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1、机 电 传 动 课 程 设 计题 目:污水净化处理系统的 PLC 控制姓 名 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机自 081 学 号 指导教师 完成日期 2011-12-23 目 录第一章 引言 11.1 课题背景 11.2 设计目的 11.3 设计任务及分析 11.3.1 任务及要求 11.3.2 任务分析 1第二章 污水净化处理系统设计方案选择 32.1 物理法处理技术方案选择 32.2 各污水处理方案的分析和比较 42.3 方案的确定 42.4 方案三的具体实施 52.4.1 系统的组成介绍 52.4.2 工艺流程 52.4.3 系统布局 6第三章 I/O 分配表 73.1 硬件的
2、设计 73.1.1 确定 PLC 的 CPU 型号和扩展模块型号 73.1.2 压差检测仪表的选择 73.1.3 其它的输入和输出元件的选择 73.2 软件的设计 83.2.1 主程序的设计 83.2.2 输出故障检测和报警 83.2.3 软件设计的可行性 9第四章 PLC 硬件接线图 10第五章 系统控制流程图 11第六章 编程过程说明 12第七章 调试说明 137.1 系统调试 147.2 系统可行性阐述 15结束语 16参考文献 17附录 18附录 1：系统主程序 18附录 2：故障诊断子程序 24第一章 引言1.1 课题背景可编程控制器即 PLC 是综合了计算机技术、自动控制技术和通信
3、技术的一种新型的、通用的自动控制装置。现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适应工业环境等一系列优点。为了提高污水处理厂的运行管理水平， PLC 也成为了该系统的重要组成单元之一，在该系统中各单元按一定拓扑结构互相连接构成污水处理厂的控制系统。1.2 设计目的在冶金企业中，有大量的工业用水用于冷却，为此每天消耗大量的水资源，由于用过的冷却水含有氧化铁杂质，不宜多次循环使用。为保护环境、节约用水，需要对含有氧化铁杂质的污水进行净化处理。1.3 设计任务及分析1.3.1 任务及要求（1）两台机组的滤水工序可单独
4、进行，也可同时进行。而反洗工序只允许单台机组进行工作，一台机组反洗时，另一台必须等待。两台机组同时要求反洗时，1 号机组优先。（2）为保证滤水工艺的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只要出现了“管压差高”信号，则应立即停止滤水工序，自动进入反洗工序。（3）为增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到 PLC 输入端，一旦某一输出信号不正常，要立即停止系统工作，这样可避免发生事故。（4）接触器输出故障检测报警。1.3.2 任务分析(1) 两台机组的滤水工序可单独进行，要求有独立的启动/ 停止按钮。(2) “管压差高”检测和反洗铃在每台机组上均单独配置。压
5、力传感器监测到的压力值直接关系到整个控制系统的可行性，在选择差压变送器的精度要他到3RH的以上的精度，使得差压传感器在工作的时候能够准确的接收和发送出准确的信号。用一个 PLC 模拟量输入模块和一个输出模块。让差压传感器接收的信号传送到 PLC 的模拟量的输入模块使模拟量转换成数字量，为了使防止在输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号，在输入电路中设置 RC 滤波电路，可以增加可靠性。CPU 模块的内部的工作电压一般是 DC 5V，输出信号电压一般较高，一般是DC 24V 和 AC 220V。采用 DC 010V，模拟量输出模块用于控制电动出水阀、进水阀、水泵等执行器。(3) 所谓将每台
6、机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到 PLC 的输入端，如图 1-1 所示。考虑到由接触器控制这些线圈，当接触器线圈通电时，其动合触点应当闭合，动断触点应当断开；反之亦然，如果接触线圈通电时，其动合触点不能闭合或者动断触点不能闭合，或动断触点不能断开，可能发生事故。图 1-1 输出反馈信号接线图第二章 污水净化处理系统设计方案选择污水处理的基本原理是利用物理法、化学法和生物法三大类。而在冶金业中污水的处理方案，就有它的独特的处理方案。对冶金业中所产生的污水中含有大量的固体渣滓污染物，对于固体渣滓污染物的处理方法一般采用物理法，物理法的基本原理是利用物理作用是悬浮状态的污染物质与水分离，
7、在处理过程中污染物质的性质不发生变化，而在物理法的处理方法中又有以下多种处理方法。2.1 物理法处理技术方案选择方案一: 截留法通常都以格栅或筛网作为污水处理厂的第一个处理工序，其主要作用是去除废水中粗大的悬浮物质，以保护后续的处理设备如污水泵，并防止管道堵塞。格栅由一组平行的金属栅条构成，其截留悬浮物质的效率决定于栅条间隙的宽度。当格栅设在污水泵站前时，缝隙宽常大于 50mm，当设在沉沙池前时，一般采用1540mm。通过格栅的水流速度应保持在 0.61.0m/s 之间。当通过格栅的水头损失超过 10cm 时，应清除格栅前的污物，以免涌水现象。大型处理厂应采用机械清除格栅。格栅截留的污物被清除
8、后，应妥善处理，方法有填埋、焚烧、堆肥或与其它污泥混合后进行消化处理，也可以将污染物粉碎后送进污水厂进口。方案二: 膜分离的电渗析法利用过滤性膜选择透过性对水中杂质进行浓缩、分离的方法，统称为膜分离。根据膜孔隙的大小及过滤是的动力，膜分离可分为微过滤、超过滤、纳米过滤、电渗析反渗透等。对于冶金工业废水的处理一般采用电渗析处理方法。电渗析：电渗析是在电场作用下使溶液中离子通过膜进行传递的过程，所应用的膜为离子交换膜。阳离子交换膜只允许阳离子透过，阴离子交换膜则只允许阴离子通过。在电渗析设备中，阳离子交换膜和阴离子交换膜交替排列于正负两个电极之间，并用特别的隔板将其隔开，形成脱盐水和浓缩水两个系统
9、。在直流电场作用下，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移，由于离子交换膜的选择透过性，淡室中的盐水逐渐淡化，浓室中的盐水被浓缩，以此实现脱盐的目的。电渗析用于重金属工业的废水处理。 方案三: 磁力分离法磁力分离是利用磁场力截留和分离废水中污染物质的方法。主要应用于去除废水中磁性及非磁性悬浮物和重金属离子，对废水中有机物和营养物的去除也有帮助。当废水通过磁场时，水中磁性粒子同时受磁场吸引力、外力和重力、粒子互相作用等的作用，如磁力大于外力磁性粒子既能被磁场捕获，从水中分离出来。磁场吸引力还可以起到促进絮凝的作用。使用较多的磁过滤器的主要部分为电磁铁和铁磁性过滤介质金属球、钢毛等。其次为磁吸离器，它
10、由不锈钢圆盘制成，上面粘结了极性交错排列的数百块永久磁铁，并用铝板覆盖。运转时圆盘转动，浸没部分吸引水中磁性物质，转离水面后，将表面泥渣即被挂走。磁性铁粉可以在用分离心法从泥渣中回收。该分离机以其特有的快速分离的特点在生产中得到了实际应用。2.2 各污水处理方案的分析和比较方案一优点：设备简单，所耗费的资金少，处理过程简单容易控制。缺点：是一种传统对废水中的粗糙较大的固体污染物进行处理方案，在对废水处理的设计中可能占地面积过大，耗费的人力较多，在反洗过程中需要人工的反清洗，还可能耗费大量的时间而耽误污水的净化效率。最关键的是不能完全的达到自动化目的。方案二优点：处理精度较高，目的性明确有较高的
11、可靠性。缺点：在阴阳离子的分离和替换控制过程中的难度较复杂，设备结构复杂，不容易清洗。虽然它可用于重金属工业的废水处理中，但对于这种方案不是常用的方案，因为不能直接把废水中的金属杂质直接的处理掉。方案三优点：操作方便，结构简单，设备简单，清洗时断掉电源，关闭进水阀和出水阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理，处理后的固体杂质还可以回收再利用。对废水中有机物和营养物的去除也有帮助。缺点：对于其他无磁性的固体杂质不能及时的处理。2.3 方案的确定 对于以上的污水处理方案的分析之后，方案三是选择中最适合用于冶金业的污水处理中，
12、还可以简单的加入 PLC 控制，来实现达到自动化的目的。从而在处理过程中实现经济化、可靠性、安全性超过了方案一、二。在方案三中的污水处理后，污水不仅得到了净化还可以回收再利用，净化后得到的氧化铁杂质也可以回收再利用。所以方案三是污水处理系统方案的最佳选择方案。 2.4 方案三的具体实施2.4.1 系统的组成介绍从简单经济可靠性出发，本系统由 2 台磁滤器，10 只电磁阀和连接管道组成。系统组成示意图 2-1 所示。1 号进水阀2 号进水阀污水1 号磁滤器1 号水箱1 号出水阀2 号磁滤器2 号水箱2 号出水阀1 号排水阀2 号排污阀到污水池1 号空气压缩阀2 号空气压缩阀压缩空气到冷却塔图 2
13、-1 系统组成示意图2.4.2 工艺流程 污水净化处理可分为两道工序，以 1 号机组为例，其工艺流程图如图 2-3 所示。(1)滤水工序：打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会附在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的是净化水。(2)反洗工序：滤水一段时间后，必须清洗附在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。图 2-2 工艺流程2.4.3 系统的布局图 2-3 系统拓扑第三章 I/O 分配表3.1 硬件设计3.1.1 确定 PLC 的 CPU 型号和扩展模块型号下表为净水器的 1 号机组的输进和输出地址分配表1 号机组的 I/O 地址分配表编程元件 IO
