关于水处理控制系统

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，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.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PLC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，经过滤后由V1-2引出净化水。当滤