污水在线检测论文

目 录1 污水处理工艺流程 11.1工艺流程图 11.2 对工艺流程的阐述 21.3 主要设备的组成及控制方式 31.3.1主要设备 31.3.2设备控制方式 31.4 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制 41.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制 41.6 脱水机房 51.7 PLC控制系统 51.7.1 PLC控制系统的基本构成及功能 61.7.2 网络结构 61.7.3 上位机组态功能 61.8 系统构成及其布局 72 污水处理中的PLC 82.1 概述 82.1.1 设计范围 82.1.2 PLC设计综述 82.2 PLC在污水处理中的部分运用 92.2.1中央控制室 92.2.2 控制网络系统 102.2.3 分现场生产过程PLC控制系统 112.2.4 厂级管理PLC系统 142.3 PLC设备及仪表选型 142.4 仪表的动力要求 172.5主要PLC设备表及其说明 172.6 PLC具体配置情况 192.7 监控系统的软件部分 213 PLC设计 213.1 PLC简介 213.2 PLC构成的控制系统 223.3 控制软件 253.4 对污水处理系统中两个PLC子站的控制程序进行设计 273.4.1对5#PLC子站皮带运输机的控制程序设计 273.5 系统的性能分析� 313.6 PLC设计小结 324 总结 33参考文献 33致谢 34附录 34

来自《计算机工程应用技术》污水处理自动控制系统的设计何宇锋( 西南科技大学国有资产管理处, 四川绵阳621010)摘要: 介绍了一个污水处理自动控制系统的设计, 首先介绍了污水处理工艺流程, 然后对污水处理自动控制系统进行设计, 最后对控制系统的软件进行了开发。关键词: 污水处理系统; 自动控制; PLC中图分类号: TP273 文献标识码: A 文章编号: 1009- 3044(2008)10- 20180- 03The Design of Automatic Controlling System in Wastewater Tr eatmentHE Yu- feng(Southwest University of Science and Technology,Management Section of State Assets,Mianyang 621010,China)Abstr act:This paper designed a Automatic Controlling System in Wastewater treatment.Firstly, it introduced the sewage treatment technique'selection, Secondly, it analyzed detailedly the design of Automatic Controlling System in Wastewater Treatment, in the end it discussedon the software of sewage treatment control system .Key words:sewage treatment control system;Automatic Controlling;PLC随着现代工业和城市建设的发展, 我国水污染问题日趋严重; 同时我国是一个水资源极其匾乏的国家, 水污染严重和水资源的短缺已经成为严重制约我国社会经济持续发展、影响人民生活和身体健康的突出问题。因此建设污水处理自动控制系统对改善环境、建立可持续发展社会、繁荣经济都具有重要意义。1 污水处理工艺流程按处理程度, 污水处理一般可划分为预处理、一级处理、二级处理、深度处理和污泥处理及处置。其中, 预处理主要包括: 粗格栅、细格栅、沉砂池; 一级处理主要包括: 初沉池; 二级处理主要包括: 生物滤池、曝气池和二沉池; 深度处理: 常用的工艺有混凝沉淀和过滤。污泥处理主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或卫生填埋。通过对需求进行详细的调研, 决定污水处理工艺流程应包括粗格栅、沉砂池、细格栅、初沉池、生物滤池、提升泵房、曝气池、二沉池等, 结构图如图1 所示:图1 污水处理工艺流程图2 控制系统设计污水处理系统控制对象既有开关量又有模拟量, 既有开环控制又有闭环控制; 在系统运行期间有大量的参数需要加以检测和控制, 通过综合考虑, 决定采用图2 所示的控制系统。系统包括两套CPU412 控制器, 三条通讯链路, 即主系统与从站通讯链路( PROFIBUS1) 、备用系统与从站通讯链路( PROFIBUS2) 、主系统与备用系统的数据同步通讯链路(MPI 或PROFIBUS 或Ethernet) 。三个ET200M 从站, 每个从站包括两个IM153- 2 接口模块和若干个I/O 模块。工程师站通过上位机监控软件实现对全厂设备的监控、水质数据记录、生产报表等功能; 自动控制柜是整个自动控制系统的核心部分, 整个污水厂设备的工艺控制、逻辑判断、在线检测仪表数据的采集以及控制站之间的通信都是通过自动控制柜来完成, 自动控制柜中最重要的设备是PLC; 工程师站所需要的数据主要由自动控制柜中的PLC 通过工业以太网传递过来, 而工程师站完成对现场设备的控制也是通过对PLC 中相应设备的程序地址写值来实现。工程师站要完成控制功能只能向PLC 发送相应的命令, 然后由PLC 判断此时是否应该执行此控制, 条件成立则执行, 否则向工程师站发出拒绝。自动控制系统的功能主要是由PLC 来完成,即使网络发生故障, PLC 也可以按照实现编好的程序进行控制。2.1 PLC 控制系统硬件介绍可编程逻辑控制器( Programmable Logic Controller, PLC) 是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计, 它采用了可编程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字式和模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。收稿日期: 2008- 02- 28作者简介: 何宇锋( 1977- ) , 男, 四川绵阳人, 助教, 工学学士, 主要研究方向: 计算机应用。180本栏目责任编辑: 贾薇薇计算机工程应用技术根据对控制系统工艺特点和现场生产的条件, 本系统采用了S7- 400 PLC 作为主站, 从站采用有源底板总线的方式将各模块从物理上和电气上连接起来, 每块信号模块都带有总线连接器。安装时先将有源底板装入导轨, 然后依次将各模块插入, 最后将这组模块固定在导轨上。2.1.1 中央处理器CPU412- 2DPS7- 400 有7 种不同类型的CPU, 分别适用于不同等级的控制要求。本系统考虑可靠性以及项目成本, 使用了CPU412- 2DP, 该CPU 模块集成了MPI 和PROFIBUS- DP 接口, MPI 可以连接计算机、操作面板和其他的S7- 400 或者300 控制器。2.1.2 通讯模块CP443- 1用于将SIMATIC S7- 400 连接到以太网上, 是工业以太网总线系统的通讯处理器, 具有独立处理经过工业以太网的数据业务。它有自己的微处理器, 因而能减轻CPU 的通讯任务和进一步的连续扩展。2.1.3 ET200M 通讯模块ET200M 是多通道模块化的分布式I/O, 采用S7- 300 全系列模块, 最多可扩展8 个模块, 可以连接256 个I/O 通道。2.1.4 32 路开关量输入模块SM321 DI×32 DC12V数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器, 例如二线式光电开关和接近开关等。2.1.5 数字量输出模块SM322 DO×32 DC24VSM322 数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电机、电动机启动器等负载。2.1.6 模拟量输入模块模拟量输入模块用于将模拟量信号转换CPU 内部处理用的数字信号, 其主要组成部分是A/D 转换器。2.1.7 模拟量输出模块模拟量输出模块用于将CPU 送给它的数字信号转换成为比例的电流信号或者电压信号, 对执行机构进行调节或控制, 其主要组成部分是D/A 转换器。2.1.8 电源模块PS407 4A 和电源模块PS307 5A电源模块通过背板总线向S7- 300/400 模块提供DC5V 和DC24V 电源。3 软件设计控制系统的软件开发包括下位机PLC 程序设计和上位机监控界面的开发。PLC 程序设计与开发是在编程软件STEP7 环境下实现的, 主要完成系统工艺的控制要求。3.1 PLC 控制程序的开发3.1.1 PLC 的工作原理PLC 的工作过程可分为建立I/0 映像区、循环扫描。I/O 映像区的大小由用户程序确定, 对于系统的每一个输入或输出点总有输入或输出映像区的某一位与之对应, PLC 在执行用户程序时所需要的外部信息取自于I/O 映像区, 而不直接与外部设备发生关系。I/O 映像区的建立, 使PLC 工作时只和有关地址单元内所存信息状态发生关系, 系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态。PLC 上电后在系统程序的监控下, 周而复始地按规定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行, 用户程序执行、输入/输出信息处理。3.1.2 PLC 控制程序开发下位机是整个控制系统的核心部分, 负责完成所有的控制功能和现场数据采集功能。控制器控制程序编制的好坏, 直接影响到控制速度和控制效果, 也同时将影响到以后的维护工作。按照污水处理的工艺流程, 将程序分成若干个子程序模块和公用子程序模块, 各个工艺段之间的控制程序互相不影响, 独立运行, 各模块相互独立, 分别控制着某一操作单元, 各操作单元有自动与手动两种运行方式, 当某一操作单元选用手动时, 相应的程序模块不予运行, 这样, 当某一单元操作出现故障时, 可及时从整个系统中脱离,增加了系统的可靠性。PLC 控制程序的算法如下:(1)首先, 判断粗格栅是否自动控制, 若为自动控制, 则执行粗格栅自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(2)判断沉砂池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行沉砂池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;图2 控制系统硬件结构图181电脑知识与技术计算机工程应用技术本栏目责任编辑: 贾薇薇( 上接第172 页)示波器的红线接在VGA 发射口的1 脚, 黑线既接地线接在VGA 口的10 脚, 把SW[17]置1 状态, SW[1], SW[0]最好置0 态, 下载POF 文件后, 就可用示波器观察波形, 出来的应该是1M左右的调制波形。可能由于信息采集过快, 眼睛无法看到采集的趋势。实验还做了个400HZ 的信号, 用1M的载波来进行调制, 来验证该试验能否成功, 400HZ 的载波产生类似1M载波的产生方法, 然后两者进行调制, 调制公式为: VGA_R=(SINE*((MOD_OUT+256)<<1))>>10;SINE 是1M载波输出口, MOD_OUT 是400HZ 的要调制信号,用示波器观察输出的波形即可。该观察到的调制波形如下:图2 调制波形参考文献:[1] 夏宇闻.Verilog 数字系统设计教程[M].北京: 北京航空航天大学出版社,2003.[2] 王冠,黄熙,王鹰.Verilog HDL 与数字电路设计[M].北京:机械工业出版社,2005.[3] Michael John Sebastian Smith.Application- Specific Integrated Circuits[M].电子工业出版社,2004.[4] 谢永瑞.VLSI 概论[M].北京:清华大学出版社,2002.[5] 阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2002.[6] 褚振勇,翁木云.FPGA 设计与应用[M].西安: 西安电子科技大学出版社,2002.[7] 徐欣.基于FPGA的嵌入式系统设计[M].北京: 清华大学出版社,2004.(3)判断细格栅是否自动控制, 若为自动控制, 则执行细格栅自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(4)判断初沉池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行初沉池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(5)判断生物滤池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行生物滤池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(6)判断提升泵房是否自动控制, 若为自动控制, 则执行提升泵房自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(7)判断曝气池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行曝气池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;(8)判断二沉池是否自动控制, 若为自动控制, 则执行二沉池自动控制程序, 否则, 则执行手动控制;3.2 上位机监控软件开发上位机监控界面采用组态软件WinCC 进行开发, 完成对系统现场数据的采集以及控制工艺流程的实时监控。西门子视窗控制中心SIEMENS WinCC 是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统。WinCC 提供各种PLC 驱动程序, 因此使PLC 与上位机联接变得非常容易。由于监控系统要求覆盖几乎整个工艺流程, 因此在结构规划时紧紧围绕合理地安排信息反映形式, 既要实现所有的功能模块又要保证监控系统的安全可靠运行。根据污水处理厂的自身工艺和控制系统对上位机软件的要求, 上位机监控软件主要由登录管理模块、预测模块、监控界面、趋势、报警、报表、数据库、系统帮助等模块组成。4 结语污水处理是一项紧迫性的任务, 它可以避免环境恶化和更大的经济与资源损失, 污水处理自动控制系统是保证水资源长期不受污染和水资源持续再生的重要保证。因此, 对污水处理自动控制技术的研究具有极其重要的现实意义。参考文献:[1] 徐新阳,等.污水处理工程设计[M].北京:化学工业出版社,2003.[2] 廖常初.57- 300/400 PLC 应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.[3] 苏昆哲,等.深入浅出西门子WinCC V6[M].北