现场总线的污水处理设施控制系统设计硬件子系统
目录
1 绪论 5
1.1 研究背景 5
1.2 国内外的现状与发展趋势 6
1.3 PLC概述 7
1.3.1 PLC的发展趋势 7
1.3.2 PLC控制器的应用方向 7
1.3.3 PLC的功能 8
1.4 污水处理设施控制系统设计的目的和意义 9
1.5 设计主要思想 9
1.6 本课题的主要研究内容 10
2 污水处理系统介绍 10
2.1 污水处理工艺 10
2.2 活性污泥法的工艺概述 14
3 污水处理设施控制系统总体设计 15
3.1 污水处理设施控制系统设计原则 15
3.2 污水处理控制网络选择 16
3.3 污水处理设施控制系统的方案设计 17
3.3.1 系统构成及功能实现 17
3.3.2 自动控制系统控制模式 19
3.4 污水处理设施控制系统主要硬件设备选型 20
3.4.1 电气控制主电路设计 20
3.4.2 控制设备及仪表选型 22
3.4.3 监控管理级PLC控制主站及三个从站的组态过程 24
4 污水处理系统软件设计 42
4.1 WINCC概述 42
4.2 WINCC系统构成 43
4.3 WINCC监测管理站硬件实现和通信 43
4.4 WINCC软件结构 43
4.5 WINCC监控画面设计 44
4.5.1 WINCC总体流程界 44
4.5.2 预处理参数设置界面 44
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
.5.3生物处理参数设置界面 45
4.5.4 污泥处理参数设置界面 45
5 PID控制器概述 46
5.1 PID控制器的原理 46
5.2 S7-300中的PID模块介绍 46
5.3 PID控制规律及参数整定 48
5.4 PID模糊控制器的设计 51
6 污水处理设施控制系统的近似数学模型 52
7 前景展望 52
结论 56
致谢 57
1 绪论
1.1 研究背景
经济发展使人民生活水平得到更高的改善,但是随之会发生多多少少的不同程度的水污染现象,污水是造成环境的污染源之一。于是，国家必须想到要通过科技手段来缓解环境污染形势尤其是污水处理问题迫在眉睫。因此，采用先进技术污水处理工艺的控制系统当下应该急需做的。本设计的操作过程中用到了变频控制和电气控制等技术内容。这种污水处理系统能够具备高稳定性、高可靠性和高节能性,这在水资源污染严重的今天具有重要的现实意义。纯净水源对人类很重要，可是那特别重的水污染对现在地球可饮用的水资源的影响让人无法想象，对人类的生存产生了重大的影响。
水资源、水环境，是人类生存的基础。工业的发展与人口的增加，引起了各种废水的污染，可饮用水资源出现了紧张。要解决出现的问题，就必须统筹综合考虑水污染治理情况。一般情况下，所有的污水产生后除了被一些在产生废水的过程中的物品带走，还是就是因为物理原因蒸发或汽化而丢失，其余的都会被排放。所以只有想想办法来怎么回收利用这些被排弃的不能直接被利用的废弃的水来解决水资源的严重短缺难题。污水的再生对人类的严重缺水问题缓解会带来不可估计的好处，同时对人类生活环境也有很好的净化和保护作用。但是污水处理工艺的流程比较多而且很繁琐，一来检测难度大。二来系统技术不成熟。
1.2 国内外的现状与发展趋势
现在计算机控制在污水工艺中很广泛，不过手动人工控制方式仍是大多污水处理控制系统中用的方式。逐渐运用的仪器仪表具有可靠性高、维护方便、检测与分析精确等特点，其中绝大部分是国外的仪器、仪表，所以检测与维护上存在很多问题。随着一些污水处理工艺的进一步完善,自动控制系统逐渐代替了人工方式。但在硬件与软件开发的监控与通讯的研究方面有很多缺陷，从而导致经济运行慢,处理过程缓慢,可以考虑一下国产的设备的设计理念、产品的质量需进一步提高。
我国的在水资源保护和治理方面跟人家外国相比还是有些差距的。一般的废水排放的污染量都没有得到标准的控制就直接被排弃。可以想象到污水中包含的污染物的种类那不是一个多字能形容的，字儿写水被排放污染了人们能够正常饮用的水，危害那得有多大。鉴于此，我国也出台了一些相关的法律，要求污水达标准后才可以排放，以便降低对环境对人类的危害程度。所以国家很多地方都已经鼓励建设或已经建有污水处理厂了，努力去解决污水再利用的问题。
对于美国这个国度来说，国家对水资源的保护工作做的一般是很好的。一般情况下，他们会把水库建设在远离人群多的地方，同时加强了对相邻近地区的一些企业的生产管理。水质问题对人的身体健康和重要，所以水厂里都采用先进的设备，投如成本不少。他们水厂的水质相对来说都会好于我国地表水的二级水质。
互联网控制在现在的污水处理工艺中得到使用，在欧美一些国家的污水处理厂已经应用很广泛,有些地方控制已经进入无人控制模式。像比如美国的爱阿华水厂,在20世纪70年代已经着手自动控制水厂投药的研究工作。此外,莫斯科水厂,东京朝霞水,还采用了电脑控制水厂工艺,达到了更好的效果。在工厂范围内配备了多套电脑,在整个处理过程中,实现多回路控制,包括沉淀、过滤和反冲洗、臭氧处理、化学品输送、泵站等。位于中央控制室的电脑主机,从每个站点收集数据,还配有图表实时显示,曲线趋势,实时监测,报警等。
从目前开看，国家的整体经济水平是很难跟人家发达国家相比的，同时我国还面临着严重水污染问题，所以对污水处理的治理要加强。对于污水污染的问题的解决的措施就是建立以生物处理为主要的设计工艺来作为污水厂的工艺流程。但是目前令国家发难的就是建立太多的污水厂的资金有些困难，同时又缺乏经验和技术等一系列的原因，因此，我国的污水处理发展形势严峻。
不管对什么来说，污水处理系统的社会效益很大的，相反处理工艺的运行花费很大。但是随着国家计算机技术的发展迅速，现在污水厂的控制都会采用计算机。只有这样才会对处理系统实现自动监控管理的技术水平，对污水设备的合理的配置也有现实性。采用了计算机对污水处理的整个系统的各种设备参数的变化都能得到合理及时的监测和实时分析进行合理的优化工艺设施的运行。既安全可靠快速又经济节能，综合性强，可靠性高。
1.3 PLC概述
1.3.1 PLC的发展趋势
可以这么说,PLC开发而形成是以我们电气专业都熟知的继电器为基础的。继电器是一种断路器,通过弱信号的电源信号控制,缺点是控制系统是非常复杂的,很难找到故障。因此对工艺要求发生变化的场合不能应用，为了弥补不足,PLC就产生了。其开发的新补充主要有[3]:①设置更多功能和更专业化方向。不同行业、不同场合中,对PLC的功能需要不会那么的统一，因此迫切需要设计特定功能的PLC来使应用的效率普遍提高。②变化软件系统的规模,能满足各种工业过程控制功能的需要。③PLC控制器功能开发更开放化和标准化。
1 绪论 5
1.1 研究背景 5
1.2 国内外的现状与发展趋势 6
1.3 PLC概述 7
1.3.1 PLC的发展趋势 7
1.3.2 PLC控制器的应用方向 7
1.3.3 PLC的功能 8
1.4 污水处理设施控制系统设计的目的和意义 9
1.5 设计主要思想 9
1.6 本课题的主要研究内容 10
2 污水处理系统介绍 10
2.1 污水处理工艺 10
2.2 活性污泥法的工艺概述 14
3 污水处理设施控制系统总体设计 15
3.1 污水处理设施控制系统设计原则 15
3.2 污水处理控制网络选择 16
3.3 污水处理设施控制系统的方案设计 17
3.3.1 系统构成及功能实现 17
3.3.2 自动控制系统控制模式 19
3.4 污水处理设施控制系统主要硬件设备选型 20
3.4.1 电气控制主电路设计 20
3.4.2 控制设备及仪表选型 22
3.4.3 监控管理级PLC控制主站及三个从站的组态过程 24
4 污水处理系统软件设计 42
4.1 WINCC概述 42
4.2 WINCC系统构成 43
4.3 WINCC监测管理站硬件实现和通信 43
4.4 WINCC软件结构 43
4.5 WINCC监控画面设计 44
4.5.1 WINCC总体流程界 44
4.5.2 预处理参数设置界面 44
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
.5.3生物处理参数设置界面 45
4.5.4 污泥处理参数设置界面 45
5 PID控制器概述 46
5.1 PID控制器的原理 46
5.2 S7-300中的PID模块介绍 46
5.3 PID控制规律及参数整定 48
5.4 PID模糊控制器的设计 51
6 污水处理设施控制系统的近似数学模型 52
7 前景展望 52
结论 56
致谢 57
1 绪论
1.1 研究背景
经济发展使人民生活水平得到更高的改善,但是随之会发生多多少少的不同程度的水污染现象,污水是造成环境的污染源之一。于是，国家必须想到要通过科技手段来缓解环境污染形势尤其是污水处理问题迫在眉睫。因此，采用先进技术污水处理工艺的控制系统当下应该急需做的。本设计的操作过程中用到了变频控制和电气控制等技术内容。这种污水处理系统能够具备高稳定性、高可靠性和高节能性,这在水资源污染严重的今天具有重要的现实意义。纯净水源对人类很重要，可是那特别重的水污染对现在地球可饮用的水资源的影响让人无法想象，对人类的生存产生了重大的影响。
水资源、水环境，是人类生存的基础。工业的发展与人口的增加，引起了各种废水的污染，可饮用水资源出现了紧张。要解决出现的问题，就必须统筹综合考虑水污染治理情况。一般情况下，所有的污水产生后除了被一些在产生废水的过程中的物品带走，还是就是因为物理原因蒸发或汽化而丢失，其余的都会被排放。所以只有想想办法来怎么回收利用这些被排弃的不能直接被利用的废弃的水来解决水资源的严重短缺难题。污水的再生对人类的严重缺水问题缓解会带来不可估计的好处，同时对人类生活环境也有很好的净化和保护作用。但是污水处理工艺的流程比较多而且很繁琐，一来检测难度大。二来系统技术不成熟。
1.2 国内外的现状与发展趋势
现在计算机控制在污水工艺中很广泛，不过手动人工控制方式仍是大多污水处理控制系统中用的方式。逐渐运用的仪器仪表具有可靠性高、维护方便、检测与分析精确等特点，其中绝大部分是国外的仪器、仪表，所以检测与维护上存在很多问题。随着一些污水处理工艺的进一步完善,自动控制系统逐渐代替了人工方式。但在硬件与软件开发的监控与通讯的研究方面有很多缺陷，从而导致经济运行慢,处理过程缓慢,可以考虑一下国产的设备的设计理念、产品的质量需进一步提高。
我国的在水资源保护和治理方面跟人家外国相比还是有些差距的。一般的废水排放的污染量都没有得到标准的控制就直接被排弃。可以想象到污水中包含的污染物的种类那不是一个多字能形容的，字儿写水被排放污染了人们能够正常饮用的水，危害那得有多大。鉴于此，我国也出台了一些相关的法律，要求污水达标准后才可以排放，以便降低对环境对人类的危害程度。所以国家很多地方都已经鼓励建设或已经建有污水处理厂了，努力去解决污水再利用的问题。
对于美国这个国度来说，国家对水资源的保护工作做的一般是很好的。一般情况下，他们会把水库建设在远离人群多的地方，同时加强了对相邻近地区的一些企业的生产管理。水质问题对人的身体健康和重要，所以水厂里都采用先进的设备，投如成本不少。他们水厂的水质相对来说都会好于我国地表水的二级水质。
互联网控制在现在的污水处理工艺中得到使用，在欧美一些国家的污水处理厂已经应用很广泛,有些地方控制已经进入无人控制模式。像比如美国的爱阿华水厂,在20世纪70年代已经着手自动控制水厂投药的研究工作。此外,莫斯科水厂,东京朝霞水,还采用了电脑控制水厂工艺,达到了更好的效果。在工厂范围内配备了多套电脑,在整个处理过程中,实现多回路控制,包括沉淀、过滤和反冲洗、臭氧处理、化学品输送、泵站等。位于中央控制室的电脑主机,从每个站点收集数据,还配有图表实时显示,曲线趋势,实时监测,报警等。
从目前开看，国家的整体经济水平是很难跟人家发达国家相比的，同时我国还面临着严重水污染问题，所以对污水处理的治理要加强。对于污水污染的问题的解决的措施就是建立以生物处理为主要的设计工艺来作为污水厂的工艺流程。但是目前令国家发难的就是建立太多的污水厂的资金有些困难，同时又缺乏经验和技术等一系列的原因，因此，我国的污水处理发展形势严峻。
不管对什么来说，污水处理系统的社会效益很大的，相反处理工艺的运行花费很大。但是随着国家计算机技术的发展迅速，现在污水厂的控制都会采用计算机。只有这样才会对处理系统实现自动监控管理的技术水平，对污水设备的合理的配置也有现实性。采用了计算机对污水处理的整个系统的各种设备参数的变化都能得到合理及时的监测和实时分析进行合理的优化工艺设施的运行。既安全可靠快速又经济节能，综合性强，可靠性高。
1.3 PLC概述
1.3.1 PLC的发展趋势
可以这么说,PLC开发而形成是以我们电气专业都熟知的继电器为基础的。继电器是一种断路器,通过弱信号的电源信号控制,缺点是控制系统是非常复杂的,很难找到故障。因此对工艺要求发生变化的场合不能应用，为了弥补不足,PLC就产生了。其开发的新补充主要有[3]:①设置更多功能和更专业化方向。不同行业、不同场合中,对PLC的功能需要不会那么的统一，因此迫切需要设计特定功能的PLC来使应用的效率普遍提高。②变化软件系统的规模,能满足各种工业过程控制功能的需要。③PLC控制器功能开发更开放化和标准化。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4056.html
