基于plc的污水处理系统设计【字数：13971】
摘 要污水处理是当前经济发展面临的社会问题，直接关系居民生活健康，环境和谐。我国大多数污水处理控制系统处于继电器控制系统，自动化程度不高，安全标准低，管理复杂繁琐，污水处理的成本高。为了解决以上问题，需要对污水处理控制系统进行自动化控制设计，在其改善污水处理过程的基础上，提高了自动化程度，达到系统稳定，优化运行的效果。本污水处理控制系统设计基于西门子S7-300系列可编程控制器，可编程控制器作为控制系统的大脑，按照流程说明分析，对各种外部输入信号按照系统的操作分析结果及程序设计流程，完成系统各项控制功能的实现，通过上位机系统将当前的状态进行显示和参数设定等控制。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的及意义 1
1.2污水处理系统的研究现状 1
1.3污水处理控制系统总体方案确定 2
1.4污水处理控制系统的过程分析 3
第二章 污水处理控制系统的硬件设计 5
2.1可编程控制器的介绍及优点 5
2.2变频器的介绍及选型 6
2.3电动机的选型分析 8
2.4水泵的选型分析 9
2.5低压电气元件的选型 10
2.6可编程控制器的硬件设计及分析 12
2.7污水处理主电路的设计及分析 14
2.8辅助元件的选型分析 15
第三章 污水处理控制系统的软件设计 16
3.1 I/O分配的设计分析 16
3.2控制流程图的设计及分析 17
3.3程序设计及说明 18
第四章 污水处理控制系统的组态设计 22
4.1组态软件的介绍 22
4.2 MCGS在设计中的应用 23
4.3运行调试 28
结束语 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1课题研究的目的及意义
我国大多数污水处理控制系统处于继电器控制系统，自动化程度不高，安全标准低，管理复杂繁琐，污水处理的成本高。对污水处理控制进行PLC系统设计，主要对污水处理的流程进行了详细分析，污水处理工程的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
流程比较复杂，每个部分的处理方法不相同，对于电气控制来说，重点进行流程分析，按照分析进行流程图的设计，确定系统设计方案。
系统设计采用可编程控制器进行程序控制，达到系统控制的目的。在详细了解控制系统要求的基础上，采用可编程控制器进行系统的硬件设计和软件编程调试，通过程序流程的思路和编程技巧达到系统目的。可编程控制器有可靠性能高、抗干扰性强、经济实用、功能完善、体积小巧、扩展性好等优点，是现代工厂控制系统设计的最佳选择。以往的继电器，接触器电路由于接线线路复杂，电器元件使用较多，触点容易老化，故障排查和解决比较困难，可靠性低等缺点，没法满足现代控制系统的使用要求。根据本课题研究的对象，采用可编程控制器进行系统设计，对本人大学学习期间的总结和实战，在认真学习可编程控制器的硬件手册和软件教程的基础上，完成图纸设计及程序编写和调试，达到系统要求。详细了解控制系统设计的步骤和方法，认真学习控制系统的调试思路和仿真方法，为后期的设计工作打下基础。
1.2污水处理系统的研究现状
水污染是环境污染的重要组成，污水的乱排放是造成水体污染的主因，因此为实现经济社会的可持续发展，必须要解决污水处理这一问题。随着近年来工农业的快速发展和人口的不断增加，我国的水污染问题己经引起了国内各界的普遍关注，成为了近年来共同关注的研究课题。污水处理是一项极具紧迫性的课题，它可以最大程度的减缓水体环境恶化，也是能开发新水源的重要途径，在减少经济和资源损失上具有事半功倍的效果，而且污水处理的持续发展是保证水资源减少污染和水资源再生的重要保证。因此，发展污水处理产业在现如今社会可持续发展中具有重要意义。在未来几年，预计我国污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，提出了至2015年要求设置污水处理率不低于60%的目标。因此，未来数年内我国的污水处理产业仍将是社会经济可持续发展的一项重要研究课题。采用先进、实用的技术改造传统控制，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。在这种发展形势下，利用PLC对污水处理自动控制系统进行自动控制，无疑是具有巨大的社会效益、环境效益和经济效益的发展项目。如图11所示。
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图11 现代化污水处理系统
1.3污水处理控制系统总体方案确定
根据系统的控制要求，控制过程可以分为手动控制功能和自动运行功能。在手动控制模式下，每个设备可以单独运行，以测试设备的性能。图12所示。
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图12 控制系统手动控制框图
自动控制系统主要由PLC、变频器、触摸屏、各类泵和传感器构成。如图13所示。
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图13 控制系统自动控制框图
PLC是主控单元，变频运行的各种泵是被控元件，各种传感器是感应变化量变化的元件，触摸屏是显示控制元件，溶解氧仪反馈值的变化是最主要控制参数，控制算法采用的是PID控制，PLC与触摸屏间采用PPI通讯连接。PLC通过溶解氧仪传感器将数据读入PLC的模拟量通道，PLC根据PID算法来控制变频器的输出，调节曝气机电机的转速，以达到设备处理的要求。
1.4污水处理控制系统的过程分析
本系统采用SBR及其改进操作通过控制曝气机的转速来调节污水中的含氧量，其基本组成如图14所示。
图14 工业污水处理组成示意图
（1）进水系统：在进水系统中，主要对通过液位进行设备的控制，当液位差值超过设定值时，将进行清污机的启动；如果该液位差值低于另一个设定值时，将停止运行清污机。
（2）除砂系统：在该系统中，进行液位的检测，当液位差值超过设定值时，将进行清污机的启动；如果该液位差值低于另一个设定值时，将停止运行清污机。沉砂池中的分离机设备的运行和曝气机运行是同步的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的及意义 1
1.2污水处理系统的研究现状 1
1.3污水处理控制系统总体方案确定 2
1.4污水处理控制系统的过程分析 3
第二章 污水处理控制系统的硬件设计 5
2.1可编程控制器的介绍及优点 5
2.2变频器的介绍及选型 6
2.3电动机的选型分析 8
2.4水泵的选型分析 9
2.5低压电气元件的选型 10
2.6可编程控制器的硬件设计及分析 12
2.7污水处理主电路的设计及分析 14
2.8辅助元件的选型分析 15
第三章 污水处理控制系统的软件设计 16
3.1 I/O分配的设计分析 16
3.2控制流程图的设计及分析 17
3.3程序设计及说明 18
第四章 污水处理控制系统的组态设计 22
4.1组态软件的介绍 22
4.2 MCGS在设计中的应用 23
4.3运行调试 28
结束语 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1课题研究的目的及意义
我国大多数污水处理控制系统处于继电器控制系统，自动化程度不高，安全标准低，管理复杂繁琐，污水处理的成本高。对污水处理控制进行PLC系统设计，主要对污水处理的流程进行了详细分析，污水处理工程的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
流程比较复杂，每个部分的处理方法不相同，对于电气控制来说，重点进行流程分析，按照分析进行流程图的设计，确定系统设计方案。
系统设计采用可编程控制器进行程序控制，达到系统控制的目的。在详细了解控制系统要求的基础上，采用可编程控制器进行系统的硬件设计和软件编程调试，通过程序流程的思路和编程技巧达到系统目的。可编程控制器有可靠性能高、抗干扰性强、经济实用、功能完善、体积小巧、扩展性好等优点，是现代工厂控制系统设计的最佳选择。以往的继电器，接触器电路由于接线线路复杂，电器元件使用较多，触点容易老化，故障排查和解决比较困难，可靠性低等缺点，没法满足现代控制系统的使用要求。根据本课题研究的对象，采用可编程控制器进行系统设计，对本人大学学习期间的总结和实战，在认真学习可编程控制器的硬件手册和软件教程的基础上，完成图纸设计及程序编写和调试，达到系统要求。详细了解控制系统设计的步骤和方法，认真学习控制系统的调试思路和仿真方法，为后期的设计工作打下基础。
1.2污水处理系统的研究现状
水污染是环境污染的重要组成，污水的乱排放是造成水体污染的主因，因此为实现经济社会的可持续发展，必须要解决污水处理这一问题。随着近年来工农业的快速发展和人口的不断增加，我国的水污染问题己经引起了国内各界的普遍关注，成为了近年来共同关注的研究课题。污水处理是一项极具紧迫性的课题，它可以最大程度的减缓水体环境恶化，也是能开发新水源的重要途径，在减少经济和资源损失上具有事半功倍的效果，而且污水处理的持续发展是保证水资源减少污染和水资源再生的重要保证。因此，发展污水处理产业在现如今社会可持续发展中具有重要意义。在未来几年，预计我国污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，提出了至2015年要求设置污水处理率不低于60%的目标。因此，未来数年内我国的污水处理产业仍将是社会经济可持续发展的一项重要研究课题。采用先进、实用的技术改造传统控制，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。在这种发展形势下，利用PLC对污水处理自动控制系统进行自动控制，无疑是具有巨大的社会效益、环境效益和经济效益的发展项目。如图11所示。
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图11 现代化污水处理系统
1.3污水处理控制系统总体方案确定
根据系统的控制要求，控制过程可以分为手动控制功能和自动运行功能。在手动控制模式下，每个设备可以单独运行，以测试设备的性能。图12所示。
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图12 控制系统手动控制框图
自动控制系统主要由PLC、变频器、触摸屏、各类泵和传感器构成。如图13所示。
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图13 控制系统自动控制框图
PLC是主控单元，变频运行的各种泵是被控元件，各种传感器是感应变化量变化的元件，触摸屏是显示控制元件，溶解氧仪反馈值的变化是最主要控制参数，控制算法采用的是PID控制，PLC与触摸屏间采用PPI通讯连接。PLC通过溶解氧仪传感器将数据读入PLC的模拟量通道，PLC根据PID算法来控制变频器的输出，调节曝气机电机的转速，以达到设备处理的要求。
1.4污水处理控制系统的过程分析
本系统采用SBR及其改进操作通过控制曝气机的转速来调节污水中的含氧量，其基本组成如图14所示。
图14 工业污水处理组成示意图
（1）进水系统：在进水系统中，主要对通过液位进行设备的控制，当液位差值超过设定值时，将进行清污机的启动；如果该液位差值低于另一个设定值时，将停止运行清污机。
（2）除砂系统：在该系统中，进行液位的检测，当液位差值超过设定值时，将进行清污机的启动；如果该液位差值低于另一个设定值时，将停止运行清污机。沉砂池中的分离机设备的运行和曝气机运行是同步的。
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