污水处理的PLC控制系统设计

摘要

我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段，不仅大城市，很多中小城市、铁道各车站区，甚至发达地区的乡镇都开始修建污水处理厂。随着现代控制技术和计算机技术的飞速发展，PLC控制技术在污水厂中得到了广泛应用，使得整个污水处理过程实现了计算机监测、控制和管理，以实现高质量、低成本、稳定可靠的运营方式。

本文采用生物法中氧化沟法进行污水处理，结合污水处理流程，本系统需控制7台设备和检测2个参数。共有32个输入开关量和20个输出开关量。最终选择OMRON公司内装60个I/0端子的CPM2AE一60CDR—A型PLC。它运行速度快，控制可靠，具有强大的指令系统和丰富的输入输出扩展设备及特殊扩展设备，并进行了硬件和软件设计。在软件设计中做了上位机和下位机软件设计。并利用Intouch组态软件实现动态实时显示过程控制参数和系统运行状态，报警和报表等功能。

本文通过PLC控制系统的配置和控制方式，和由PLC控制站和上位机组成的控制系统，从而实现污水处理整个过程的实时监测和自动控制。本文应用PLC控制达到了设备的自动监视和控制，使出水指标稳定，满足了工艺要求，并且节省了大量的人力物力。

关键词：污水处理；PLC；控制系统

目录

摘要 0

1 绪论 (1)

1.1 设计的背景与意义 (1)

1.2 研究现状 (2)

1.3 主要内容和预期目标 (3)

2 污水处理的工艺流程 (5)

2.1 工艺技术简介 (5)

2.2 工艺流程 (6)

2.3 控制要求 (7)

3 污水处理的PLC控制系统 (9)

3.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 (9)

3.2 硬件设计 (10)

3.2.1 PLC机型的选择 (11)

3.2.2 模拟量模块的选择 (12)

3.2.3 开关量模块的选择 (14)

3.2.4 电源模块的选择 (16)

3.2.5 PLC的输入、输出点功能 (17)

4 软件设计 (18)

4.1软件控制系统功能的实现 (18)

4.2 PLC控制流程图 (18)

4.3 PLC控制系统梯形图程序 (21)

4.4下位机软件设计 (23)

4.5上位机软件设计 (23)

结论 (32)

谢辞 (33)

参考文献 (34)

1 绪论

1.1 设计的背景与意义

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，因此许多都城市规划和建设了自己的污水处理厂，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，与国外同期的城市污水处理厂相比较，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，我国的污水处理厂必然向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前，PLC在其稳定性、高自动化程度的不断加强，使得PLC成为城市污水处理自动化方面[1-3]的首选。

如今，我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段，不仅大城市，很多中小城市、铁道部各车站区，甚至发达地区的乡镇都开始修建污水处理厂。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，在污水处理中也得到一定程度的推广。

随着现代控制技术和计算机技术的飞速发展，PLC控制技术在污水厂中得到了广泛应用，使得整个污水处理过程实现了计算机监测、控制和管理[4-6]，以实现高质量、低成本、稳定可靠的运营方式。针对我国水资源现状呈不断恶化的态势，介绍现有的污水处理基本原理和技术，对新兴的污水处理理论和技术、污水治理

方法做出评价。水体污染是指排入水体的污染物使该物质在水体中的含量超过了水体的本底含量和水体的自净能力，这些污染物质使水体的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值。治理污水的方法和技术的基本原理主要是分离、转化。设计系统应用先进的工业控制计算机、可编程控制器、工业自动化组态软件技术、电力电子控制技术艺等，介绍了PLC在污水处理厂自动控制系统中的应用，通过PLC控制系统的配置和控制方式，和用PLC控制站和上位机组成的控制系统，从而实现污水处理整个过程的实时监测和自动控制。

1.2 研究现状

新世纪，我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段，不仅大城市，很多中小城市、铁道部各车站区，甚至发达地区的乡镇都开始修建污水处理厂。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，在污水处理中也得到一定程度的推广。实践证明,在污水控制系统中,采用可靠性较高的PLC与具有强大数据处理能力的计算机组成远程监控系统[7-10],不仅可以提高系统的稳定性.可靠性.灵活性,及时发现可能出现的故障,还能大大节约人力成本.通过采用计算机作为上位机实现管理和监控,PLC作为下位机实现电机的控制,并使个PLC均可与PC 联网通信,从而实现了远程集中控制,整个系统运行可靠,达到并满足设计的目的和要求。

控制方案:通过分析工艺工程发现,在受控对象中有相当多的开关量和模拟量,检测点也较多,而控制过程是以逻辑控制为主,闭环控制为辅。针对这样一个实际情况,我们采用了基于PLC与工控机来构建监控和数据采集系统，以工控机作为监

视和控制现场生产过程的可视窗口,在PLC可编程控制器进行逻辑运算,对生产过程实行在线实时控制。

系统构成:(1)根据工艺设计要求,将污水控制系统分为三个网络层面.即监控管理层,过程控制层和设备执行层.(2)根据生产工艺的要求,将厂内所有设备按功能分为3个区域,在3个区域内各建立一个PLC站(即下位机),构建过程控制层。1#PLC控制站设在加氯间控制室内,监控项目有粗格栅机,提升泵,加氯设备等。2#PLC控制站设在沉沙池控制室内,监控项目包括鼓风机.细格栅机等。3#PLC控制站设在BAF动力间,主要监控项目是冲洗离心泵等。

监控方式:集中监控,在监控计算机上可以实现工艺过程的全面监控。基于PLC与计算机构建控制系统具有系统配置合理,可靠性高,控制精度高和系统成本低等优点,随着我国对环境保护投资力度的不断加大,各城市污水处理厂在建项目相继启动,将PLC与计算机构建的污水处理控制系统应用于在建项目和老水厂的改造,不仅可以提高系统的整体控制水平,同时可以利用网络平台实现数据共享,提高整体管理水平,具有广泛的应用前景。

1.3 主要内容和预期目标

（1）介绍了当前工艺技术，根据需要最终选择氧化沟法进行污水处理设计，介绍了工艺流程各部分的实现方式，明确了控制要求。通过系统设计方案了解PLC控制系统的全部功能，控制规模，控制方式。

(2)针对污水处理的工业对象，分析其工艺流程和控制特点，根据其控制要求，完成基于PLC的污水处理控制系统的方案论证和设计，即PLC控制系统的硬件和软件设计。硬件设计部分，完成了PLC的机型选择，开关量的选择[11-13]，模拟