污水处理厂沉淀池、V型滤池控制系统设计
污水处理厂沉淀池、V型滤池控制系统设计[20200211151608]
摘 要
随着人们的生活水平的提高和经济的高速发展，水污染问题越来越得到人们的重视，一方面人们在迫切地需要水资源解决日常生活，另一方面人们又无时无刻不在产生污水。提高污水处理系统自动化程度和运行效率已经成为现代社会的一个重要任务。
本设计以某城市污水处理厂为工程实际背景，运用西门子S7-300 PLC和组态软件WinCC构建“下位机控制、上位机监控”的控制系统。根据污水处理系统絮凝沉淀池、V型滤池的工艺流程和控制要求，对构建系统所需的硬件进行合理地选型。PLC控制程序采用结构化设计方法，FB1、FB2、FB3等多个功能块实现了对絮凝沉淀池运行、V型滤池过滤和反冲洗过程的控制。本课题运用PID控制算法对污水进水流量进行实时控制，保证了污水处理效果。上位机运用西门子公司生产的WinCC软件设计了启动、絮凝沉淀池、V型滤池、PID、报警报表等多个画面，实时地对系统进行监控。此外各画面运用动态连接的方法，设计了相应的动画连接，使整个系统的运行界面更加生动、形象与直观。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:污水处理沉淀池V型滤池S7-300PLCWinCCPID
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题背景和意义 1
1.2 国内研究及应用现状 1
1.2.1 污水处理絮凝沉淀池和V型滤池研究及应用现状 1
1.2.2 PLC研究及应用现状 1
1.2.3 组态软件研究及应用现状 2
1.3 本论文主要工作 2
2. 系统总体结构及硬件设计 3
2.1 污水处理工艺絮凝沉淀池、V型滤池工艺过程分析 3
2.1.1 絮凝沉淀池工作过程 3
2.1.2 V型滤池工作过程 3
2.2 系统总体结构设计 5
2.3 硬件系统设计 6
2.3.1 PLC及I/O模块选型 6
2.3.2 流量计、液位计及变频器选型 7
2.3.3 系统总体硬件接线图设计 8
2.3.4 系统控制主电路设计 9
3. 控制算法设计及实现 11
3.1 PID控制算法 11
3.2 连续PID控制器FB41 11
3.3 PID控制程序设计 13
3.3.1 流量闭环控制结构设计 13
3.3.2 流量控制程序结构设计 13
3.3.3 PID程序设计 14
4. 下位机S7-300 PLC控制系统设计 17
4.1 西门子S7-300 PLC 系统概述 17
4.2 PLC控制系统的设计 17
4.2.1 硬件组态 17
4.2.2 程序结构设计 17
4.2.3 I/O端口分配 18
4.3 絮凝沉淀池和V型滤池控制系统程序设计 20
4.3.1 絮凝沉淀池、V型滤池总流程图设计 20
4.3.2 絮凝沉淀池、V型滤池程序设计 21
4.3.3 反冲洗泵房鼓风机程序设计 23
4.3.3 反冲洗泵房水泵程序设计 25
5. 上位机监控软件系统设计 28
5.1 组态软件WinCC的概述 28
5.2 建立项目 28
5.3 系统人机界面设计 29
5.4 创建动态连接 31
5.4.1 动态闪烁设计 32
5.4.2 动态水流的设计 32
6. 系统调试 36
6.1 PLC程序调试 36
6.2 WinCC监控系统调试运行 38
6.2.1 PID参数整定 38
6.2.2 报警和报表系统调试 39
7. 总结与展望 41
7.1 总结 41
7.2 展望 41
参考文献 42
附 录 43
附录一 PLC各块部分程序 43
致 谢 49
1. 绪论
1.1 课题背景和意义
随着中国城市化、工业化进程的加速，中国对水资源的依赖程度越来越大，这样就造成了我国是一个严重缺水的国家。水资源问题已成为制约我国科学发展的突出问题。一方面我们社会发展，人民生活需要用洁净的水，另一方面我们又无时无刻在产生污水，而且污水的成分和性质也在发生着巨大的变化，大量的化学物品和重金属元素融入在污水中，威胁人民的健康安全。目前在国内大多数城市都建有污水处理厂，用于处理工业和生活污水，有效地缓解水资源紧张的问题。
科学技术的快速发展，特别是计算机、自动化技术的进步，污水处理行业自动化得到迅速发展。我国也已建设一些符合我国国情的污水自动处理系统，同时也引进了一些国外先进的污水处理技术，特别是V型滤池的引进和推广，使得污水处理出水水质得到进一步的提高，这对我国建立可持续发展社会具有重要的意义。
1.2 国内研究及应用现状
1.2.1 污水处理絮凝沉淀池和V型滤池研究及应用现状
目前在我国很多污水处理厂，平流沉淀池是使用最广的沉淀池，平流沉淀池的出水浊度控制比较低，要想进一步提高它的去除率，必须耗费更多的混凝剂，这样大大增加了成本。近年来国家对污水处理质量要求越来越高，按照最新水质标准的要求，上个世纪九十年代以前的传统污水处理系统是难以达到国家标准的。絮凝沉淀池是中国从国外引进来的一种新型污水沉淀池，它主要采用池外泥渣回流的方式和投加高分子絮凝剂，使得污泥快速集聚，去除率比平流沉淀池有了很大的提高，而且药剂利用率明显优于平流沉淀池，有效减低成本。高密度絮凝沉淀池的引进大大增强了我国的污水的处理能力。
近年来一些发达国家使用高效滤池进行污水处理，国内逐渐意识到要想使污水处理满足最新水质标准要求，必须从国外引进新的净水技术。如从国外引进了V型滤池等先进工艺技术，收到了良好的污水处理效果，标志着我国污水处理工程新时代的到来，现在V型滤池已经广泛应用在我国的污水处理行业。
1.2.2 PLC研究及应用现状
我国现阶段企业的自动化程度普遍较低，如机械行业大部分设备仍采用西方发达国家早就淘汰掉的继电器和接触器进行控制。让人欣喜的是，在国家积极地引导与推广下，我国大中型企业普遍采用了比较先进的自动化系统进行生产，与此同时越来越多的小型企业也逐步采用经济实用的自动化产品对生产过程进行控制，与传统生产工艺相比，运用PLC控制生产流程明显提高了生产效率与产品的竞争力。
我国在“十五”规划中明确提出了“用信息化带动工业化”的发展方针，大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供巨大的发展空间。国内成长较快的自动化公司应当抓住这次宝贵的机会，大力发展PLC业务，争取早日实现国产PLC的普及化，为我们民族企业争光。
1.2.3 组态软件研究及应用现状
随着计算机在工业领域的广泛应用，各种软件和硬件也得到快速发展，人们对自动化的要求也越来越高。组态软件WinCC是世界上第一个集成的人机界面软件系统。WinCC将应用程序的现代体系结构与使用方便的图形设计程序结合在一起，提供了适用于工业的图形显示、消息报警、过程值归档以及报表打印等模块，具有高性能的过程耦合、快速的画面更新和可靠的数据管理功能，很方便地建立起完整的过程监控解决方案。
1.3 本论文主要工作
本课题以生活污水处理过程为工程背景，运用西门子S7-300 PLC作为主控制器，结合西门子公司的组态软件WinCC7.0构建了“下位机控制，上位机监控”的污水控制系统。本论文工作包含以下几个方面。
（1）控制系统总体方案的设计
论文首先分析了污水处理系统絮凝沉淀池、V型滤池的工艺流程，在此基础上，设计了控制系统总体方案，对PLC、DI/DO、AI/AO、变频器、流量计、液位计等所需硬件进行选型，完成PLC与硬件间的接线设计。
（2）下位机PLC控制系统设计
根据絮凝沉淀池、V型滤池的工艺流程，运用PLC 编程实现对整个污水处理系统的逻辑控制。采用结构化程序设计方法，分别实现鼓风机、反冲洗水泵、絮凝沉淀池和V型滤池等阀门的控制，整个程序设计层次清晰、方面阅读与检查修改，实现了具有一定的工程应用价值的目的。
（3）上位机WinCC监控系统设计
摘 要
随着人们的生活水平的提高和经济的高速发展，水污染问题越来越得到人们的重视，一方面人们在迫切地需要水资源解决日常生活，另一方面人们又无时无刻不在产生污水。提高污水处理系统自动化程度和运行效率已经成为现代社会的一个重要任务。
本设计以某城市污水处理厂为工程实际背景，运用西门子S7-300 PLC和组态软件WinCC构建“下位机控制、上位机监控”的控制系统。根据污水处理系统絮凝沉淀池、V型滤池的工艺流程和控制要求，对构建系统所需的硬件进行合理地选型。PLC控制程序采用结构化设计方法，FB1、FB2、FB3等多个功能块实现了对絮凝沉淀池运行、V型滤池过滤和反冲洗过程的控制。本课题运用PID控制算法对污水进水流量进行实时控制，保证了污水处理效果。上位机运用西门子公司生产的WinCC软件设计了启动、絮凝沉淀池、V型滤池、PID、报警报表等多个画面，实时地对系统进行监控。此外各画面运用动态连接的方法，设计了相应的动画连接，使整个系统的运行界面更加生动、形象与直观。
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关键字:污水处理沉淀池V型滤池S7-300PLCWinCCPID
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题背景和意义 1
1.2 国内研究及应用现状 1
1.2.1 污水处理絮凝沉淀池和V型滤池研究及应用现状 1
1.2.2 PLC研究及应用现状 1
1.2.3 组态软件研究及应用现状 2
1.3 本论文主要工作 2
2. 系统总体结构及硬件设计 3
2.1 污水处理工艺絮凝沉淀池、V型滤池工艺过程分析 3
2.1.1 絮凝沉淀池工作过程 3
2.1.2 V型滤池工作过程 3
2.2 系统总体结构设计 5
2.3 硬件系统设计 6
2.3.1 PLC及I/O模块选型 6
2.3.2 流量计、液位计及变频器选型 7
2.3.3 系统总体硬件接线图设计 8
2.3.4 系统控制主电路设计 9
3. 控制算法设计及实现 11
3.1 PID控制算法 11
3.2 连续PID控制器FB41 11
3.3 PID控制程序设计 13
3.3.1 流量闭环控制结构设计 13
3.3.2 流量控制程序结构设计 13
3.3.3 PID程序设计 14
4. 下位机S7-300 PLC控制系统设计 17
4.1 西门子S7-300 PLC 系统概述 17
4.2 PLC控制系统的设计 17
4.2.1 硬件组态 17
4.2.2 程序结构设计 17
4.2.3 I/O端口分配 18
4.3 絮凝沉淀池和V型滤池控制系统程序设计 20
4.3.1 絮凝沉淀池、V型滤池总流程图设计 20
4.3.2 絮凝沉淀池、V型滤池程序设计 21
4.3.3 反冲洗泵房鼓风机程序设计 23
4.3.3 反冲洗泵房水泵程序设计 25
5. 上位机监控软件系统设计 28
5.1 组态软件WinCC的概述 28
5.2 建立项目 28
5.3 系统人机界面设计 29
5.4 创建动态连接 31
5.4.1 动态闪烁设计 32
5.4.2 动态水流的设计 32
6. 系统调试 36
6.1 PLC程序调试 36
6.2 WinCC监控系统调试运行 38
6.2.1 PID参数整定 38
6.2.2 报警和报表系统调试 39
7. 总结与展望 41
7.1 总结 41
7.2 展望 41
参考文献 42
附 录 43
附录一 PLC各块部分程序 43
致 谢 49
1. 绪论
1.1 课题背景和意义
随着中国城市化、工业化进程的加速，中国对水资源的依赖程度越来越大，这样就造成了我国是一个严重缺水的国家。水资源问题已成为制约我国科学发展的突出问题。一方面我们社会发展，人民生活需要用洁净的水，另一方面我们又无时无刻在产生污水，而且污水的成分和性质也在发生着巨大的变化，大量的化学物品和重金属元素融入在污水中，威胁人民的健康安全。目前在国内大多数城市都建有污水处理厂，用于处理工业和生活污水，有效地缓解水资源紧张的问题。
科学技术的快速发展，特别是计算机、自动化技术的进步，污水处理行业自动化得到迅速发展。我国也已建设一些符合我国国情的污水自动处理系统，同时也引进了一些国外先进的污水处理技术，特别是V型滤池的引进和推广，使得污水处理出水水质得到进一步的提高，这对我国建立可持续发展社会具有重要的意义。
1.2 国内研究及应用现状
1.2.1 污水处理絮凝沉淀池和V型滤池研究及应用现状
目前在我国很多污水处理厂，平流沉淀池是使用最广的沉淀池，平流沉淀池的出水浊度控制比较低，要想进一步提高它的去除率，必须耗费更多的混凝剂，这样大大增加了成本。近年来国家对污水处理质量要求越来越高，按照最新水质标准的要求，上个世纪九十年代以前的传统污水处理系统是难以达到国家标准的。絮凝沉淀池是中国从国外引进来的一种新型污水沉淀池，它主要采用池外泥渣回流的方式和投加高分子絮凝剂，使得污泥快速集聚，去除率比平流沉淀池有了很大的提高，而且药剂利用率明显优于平流沉淀池，有效减低成本。高密度絮凝沉淀池的引进大大增强了我国的污水的处理能力。
近年来一些发达国家使用高效滤池进行污水处理，国内逐渐意识到要想使污水处理满足最新水质标准要求，必须从国外引进新的净水技术。如从国外引进了V型滤池等先进工艺技术，收到了良好的污水处理效果，标志着我国污水处理工程新时代的到来，现在V型滤池已经广泛应用在我国的污水处理行业。
1.2.2 PLC研究及应用现状
我国现阶段企业的自动化程度普遍较低，如机械行业大部分设备仍采用西方发达国家早就淘汰掉的继电器和接触器进行控制。让人欣喜的是，在国家积极地引导与推广下，我国大中型企业普遍采用了比较先进的自动化系统进行生产，与此同时越来越多的小型企业也逐步采用经济实用的自动化产品对生产过程进行控制，与传统生产工艺相比，运用PLC控制生产流程明显提高了生产效率与产品的竞争力。
我国在“十五”规划中明确提出了“用信息化带动工业化”的发展方针，大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供巨大的发展空间。国内成长较快的自动化公司应当抓住这次宝贵的机会，大力发展PLC业务，争取早日实现国产PLC的普及化，为我们民族企业争光。
1.2.3 组态软件研究及应用现状
随着计算机在工业领域的广泛应用，各种软件和硬件也得到快速发展，人们对自动化的要求也越来越高。组态软件WinCC是世界上第一个集成的人机界面软件系统。WinCC将应用程序的现代体系结构与使用方便的图形设计程序结合在一起，提供了适用于工业的图形显示、消息报警、过程值归档以及报表打印等模块，具有高性能的过程耦合、快速的画面更新和可靠的数据管理功能，很方便地建立起完整的过程监控解决方案。
1.3 本论文主要工作
本课题以生活污水处理过程为工程背景，运用西门子S7-300 PLC作为主控制器，结合西门子公司的组态软件WinCC7.0构建了“下位机控制，上位机监控”的污水控制系统。本论文工作包含以下几个方面。
（1）控制系统总体方案的设计
论文首先分析了污水处理系统絮凝沉淀池、V型滤池的工艺流程，在此基础上，设计了控制系统总体方案，对PLC、DI/DO、AI/AO、变频器、流量计、液位计等所需硬件进行选型，完成PLC与硬件间的接线设计。
（2）下位机PLC控制系统设计
根据絮凝沉淀池、V型滤池的工艺流程，运用PLC 编程实现对整个污水处理系统的逻辑控制。采用结构化程序设计方法，分别实现鼓风机、反冲洗水泵、絮凝沉淀池和V型滤池等阀门的控制，整个程序设计层次清晰、方面阅读与检查修改，实现了具有一定的工程应用价值的目的。
（3）上位机WinCC监控系统设计
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