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1、. . .第1章 绪 论1.1 水处理控制系统的意义我国是个缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4。而且我国的水资源在时空和地域分布上的分布不均匀，更加重了实际的缺水情况。因此近些年来我国城市水资源进一步紧张，许多城市严重缺水。与此同时，水资源污染却日益严重，因此许多工厂都建立自己的自来水处理厂，来改变目前水资源紧缺且污染的现状。我国城市污水处理事业是在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张和对自动化程度要求的不断增加，我国的自来水处理厂必然向着
2、高度自动化和无人职守的方向发展。环境保护问题日益成为影响和制约人类社会发展的因素之一。随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加，大量工业和生活污水未经处理流入江河湖海，使环境和饮用水被严重污染。因此，建立高度自动化的自来水处理厂是解决供水问题的有效途径。PLC 作为一种新型的工业控制器,以其通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点,在工业控制中得到越来越广泛的应用,在自来水处理中也得到一定程度的推广，而且在其稳定性、高自动化程度的不断加强，使得其成为城市自来水处理自动化方面的首选。1.2 本人主要工作在本次毕业设计中我采用的是用PLC控制水处理控制系统的完成,在这期间我利
3、用三年来学习的专业知识综合PLC的控制系统知识对水处理控制系统的进行了全方面的设计,在我的设计中有以下亮点: 首先,用PLC替代了传统的继电器来控制系统,与传统的继电器相比 (1) 控制逻辑:继电器控制逻辑采用硬接线图逻辑,利用继电器机械点的串联或者并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑,其连线多而且复杂,一旦系统构成后,想再改变或增加功能都很困难.而PLC才用存储逻辑,其控制逻辑以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需要改变程序,故称为“软接线”，其连线少，体积小，加之PLC中没只继电器的触点数理论上无限制，因此灵活性扩展性很好。 （2）工作方式 当电流接通时，继电器控制线路中各继电
4、器都处于受约状态。而PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。 （3）控制速度：继电器控制逻辑依据触点的机械动作实现控制，工作频率低。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，一般一条拥护指令的执行时间在微妙数量级。 （4）限时控制 （5）记数控制 （6）设计与施工 （7）可靠性和可维护性PLC在性能上比继电器控制逻辑优异,可靠行高,设计施工周期短,调试修改方便,而且体积小,功耗低,维护方便等. 再次，使用程序控制系统又是一大亮点，程序是人们根据系统的要求，编写一套有目的的语言文字。既便于修改维护也便于工程人员的交流，
5、而且随着计算机软件的发展，采用机构化编程方式更使程序设计从单一向多人共同发展，大大缩短了系统开发周期。 1.3 总体方案设计步骤1. 深入了解和分析被空控对象的工艺条件和控制要求(1)被控对象就是受控对象的工艺条件和控制要求(2)控制要求主要是指控制的基本方式,应完成的动作，自动工作循环的组成,必要的保护和联锁等.对较复杂的控制系统,还可以将控制任务分成几个独立部分,这种可化繁为简,有利于编程和调试2. 确定I/O设备 根据被控对象对PLC控制系统的功能要求,确定系统所需的用户输入,输出设备.常用的输入设备有按纽,选择开关,行程开关,传感器等,常用的输入设备有继电器,接触器,指示灯等等. 3.
6、选择适合的PLC类型 根据已确定的拥护I/O设备,统计所需的输入信号和输出信号的点数,选择合适的PLC类型,包括机型选择,容量选择,I/O模块的选择,电源模块的选择等等. 4.分配I/O点 分配PLC的输入输出点,编制出输入/出分配表或者画出输入/输出端子接线图.接着就可以进行PLC程序设计,同时可进行控制柜或操作台设计和现场施工. 5.设计应用系统梯形图程序 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程.这一步是整个应用系统设计的核心工作,也是比较困难的一步,要设计好梯形图,首先要十分熟悉控制要求,同时还要有一定的电气设计的实践经验. 6.将程序输入PLC 当使用简易编程器将程序输入PL
7、C时,需要先将梯形图转换成指令助记符,以便输入.当使用可编程控制器的辅助编程软件在计算机上编程时,可通过上下位机的连接电缆将程序下载到PLC中去. 7.进行软件测试 程序输入PLC后,应先进行测试工作.因为在程序设计过程中,难免会有疏漏的地方,因此在将PLC连接到现场设备上去之前,必须进行软件测试,以排除程序中的错误,同时也为整体调试打好基础,缩短整体调试的周期. 8.应用系统整体调试 在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后,就可以进行整个系统的联机调试,如果控制系统是由几个部分组成,则应先作局部调试,然后再进行整体调试;如果控制系统的步序较多,则可先进行分段调试,然后再连接起来总调.调试
8、中发 现的问题,要逐一排除,直至调试成功. 9.编制技术文件 系统技术文件包括说明书,电气原理图,电器布置图,电气元件明细表。第2章 水处理控制系统控制方案2.1 水处理控制系统的工作原理 水处理是提供工业或民业用水的常用办法,处理过程是通过滤池过滤,滤池工作一定时间就要进行反冲洗,反冲洗过程要求按一定的时序控制风机的启停及各类的开与关,阀门动作顺序要求严格.某水源工程一期设计8个滤池,每个滤池有6个控制阀,而滤池的反冲洗过程要求同一时间不能有两个滤池同时冲洗,采用手动控制时工人的劳动强度大,难免出现误动作,对此特定的过程选用三菱公司的可编程控制器进行控制,经实践检验系统运行可靠,效果良好.在
9、系统投运时,首先根据江水的浑浊度设置每个滤池冲洗时间间隔,即设置计数器和计时器的计数和计时值.时间间隔过长易出现滤池大高液位现象,过短造成滤池冲洗过于频繁,风机启动频繁减少设备的使用寿命.投运时根据当时江水的状况设置时间间隔为12h,运行效果良好.因在软件设计时全面考虑了边界条件,可一次性将8个滤池的手动开关打到PLC自动状态.因每个滤池的冲洗周期均为12h,同时切换为PLC自动,会出现两个或两个以上的滤池同时冲洗,程序中设置了自动优选功能,做到每次只有一个滤池冲洗,保证运行安全可靠.2.2 水处理控制系统控制方案要求自来水厂对江水处理过程通常是通过滤池过滤。滤池工作一定时间就要进行反冲洗，反
10、冲洗过程要求按一定的时间控制风机的启停及各类阀门的开与关，且阀门动作顺序要求按时间严格控制。此设计过程中，设计了8个滤池，每个滤池有6个控制阀门，而滤池的反冲洗过程要求同一时间不能有2个滤池同时冲洗。根据上述要求和系统运行的条件，可以把8个滤池按串联的方式工作，且通过时间这一要素来控制8个滤池按先后顺序依次工作。由于8个滤池的具体工作过程相同，只是时序上的不同而已。因此，我们可以拿某一个滤池为代表来分析和设计程序（如1号滤池）。根据1号滤池工艺过程及冲洗时间的过程：过滤阶段要求反冲洗阀V1-3、排水阀V1-4、气路阀V1-5关闭，进水阀V1-1出水阀V1-2打开，江水进经V1-1进入滤池，经过
11、滤后由V1-2引出净化水。当滤池工作一定时间后就要进行反冲洗，以保证滤池的正常工作。要进行反冲洗时。首先关V1-1，9分钟后启动鼓风机D，当风机出口压力P0.15MPa时，打开电动蝶阀K，反冲洗过程开始。当冲洗过程结束时，打开V1-1和V1-2，同时打开V1-6排气，1分钟后关闭。滤池反冲洗时间程序见表1.1。滤池反冲洗控制系统原理如图1.2所示。表2-1 滤池反冲洗时间程序 阀门 状态时间/m进水阀V1-1出水阀V1-2反冲阀V1-3排水阀V1-4气路阀V1-5排气阀V1-6说明0以前开开关关关关过滤阶段0关反冲洗阶段010重力阶段10关开气冲洗开始1014气冲洗过程14开开关水冲洗开始14
12、18水冲洗过程18开关关开排气开始1819开关排气过程19以后关过滤过程图2-1滤池冲洗过程PLC控制系统第3章 水处理控制系统硬件设计3.1 水处理控制系统的I/O点统计根据自来水厂水处理的开展要求：由于该系统的控制输入量多，控制过程也很复杂，因此采用手动控制方式工人的劳动强大很大，且难免会出现误操作，所以在此采用自动控制的方式。根据自动控制方式与手动控制方式相结合的方法设计水处理控制系统的要求:输入量共12个分别为:第1个输入信号是液位传感器 第2个输入信号是压力传感器第3个输入信号是启动按钮 第4个输入信号是停止按钮第5个输入信号是进水阀开关 第6个输入信号是出水阀开关 第7个输入信号是
13、反冲阀开关 第8个输入信号是排水阀开关 第9个输入信号是气路阀开关 第10个输入信号是排气阀开关第11个输入信号是启动鼓风机开关 第12个输入信号是启动电动蝶阀输出量共有50个分别为:第1个输出信号是1#滤池的进水阀 第2个输出信号是1#滤池的出水阀第3个输出信号是1#滤池的反冲阀 第4个输出信号是1#滤池的排水阀第5个输出信号是1#滤池 的气路阀 第6个输出信号是1#滤池的排气阀第7个输出信号是鼓风机 第8个输出信号是电动蝶阀第9个输出信号是1#滤池的进水阀 第10个输出信号是1#滤池的出水阀第11个输出信号是2#滤池的反冲阀 第12个输出信号是1#滤池的排水阀第13个输出信号是1#滤池的气
14、路阀 第14个输出信号是1#滤池的排气阀第15个输出信号是3#滤池的进水阀 第16个输出信号是3#滤池的出水阀第17个输出信号是3#滤池的反冲阀 第18个输出信号是3#滤池的排水阀第19个输出信号是3#滤池的气路阀 第20个输出信号是3#滤池的排气阀第21个输出信号是4#滤池的进水阀 第22个输出信号是4#滤池的出水阀第23个输出信号是4#滤池的反冲阀 第24个输出信号是4#滤池的排水阀第25个输出信号是4#滤池的气路阀 第26个输出信号是4#滤池的排气阀第27个输出信号是5#滤池的进水阀 第28个输出信号是5#滤池的出水阀第29个输出信号是5#滤池的反冲阀 第30个输出信号是5#滤池的排水阀 第31个输出信号是5#滤池的气路阀 第32个输出信号是5#滤池的排气阀 第33个输出信号是6#滤池的进水阀 第34个输出信号是6#滤池的出水阀 第35个输出信号是6#滤池的反冲阀 第36个输出信号是6#滤池的排水阀 第37个输出信号是6#滤池的气路阀 第38个输出信号是6#
