要技术手段。它把回收的污水（又称原水）进行加药沉降，上层清液过滤后可以重新利 用。这样就能够避免直接把废水排放到自然环境所造成的环境污染问题，节能减排，既能缓解水环境质量不断恶化的趋势，又能改善水资源短缺的态势，促进经济社会快速稳定向前发展。 1.
14、2 国内外研究现状 1.1 国内污水处理情况 目前我国的水污染较为严重，并且污水的排放量在逐年增加。我国每年排放的污水量已超过 400 亿立方米且处理率低，大量的污水直接排入天然的水体中，造成了严重的水体污染。据统计已超过 80%的河流受到不同程度的污染，因此加快污水处理 务。 成都 工业学院 专科 毕业设计 （ 论文） 第 5 页 5 我国污水处理水平低，不论是设备还是技术，或者是处理的深度和广度 ，都远远落后于欧美等发达国家。我国平均每 200 多万人拥有一座污水处理厂，而且在污水处理的深度上也存在着很大的欠缺。到 2004 年底，我国已建设的城市污水处理厂 668座，其中二级处理厂 28
15、2 座。这些污水处理厂的建设，极大地提高了污水处理水平，但是处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增加，两者之间的差距还在进一步拉大。根据按 98 年的资料，我国城市污水的处理率仅为 15.8%，而欧美等发达国家如美国早在 1980 年就已达到 70%了。我国现存的污水处理设备运行状况是 1/3 运行正常、 1/3 不正常、 1/3 处于停止状态，前景堪 忧。 我国污水处理的普遍情况是污水处理能力增长缓慢、污水处理率低和自动化程度不高，且主要表现在以下几个方面： 污水处理技 术落后 长期以来，我国污水处理技术都是沿袭欧美国家的处理技术，在吸收、消化的同时形成自己的技术，但是我国现阶段采用的大部分
16、技术都是上个世纪欧美国家的处理技术。这些技术存在效率低、能耗高、维修率高、自动化水平低等缺点，并且严重制约了我国污水处理能力的提升，使得我们与同时期的欧美国家的污水处理技术存在很大的差距。 污水处理能力不足 随着我国经济的快速发展，污水的排放量日益增加。单独依 靠以前中下型的污水处理系统很难满足污水处理的需要，研究和开发高效的、大型的污水处理系统已经迫在眉睫了。 管理水平低 我国各种类型及层次的控制系统并存，良莠不齐。这使得污水处理技术复杂，操作人员的技术素质和管理水平不能很好适应，这就制约了污水处理系统的正常运行。 1.2.2 国外污水处理情况 在国际上，大规模的水污染治理最早是在二战后，由
17、于上世纪 50 年代经济蓬勃发展带来的， 60 年代日益严重的环境污染而展开的，如英国的泰晤士河和欧洲的莱茵河等水系的污染和治理就是典型的例子。至 70 年代末，美国投入了数千亿美元 兴成都 工业学院 专科 毕业设计 （ 论文） 第 6 页 5 建了 18000 余所污水处理厂，英国、法国、德国、瑞士等各耗费巨资兴建了 7000 至8000 座污水处理厂，这些污水处理厂的投入运行对这些国家的水体污染改观起到了关键的作用，也为人们治理水污染积累了丰富的经验。经济发达的欧美国家除了非常重视污水处理的新理念和新技术之外，更重视污水处理的自动控制问题，先后研究开发了各种高效率，智能型和集约型的污水处理
18、系统，并采用了计算机自动控制处理工艺，取得了非常理想的效果。许多先进的污水处理厂基本实现用计算机进行数据记录和运行过程控制，实现了全自动无人值守控制模式。如美国的爱阿 华污水处理厂采用数字式计算机控制自动加钒，运转一年就降低钒消耗 20%，并且提高了管理水平和稳定了水质。此外，德国慕尼黑城市污水处理厂、日本东京朝霞污水处理厂等也先后采用计算机自动控制污水处理工艺，并取得很理想的效果。现在美国大中型污水处理厂均采用一套集散型的自动控制系统进行控制，他们在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个污水处理过程实现多环路控制，其中包括沉降、过滤、反冲洗、臭氧杀菌、化学药剂投放、泵房等，然后使用无线通信技
19、术将数据信号传送到控制室中进行记录、分析和整合。与此同时，欧美国家的污水处理工艺也 日趋多样化，如鼓曝法、氧化沟法、 SBR 法、生物膜法等。 多样化的污水处理工艺和先进的自动控制系统使得欧美国家的污水处理产业在整个国民经济中占有较为重要的地位，并使得他们的污水处理规模、工艺、自动化程度都处在世界领先的地位。 目前欧美国家的污水处理自动控制系统一般具有以下的特点： （ 1） 采用分布式计算机控制； （ 2） 工艺的自动调整； （ 3） 工艺过程趋于复杂； （ 4） 冗余化设计； （ 5） 大量采用智能仪表； （ 6） 无线通信技术。 成都 工业学院 专科 毕业设计 （ 论文） 第 7 页 5
20、第二章 过滤流程及 PLC 概述 2.1 工艺流程及设备控制要求 2.1.1 沉降、过滤过程的原理 图 2.1 是一个污水处理的流程原理图。 原 水 混 合 加 药 反 应 沉 降 过 滤 送 水图 2.1 完整的污水处理流程图 它是将原水（污水，废水）经过加药、消毒，然后在沉降罐中沉降，最后通过过滤器过滤成可以正常利用的水。原水过滤包括污水处理和污泥处理两个子系统，他们之间相辅相成，共同构成一个完整的污水处理系统。今天我的论文不是来讨论这整个系统，而是探讨其中的一小部分 沉降和过滤。 众所周知，过滤流程是将原水经过加药处理过后，在水中产生化 学反应形成许多的絮凝物，再经过一段时间的静置，最终
21、将原水中的大分子物质沉降到罐的底部，上层的清液由沉降罐的顶部流出。经过加压泵直接进入过滤器中，液体通过过滤器过滤就可以达到所要求的技术指标。沉降罐底部的淤泥需要定时排出。 沉降和过滤过程是通过沉降罐和过滤器实现的。沉降罐是用来沉降液体中的絮凝物，一般采用 3 5 个沉降罐并联工作。该过滤流程工艺采用了 4 个沉降罐，并且每个沉降罐底部周围都有 4 个排污阀，在设定的循环周期中， 4 个排污阀依次打开（ 4个排污阀中只有 1 个打开），将罐底的淤泥排出。过滤器是内部填充有多层滤料的 承压罐，一般采用 6 10 个过滤器并联工作，该过滤流程工艺使用了 8 个过滤器。每个过滤器过滤一段时间之后要进行反冲洗操作，这样可以清除滤料上的污渍，以保证整个流程连续不断的运行。过滤器从开始进水过滤到反冲洗完毕算作一个周期。 2.1.2 沉降、过滤过程的工艺流程 污水处理系统的过滤流程的工艺流程图如图 2.2 所示。
