PLC控制的中水回用處理系統設計

1、緒論1第1章基于PLC的污水處理控制系統的方案論證41.1基于PLC的污水處理系統的設計方案41.2基于PLC的污水處理系統的方案論證5第2章系統的硬件組成及其電路設計82.1可編程控制器（PLC的選擇8.2.2PLC的選擇82.3傳感器的選擇92.3.1液位傳感器的選擇92.3.2溫度傳感器的選擇112.3.3流量傳感器的選擇132.3.4酸堿度傳感器的選擇142.3.5溶解氧測定儀的選擇162.3.6變頻器的選擇172.4電機控制電路1.9.第3章基于PLC的污水處理控制系統的軟件設計223.1部分系統流程圖22.3.2上位機監(jiān)控系統24.3.3基于PLC的污水處理控制系統流程圖26.第4

2、章PLC控制的程序設計274.1程序設計的原則27.4.2控制系統的I/O點及地址分配27.4.3PLCI/O接線圖.30.4.4PLC控制程序程序說明31第5章監(jiān)控程序的軟件設計355.1組態(tài)軟件簡介.組態(tài)軟件的選擇355.1.2世紀星組態(tài)軟件簡介355.1.3世紀星軟件組成355.2組態(tài)畫面的具體設計365.2.1組態(tài)圖形界面的設計365.2.2組態(tài)的變量設計375.2.3應用程序命令語言編輯38結論40參考文獻41致談日42摘要水污染是我國城市面臨的嚴重問題，它不僅危害人民的身體健康，更制約著我國經濟的發(fā)展，破壞了生態(tài)平衡，并容易導致水荒的發(fā)生。中國水資源

3、人均占有量少，空間分布不平衡。隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。因此，中水回用目前與自來水生產、供水、排水、處于同等重要地位。針對現階段我國污水處理廠的計算機管理和自動控制系統水平較低，污水廠的正常運行率和出水合格率不高，利用PLC與流量計、PH計、溫度計和液位計組成污水處理控制系統，通過以太網實現上位機監(jiān)控，對生產和生活過程中產生的廢水進行凈化、中和以及生化氧化等處理，使其最終達到“中水”的排放標準。由于應用軟件控制代替了硬件控制，不僅提高了污水處理廠的正常運行率，而且為自動化控制的順利實現創(chuàng)造了條件。本設計介紹了PLC在污水處理系統中的應用及PLC控制系統的配置和控

4、制方式，并對PLC和上位機組成的控制系統的主要功能進行了敘述，從而實現污水處理正果過程的實時監(jiān)測和自動控制。設計中運用了溫度傳感器、液位傳感器、流量傳感器和酸堿度傳感器來采集信號，經PLC處理分析后分別控制各水泵、風機和閥門的啟停與開關，從而實現了生產過程的自動化。關鍵詞：PLC;污水處理；中水回用；傳感器；組態(tài)軟件AbstractAbstractWaterpollutionisaseriousproblemfacedbyourcity,ItisnotonlyharmfultopeopleshealthbutalsoRestrictChinaseconomicdevelopmentsdestr

5、oyedtheecologicalbalance,andeasilyleadtowatershortagesfromoccurringheChinesewaterresourcesaverageamountpercapitaarefew,thespatialdistributionisnotbalanced.AlongwiththeChineseurbanization,theindustrializationacceleration,thewaterresourcesdemandgapalsodaybydayincreases.Therefore,Sewagetreatmentandrunn

6、ingwaterproduction、watersupplying、drainingwaterandthewatersalescommissionisattheequallyimportantpositionnow.ForthelowlevelofcomputermanagementandautomaticcontrolsystemofthepresentstageofChinassewagetreatmentplants,andthelowrateofthenormaloperationofwastewatertreatment,usingPLCandflowmeter,PHmeter,le

7、velmeterthermometerandcompositionoftheindustrialsewagetreatmentcontrolsystem,monitoringbytheEthernet.Especiallyfortheindustrialwastewaterproducedbythefactory,byneutralizationandbiochemicaloxidationprocessing,thesystemwillpurifythewater,makingituptotheemissionstandard.Insteadofhardwarecontrol,softwar

8、econtrolcanimprovetherateofthenormaloperation,andcreatetheconditionsforthesmoothrealizationoftheautomaticcontrol.ThisdesignintroducedPLCinsewagetreatmentsystemsapplicationandthePLCcontrolsystemsdispositionandthecontrolmode,andhascarriedonthenarrationtoPLCandthesuperiormachinecompositionscontrolsyste

9、msmajorfunction,thusrealizesthesewagetreatmentfruitsofvirtueprocessreal-timemonitorandtheautomaticcontrol.Inthedesignhasutilizedthetemperaturesensor,thefluidpositionsensor,theflowsensorandthepotentialofhydrogensensorgathersthesignal,afterPLCprocessinganalysiscontrolsvariouswaterpumps,theairblowerand

10、thevalveseparatelyopensstopswiththeswitch,thushasrealizedtheproductionprocessautomation.Keywords:PLC;Sewagetreatment;Sensor;Configurationsoftware緒論1.污水處理的背景地球雖然有70.8%的面積為水所覆蓋，但淡水資源卻極其有限，人類真正能夠利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，僅占地球總水量的0.26%,而且分布不均。20世紀50年代以后，全球人口急劇增長，工業(yè)發(fā)展迅速。全球水資源狀況迅速惡化，“水危機”日趨嚴重。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度

11、擴大；另一方面，日益嚴重的水污染蠶食大量可供消費的水資源。全世界每天約有200噸垃圾倒進河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染8升淡水；所有流經亞洲城市的河流均被污染；美國40%的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲55條河流中僅有5條水質差強人意。20世紀，世界人口增加了兩倍，而人類用水增加了5倍。世界上許多國家正面臨水資源危機：12億人用水短缺，30億人缺乏用水衛(wèi)生設施。水污染是我國城市面臨的嚴重問題，它不僅危害人民的身體健康，更制約著我國經濟的發(fā)展，破壞了生態(tài)平衡，并容易導致水荒的發(fā)生。中國水資源人均占有量少，空間分布不平衡。隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日

12、益增大。因此，污水處理目前與自來水生產、供水、排水、中水回用處于同等重要地位2 .我國污水處理的發(fā)展現狀雖然由于國家和各級政府對環(huán)境保護重視程度的不斷提高，中國污水處理行業(yè)正在快速增長，污水處理總量逐年增加，城鎮(zhèn)污水處理率不斷提高。但目前中國污水處理行業(yè)仍處于發(fā)展的初級階段。一方面，中國目前的污水處理能力尚跟不上用水規(guī)模的迅速擴張，管網、污泥處理等配套設施建設嚴重滯后。另一方面，中國的污水處理率與發(fā)達國家相比，還存在著明顯的差距，且處理設施的負荷率低。因此中國應完善污水處理的政策法規(guī)，建立監(jiān)管體制，創(chuàng)建合理的污水處理收費體系，扶植國內環(huán)保產業(yè)發(fā)展，推進污水處理行業(yè)的產業(yè)化和市場化。污水處理行業(yè)

13、是一個朝陽產業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。中國將在“十一五”期間投資3000億元以推進城市污水處理和利用，中國污水處理行業(yè)由此迎來高速發(fā)展期。從總體上看，我國污水處理正在經歷由規(guī)模小、水平低、品種單一、嚴重不能滿足需求到具有相當規(guī)模和水平、品種質量顯著提高和初步滿足國民經濟發(fā)展要求的深刻轉變，污水處理需求將逐步實現自給。我國污水處理主要面臨的難題：(1)人口增加，污水增多在我國，隨著城市人口的增加和工農業(yè)生產的發(fā)展，污水排放量也日益增加，水體污染相當嚴重，而且?guī)缀醣榧叭珖鞯亍５?000年底，全國設市的663個城市中有310個建有污水處理設施，建設污水處理廠427座，年污水處理量113.6億立方米，污

14、水處理率只有34.23%(2)加快發(fā)展，急需資金在社會主義市場經濟條件下，污水處理是從一定量的資金投入開始的。污水處理資金的規(guī)模決定著污水處理的規(guī)模。污水處理資金自身的發(fā)展速度決定著污水處理發(fā)展的速度和污水處理技術進步的速度。現實的污水處理中，技術先進、處理費用低的決策方案通常是預付資金量較大的方案。從這個意義上說，資金自身的發(fā)展速度越快，污水處理技術的進步和應用才能越快，污水處理也才能越快。(3)處理資金，來源困難長期以來，我國城市污水處理設施采取的是免費使用政策，不僅擴大再生產由財政投資，簡單再生產也需要財政撥款才能完成，財政撥款因此成了污水處理設施維護建設投資的唯一來源。城市污水處理是公

15、益事業(yè)，污水處理資金財政撥款應是公共財政支出。因我國社會主義市場經濟體制改革還在深化中，公共財政收入占GDP的比重、中央公共財政收入占公共財政收入的比重目前還不夠合理，城市污水處理資金很難像美國等發(fā)達國家哪樣絕大多數來自財政撥款或貸款。3.污水處理的前景隨著中國經濟的發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，必然對環(huán)境質量提出更高的要求。解決好水污染問題，對污水進行處理后再排放，是生態(tài)環(huán)境保護以及為人們營造舒適生活環(huán)境的重要條件。城市污水處理及污染防治技術政策規(guī)定，2010年全國設市城市和建制鎮(zhèn)的污水平均處理率不低于50%重點城市的污水處理率不低于70%要達到此目標， 每年用于水污染防治投資須達400億元

16、以上。新世紀，我國污水處理事業(yè)迎來了高速發(fā)展的階段，不僅大城市，很多中小城市、鐵道部各車站區(qū)，甚至發(fā)達地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)都開始修建污水處理廠。自動化系統在污水處理過程中所發(fā)揮的重要作用已逐漸被認識，并受到普遍重視。面對巨大的市場需求，勢必要研究和開發(fā)出具有自主知識產權的自動化系統及配套設備。PLC控制器以其技術成熟、通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴展方便、性能價格比高等一系列優(yōu)點，在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應用，在污水處理中也得到一定程度的推廣。隨著現代控制技術和計算機技術的飛速發(fā)展，控制技術在污水廠中得到了廣泛應用，使得整個污水處理過程實現了計算機監(jiān)測、控制和管理，以實現高質量、低成本、穩(wěn)定可靠

17、的運營方式。作為一個朝陽產業(yè)，污水處理行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊。第1章基于PLC的污水處理控制系統的方案論證1.1基于PLC的污水處理系統的設計方案為了保證污水處理系統的正常穩(wěn)定運行，保證可靠控制，減輕勞動強度，提高工作效率，降低運行成本，提高管理技術水平，采用先進的計算機控制系統進行污水處理系統的數據采集和監(jiān)控。控制系統的設計原則：(1)保證系統具有高可靠性、穩(wěn)定性，以保證污水處理設備安全可靠的運行。(2)系統應具有較高的性能價格比?？刂葡到y將完成以下主要功能：(1)對污水處理現場的各種設備進行自動控制；(2)可根據工藝要求，隨機調整檢測、控制參數；(3)對污水處理工藝過程進行數據采集和顯示；

18、(4)對實時采集的數據進行歸檔、趨勢圖顯示、打??；(5)對歷史數據的查詢和打??；污水處理是一項涉及生物、化學、物理等多項學科的綜合性技術，具工藝機理較為復雜。污水處理工藝可分三類，即一級處理、二級處理、三級處理。一級處理：主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經過一級處理的污水，BOr股可去除30流右，達不到排放標準。一級處理屬于二級處理的預處理。二級處理：主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(BODCOEW質)，去除率可達90%Z上，使有機污染物達到排放標準。三級處理：進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠導致水體富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。主

19、要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲分析法等。國內目前綜合考慮水質、投資、運行成本、處理效果等因素，多采用一級和二級處理方式。一級處理采用物理方法，利用物理作用處理、分離和回收污水中的懸浮物(SS)和泥砂。主要設備有格柵、篩網、沉砂池、沉淀池、水泵、除渣機等，物理法工藝過程的變化較快。二級處理則采用生化方法，生化法是利用微生物能夠降解代射有機物的作用來處理污水中懸浮性溶解性有機物以及氮、磷等營養(yǎng)鹽。由于污水處理廠的占地面積大，設備比較分散，信號的傳輸距離較遠。通過分析工藝過程發(fā)現：在受控對象中有相當多的開關量和模擬量，同時檢測點也較多。而控制過程是以邏輯順

20、序控制為主，閉環(huán)控制為輔。針對這樣一個實際狀況，我們將PLC(ProgrammableLogicController)作為下位機，計算機作為上位機,通過上位機強大的數據處理能力和良好的界面實現管理和監(jiān)控，以PLC可編程控制器進行邏輯運算，對生產過程實行在線實時控制。各PLC均可與PC聯網通信?？刂葡到y的主控部分采用歐姆龍公司生產的CPM2A-6的PLC,它與計算機連接，采用的通訊設備為RS-232/PPI多主站通信電纜。1.2基于PLC的污水處理系統的方案論證基于PLC的污水處理控制系統流程圖如圖1-1所示。圖1-1基于PLC的污水處理控制系統流程圖(1)粗細格柵及提升泵格柵是由一組平行的鋼制

21、柵條組成，設在水泵前的格柵為粗格柵，設在構筑物前的格柵為細格柵。 粗格柵的目的是截流污水中較大的飄浮物和懸浮物， 防止污水提升泵的阻塞，減輕后續(xù)處理構筑物的處理負荷，并使之正常運行。細格柵進一步去除污水中的細小懸浮物及細小纖維，降低生物處理負荷。污水通過粗格柵進入提升泵房，由提升泵提升污水，經過細格柵達到最高點，滿足后續(xù)處理設施的水力要求。處理后的污水污泥攪拌機其中粗細柵格池中均設計有液位傳感器，通過采集液位信號送入PLG用以控制壓榨機、螺旋輸送機柵格和水泵的啟停。（2）曝氣沉砂池曝氣沉砂池的主要作用是去除砂和其他較重物質，主要是惰性無機物和有機物。同時還能使有機顆粒和無機顆粒分開，保護后續(xù)設

22、備安全穩(wěn)定運行，便于后續(xù)處理。在沉沙池單元，利用液位傳感器、水泵以及PLC構成了一個簡單的控制回路。液位傳感器將液位變化轉化成信號傳送給PLCPLC根據信號作出相應的指令反饋給執(zhí)行機構一一水泵。通過控制水泵的啟動和停止來達到控制沉沙池的水量。（3）反應池反應池包括氧化溝和消毒池，是整個處理工藝中的核心單元。PIC通過液位傳感器、溫度傳感器、流量傳感器以及PH計等給出的信號變化，作出相應的信號指令傳送給水泵、攪拌器、鼓風機和各個閥門，并通過水泵、攪拌器的啟動和停止來實現反應池中污水處理工藝的自動控制，以達到最佳處理狀態(tài)。整套污水處理流程可有多個監(jiān)控點，包括液位、PH值、溶氧、濁度、頻率、泵運行狀

23、態(tài)等。 每臺現場設備原則在其相應現地箱上輸出有三個狀態(tài)信號： 故障、 運行/停止、手動/自動；和一個啟動信號。為了使現場與PLC完全隔離，PLC所有數字量模塊與現地箱中間必須加輔助繼電器。所有輸出信號（包括模擬量和數字量）由PLC內部程序或上位機指令控制。系統可以分為手動操作和全自動操作，手動操作是為了在設備調試和維修時使用，系統主要以全自動操作方式為主。在這種操作方式下，各類水泵、攪拌器等設備的啟停、各種切換都由PLC按照預先編制的程序自動生成，不需要操作人員干預。每種工作狀況的運行時問及各種測量參數均可以在線或離線調整，每臺設備和每種工況的運行情況也都由相應的LED丁進行指示。 現場的泵類

24、、 攪拌器等信號通過PLC的控制轉化將在上位機上顯示。這樣，即能對開關量（如泵、攪拌器）進行控制，又能對現場的模擬量如酸堿中和反應）進行調節(jié)，使全場的工藝、設備運行得到全面的控制。基于PLC的污水處理系統框圖如圖1-2所示。圖1-2基于PLC的污水處理系統框圖其中液位傳感器的作用是檢測各個水池中水位的高低，把信號傳遞給PLCPLC根據程序自動控制各水池水位，使各水池水位符合設計要求。溫度傳感器是檢測反應池中的溫度，如果溫度過高，則由PLC控制閥門加水降溫。流量傳感器是檢測閥門流量的，酸堿度傳感器檢測出反應池中水的酸堿度信號并反饋給PLC由PLC控制進行水的中和處理。在PLC工作時，攪拌機同時進

25、行正、反轉的攪拌，以達到水濃度的均勻。LED信號燈則是根據個部件的工作情況作出相應的反映，以方便工作人員控制。第2章系統的硬件組成及其電路設計2.1可編程控制器（PLQ的選擇可編程序邏輯控制器簡稱PLC（英文全稱：ProgrammableLogicController）,是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。從結構上

26、分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU真塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，適用性強，易學易用，設計、安裝、維護方便，體積小，重量輕，能耗低的特點。此外PLC具有豐富的I/O接口模塊、編程簡單易學、手段多、安裝簡單、維修方便、速度快等特點。當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一

27、定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的。每次掃描所用的時間稱作掃描周期和工作周期。PLC一般將完成部分或全部如下操作：讀輸入，處理通信請求，執(zhí)行邏輯控制程序，寫輸入，執(zhí)行CPU自診斷。PLC就是這樣周而復始的循環(huán)這些動作過程，一直到關機。2.2 PLC的選擇本設計選用OMRON司的CPM2即PLG能基本滿足系統設計的要求。日本OMRON司是世界上生產可編程序控制器（P。的著名廠家之一，OMRON的大、中、小、微型機各具特色各有所長，在中國市場上的占有率位居前列，在國內用戶中享有較高聲譽。1999年，OMRO而推出CS1系列的同時，在小型機

28、方面相繼推出CPM2A/CPM2C/CPM2AECQM1俳機型。CPM2冊CPM1AL后的另一系列機型。CPM2A勺功能比CPM1AT新的提升，例如，CPM2笳令的條數增加、功能增強、執(zhí)行速度加快，可擴展的I/O點數、PC內部器件的數目、程序容量、數據存儲器容量等也都增加了；所有CPM2A勺CPU1元都自帶RS2326,在通信聯網方面比CPM1做進不少。CPM2A勺基本指令與CPM1卻同，都是14種，但CPM2A勺應用指令增加到105種、185條；CPM2A勺工作速度明顯加快，基本指令LD的執(zhí)行時間為0.64us,應用指令MOV勺執(zhí)行時間為7.8us；程序容量增加到4096字；讀/寫DMi曾加

29、到2048字；最大I/O點數可擴展到120點； 內部器件數目也有增加， 如內部輔助繼電器區(qū)（IR） 928位， 特殊繼電器區(qū) （SR448位，定時器/計數器256位，輔助繼電器區(qū)（AR）384位1。2.3傳感器的選擇傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。污水處理系統中涉及到多種傳感器，包括液位傳感器、溫度

30、傳感器、流量傳感器還有酸堿度傳感器。系統工作時，各傳感器先采集模擬信號輸入PLC進行分析，控制繼電器的導通與關斷，從而控制各電機或閥門的正常工作。2.3.1液位傳感器的選擇由于格柵機難以將污水管道的垃圾全部過濾干凈，進入污水池的漂浮物（發(fā)泡塑料、爛布條等）常附著在浮球檢測器上，造成浮球的誤動作，從而使水泵電機頻繁起動/停止。電機的起動電流遠大于運行的額定電流，會縮短電機及水泵的使用壽命及增加故障率。同時浮球檢測器直接處于污水中，具檢修及更換極不方便。因此本次設計采用CBM-2700投入式靜壓液位計作為液位傳感器，其可靠防腐并帶有陶瓷測量單元的探頭，可以對凈水、污水及鹽水進行物位測量。靜壓投入式

31、液位變送器（液位計）是利用流體靜力學原理測量液位，基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進的隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉換為電信號，再經過溫度補償和線性修正，轉化成標準電信號。采用特種的中間帶有通氣導管的電纜及專門的密封技術，既保證了傳感器的水密性，又使得參考壓力腔與環(huán)境壓力相通，從而保證了測量的高精度和高穩(wěn)定性。適用于開放液罐的低液位監(jiān)控、井或開放水域的深度或液位測量、地下水水位測量、污水處理，給水、化工和制藥工業(yè)等行業(yè)的液位測量控制。測量原理：當液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為：P=p.g.H+Po式中：P:變送器

32、迎液面所受壓力P:被測液體密度g:當地重力加速度Po:液面上大氣壓H:變送器投入液體的深度同時，通過導氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負壓腔相連，以抵消傳感器背面的Po，使傳感器測得壓力為:p.g.H,顯然,通過測取壓力P,可以得到液位深度。功能特點：1:安裝方便、結構簡單、經濟耐用。2:效準簡單，可現場顯示3:防結露，防雷擊,防腐蝕，防堵塞設計4:探頭直徑19mrrr42mnW選5:穩(wěn)定性好，抗干擾能力強6:具有反向保護、限流保護電路，在安裝時正負極接反不會損壞變送器，異常時送器會自動限流在35MA以內。7：固態(tài)結構，無可動部件，高可靠性，使用壽命長

33、。技術參數：測量范圍：-0.101Kpa2Mpa（0.1米200米）壓力類型：絕壓/表壓可選精度等級：0.1級0.2級00.1F-S/年24VDC(特殊要求可定做)420mA/Hart協議05V等信號(特殊要求可定做)316L不銹鋼-2060100c(定貨請說明使用溫度)-4060100c(常規(guī)60c以內)2.3.2溫度傳感器的選擇溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關。溫度傳感器是最早開發(fā)，應用最廣的一類傳感器。溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器。在大多數情況下，對溫度傳感器的選用，需考慮以下幾個方面的問題：(1)被測對

34、象的溫度是否需記錄、報警和自動控制，是否需要遠距離測量和傳送。(2)測溫范圍的大小和精度要求。(3)測溫元件大小是否適當，價格如何，使用是否方便。(4)在被測對象溫度隨時間變化的場合，測溫元件的滯后能否適應測溫要求。(5)被測對象的環(huán)境條件對測溫元件是否有損害。通過研究發(fā)現，金屬鋁(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化，并且具有很好的重現性和穩(wěn)定性，利用鋁的此種物理特性制成的傳感器稱為鋁電阻溫度傳感器，通常使用的鋁電阻溫度傳感器零度阻值為100Q,電阻變化率為0.3851Q/C。鋁電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)(-200650C)最常長期穩(wěn)定性:供電范圍： 輸出信號： 探

35、頭材料： 介質溫度：環(huán)境溫度：圖2-1投入式靜壓液位計的安裝用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標準溫度計供計量和校準使用。本設計采用南京華巨電子有限公司生產的STT-B系列鋁電阻溫度傳感器，STT-B系列鋁電阻溫度傳感器采用不銹鋼外殼封裝，頭部為鋁質防水接線盒，廣泛應用于熱能工程，電力，食品，制藥，壓力容器、石油化工等流程工業(yè)以及烘爐，塑料化纖，制冷機組等大型機械設備的溫度。鋁電阻的溫度系數TCR按IEC751國際標準，溫度系數TCR=0.003851Pt100(R0=100Q)、Pt1000(R0=100QQ)為統一設計型鋁電阻。表2-2TCR=0.003851時的系

36、數值系數ABC數值_3-一13.9083父10七，一_25.775父10C-4.183父10七表2-3測量誤差級別零度時阻值誤差溫度誤差C溫度系數TCRI差Q/Q/CoC時標準電阻值號1g匕時標準電阻值QPt100too.00132.51PtlOOOPtlOOO1000.。1385.11385.1TCR=R100一R0Ro100表2-1鉗電阻的溫度/阻值表溫度/電阻曲線圖如圖2-2所示(2-1)圖2-2溫度/電阻曲線圖1/3DINB0.04(0.10+0.00171t|)0.0038510.000004A0.06(0.15+0.002|t|)0.0038510.000005B0.12(0.30

37、+0.005|t|)0.0038510.0000122.3.3流量傳感器的選擇流量是工業(yè)生產中一個重要參數。工業(yè)生產過程中，很多原料、半成品、成品是以流體狀態(tài)出現的，流體的流量就成為決定產品成分和質量的關鍵，也是生產成本核算和合理使用能源的重要依據。因此流量的測量和控制是生產過程自動化的重要環(huán)節(jié)。流量傳感器的種類有很多，根據污水處理的實際環(huán)境，故本設計采用電磁流量傳感器。電磁流量計測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，不易阻塞，適用于測量含有同體顆粒或纖維的液周二相流體；同時它不產生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，節(jié)能效果顯著，對于要求低阻力損失的大管徑供水管

38、道是最為適合；電磁流量計所測得的體積流量，實際上受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率（只要在某閥值以上）的變化影響不明顯；與其它大部分流量儀表相比，前置直管段要求較低；電磁流量計測量范圍較大，通常為20:1一50:1,可選流量范圍寬；電磁流量計的口徑范圍比其它品種流量儀表寬，從幾毫米到3米；可測量正反雙向流量，也可測脈動流量，只要脈動頻率低于勵磁頻率很多；儀表輸出本質上是線性的；易于選擇與流體接觸件的材料品種，可應用于腐蝕性流體等優(yōu)點。本設計選用上海星空自動化儀表有限公司生產的XKD99Z系列電磁流量計。XKD99Z8列電磁流量計是一種電磁感應式流量儀表,是集信號檢測及微電子智能化技術于一體的

39、高新機電產品。它能測量導電液體介質，包括酸、堿、鹽等強腐蝕性液體和紙漿、泥漿、廢污水及固液兩相懸浮液的體積流量。產品廣泛應用于石油、化工、冶金、紡織、食品、制藥、造紙的行業(yè)及環(huán)保、市政管理、水利建設、河流灌溉等領域。其測量原理是基于法拉第電磁感應定律：導電液體在磁場中作切割磁力線運動時，導體中產生感應電勢，其感應電勢E為：E=KBVD式中：K=表常數2.3.4酸堿度傳感器的選擇在工業(yè)廢水處理過程中，大都要對水的PH值進行檢測，控制中有不少是通過加中和劑來達到控制目的的，但要取得良好效果也并非容易。其原因在于酸堿中和過程通常呈現嚴重的非線性特性，加上處理過程一般在大容器中進行，化學反應比較緩慢。

40、以上兩點不僅給PH控制造成較大困難，而且還往往造成中和劑的大量浪費。工業(yè)酸度計是實時在線自動監(jiān)測工業(yè)生產或生態(tài)環(huán)境過程中溶液酸堿度的檢測儀表，主要用于石油、化工和環(huán)保等領域。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，對生態(tài)環(huán)境的破壞和污染也日趨嚴重，實時檢測工業(yè)生產過程和生態(tài)環(huán)境中溶液的酸度、氧化還原電位并加以控制，這具有重要的實際意義。工業(yè)污水處理系統中，應采用性能穩(wěn)定、壽命較長的在線PH計，最好帶自清洗裝置，定期清洗PH探頭，保證系統能長期在高污染的水中測量。PH值檢測采用的傳感器是工業(yè)級PH復合玻璃電極傳感器，其輸出信號為-500+500Mv電極內阻Rg為10A810A9歐， 而ACL-8112PGR據采集卡

41、的輸入阻抗為1000ME欠，當A/D轉換參考電壓為5V時，模擬電壓輸入可以為土5V、2.5V、1.25V、0.625V、0.3125V。因此，PH復合玻璃電極傳感器的輸出信號必須經過阻抗變換和電壓放大才能滿足ACL-8112P微據采集卡A/D轉換的要求。B=磁感應強度V=測量管截面內的平均流速D=測量管道截面的內徑圖2-3電磁感應式傳感器的測量電路方框圖顯示或記錄電磁感應式傳感器的測量電路方框圖如圖2-3所示。圖2-4PH值檢測電路的等效電路PH值檢測電路可等效成如圖3.5所示電路，其中，Ee為PH復合電極的輸出電位，RgjPH值前向處理電路測量精度不小于0.1%時，按圖3.5等效電路，根據R

42、R71-Ee-Eei乂一0.001(2-2)IRi+RgJEg可推導出Ri1000Rg因此，PH值前向處理電路的輸入阻抗必須1012歐,應選擇高輸入阻抗的運算放大器實現阻抗轉換和信號放大，具體電路如圖2.5所示。該電路采用了美國BURR-BROWN生產的超低偏置電流的單運放OPA128其性能指標為：輸入偏置電流小于土75fA;輸入失調電壓小于土50uV;差模輸入電阻為1013歐；共模輸入電阻為1015歐；開環(huán)電壓增益110Dh完全滿足PH值檢測前向處理電路的要求。F.V.2圖2-5PH檢測電路圖2-5中Rw為OPA12吩調電位器，Rw2為處理電路增益調節(jié)電位器，R2、C1和C2組成一個簡單的低

43、通濾波器。調節(jié)Rw2(電路輸出在土2.5范圍內，通過數據采集卡進一步放大至土5V,在軟件控制下進行A/D轉換進入計算機進行數據處理。2.3.5溶解氧測定儀的選擇溶解氧檢測是水質檢測一項非常重要的指標。典型應用包括水環(huán)境監(jiān)測、漁業(yè)、污廢水排放控制和實驗室檢測BOD?。 溶解氧測定儀是測定水中溶解氧的裝置。 其工作原理是氧透過隔膜被工作電極還原，產生與氧濃度成正比的擴散電流，通過測量此電流，得到水中溶解氧的濃度。本次設計選用成都瑞馳分析控制儀器有限公司生產的DOG682卵溶解氧分析儀，DOG682Q&是一款全新的ppb級溶解氧分析儀， 基于最新的極譜分析技術專為鍋爐給水和凝結水等ppb級溶

44、解氧測量設計。采用了一系列先進的分析技術，確保了在(超)低濃度的穩(wěn)定性和準確性，在測量性能和使用環(huán)境等方面有很大的提高。可廣泛應用于火電、化工化肥、冶金、環(huán)保、制藥、生化、食品和自來水等溶液中溶解氧值的連續(xù)監(jiān)測。DOG6820勺技術指標：測量范圍：0100.0ug/L,020.0mg/L分辨率：0.1pg/L、0.01mg/L精度：-g/L:1.0%FS;mg/L:0.5%FS流隔離輸出：010mA(負載1.5kQ)或420mA(負載750Q)訊接口：隔離RS485電源：AC220讓22V,50Hzi1Hz防護等級：IP65工作條件：環(huán)境溫度060C,相對濕度090%DOG6820要特點：(1

45、)微機化：采用高性能CPU片、高精度AD轉換技術和SM頂占片技術，完成多參數測量、溫度補償、量程自動轉換、儀表自檢，精度高，重復性好。(2)高可靠性：單板結構，觸摸式按鍵，無開關旋鈕和電位器。(3)直流+脈沖式極化電壓：大大增強了在低濃度測量時的穩(wěn)定性。(4)先進的數據處理方法： 成百倍的降低了膜的形變、 溫度和流量變化對測量值的影響。(5)響應迅速、零點穩(wěn)定、漂移小。(6)預制的長壽命滲透膜，易于更換。(7)防水防塵設計：防護等級IP65,適宜戶外使用。(8)電磁兼容性(EMC/RFI)設計：按歐洲標準EN50081/50082設計制造。(9)報警功能：報警信號隔離輸出，報警上、下限可任意設

46、定，報警滯后撤消。(10)網絡功能：隔離的電流輸出和RS485!訊接口。(11)工業(yè)控制式看門狗：確保儀表不會死機。一旦水中含氧突破所設定范圍，PLC就會收到現場溶解氧儀反饋回的報警信號。PLC便根據現場測量值來調節(jié)鼓風量。鼓風機開啟的臺數由PLC根據測量的溶解氧的平均值來控制，PLC每隔10分鐘判斷一次氧化溝內的溶解氧值，溶解氧低于設定下限時變頻器調節(jié)風機轉速增加10%若風機已達最大值，則增開一臺普通風機，溶解氧高于設定上限時變頻器調節(jié)風機轉速減少10%若調頻風機已達最小值，則關閉一臺普通風機。2.3.6變頻器的選擇變頻器在污水處理中有重要的作用， 不但可以達到節(jié)能的效果， 還可以保護水泵電

47、機，攪拌機等污水處理設備。由電機特性分析可知，均勻改變電機供電頻率f,就可以平滑地改變電動機的轉速，從而改變泵機的轉速；結合泵機特性分析，降低電動機轉速，電動機輸人功率也隨之減少，泵機軸功率就相應減少，功耗也相應減少，從而達到節(jié)能的目的。另外，污水泵起動時的急扭和突然停機時的水錘現象往往容易造成管道松動或破裂，嚴重的可能造成電機的損壞，且泵機起動和停止時需通過開啟和關閉閥門來減小水錘的影響，如此操作不但工作強度大，而且難以滿足工藝的需要。污水泵采用變頻器調速以后，可以根據工藝的需要，實現泵機的軟啟和軟停，從而使急扭及水錘現象得到解決。當攪拌機進行正反轉工作時，還能起到過載保護的作用。而且在流量

48、不大的情況下，可以降低泵機的轉速，這樣不僅避免了水泵長期工作在滿負荷狀態(tài)，造成的電機過早的老化，而且變頻的軟啟動大大的減小泵機啟動時對機械的沖擊，也具有節(jié)能的作用。生產變頻器的公司很多，變頻器的種類也很多，由于功能不同，不同的變頻器雖然在使用中稍有差別，單大部分的使用方法是一樣的。本設計我選用西門子MICROMASTER440稱MM440)MM44位頻器是一種集多種功能于一體的變頻器，其恒定轉矩控制方式的額定功率范圍為120M200KW可變轉矩控制方式的額定功率可達250KW它適用于電動機需要調速的各種場合?？赏ㄟ^數字操作面板或通過遠程操作器方式，修改其改其內置參數，即可滿足這種調速場合的要求

49、。主要特點：1、內置多種運行控制方式；2、快速電流限制，實現無跳閘運行；3、內置式制動斬波器，實現直流注入制動；4、具有PID控制功能的閉環(huán)控制，控制器參數可自動整定；5、多組參數設定且可相互切換，變頻器可用于控制多個交替工作的生產過程；6、多功能數字、模擬輸入/輸出口，可任意定義其功能和具有完善的保護功能。MM44原列變頻器具有過電壓及欠電壓保護、變頻器過熱保護、接地故障保護、短路保護、電動機過熱保護和PTC/KTYfe動機過載保護等。MM44改頻器的內部功能方框圖如圖2-6所示。PEPE令圖2-6MM440變頻器的內部功能方框圖2.4電機控制電路污水處理系統中多出運用到電機，包括粗細柵格中

50、的各種設備，各種水泵，鼓風機和攪拌機等。電機的運行工程中需要由變頻器進行保護和控制，通過PLC控制電器開關的開啟和閉合來達到電機的啟停。電機控制電路如圖2-7所示。+1OV0VAIN1+AIN1+24VOV+24VOV-FEFE基干懿面板5DIN2DIN20 0DIN5DIN57 7DIN4DIN43 3DIN5DIN51616DIN6DIN6+TfF F【CACA1414PTCBPTCBTETE- -OUTOUTA A十12OUTl-12OUTl-TT映 值 十 加 勒UT2-TF.2 登,38,45M 口,5,6,7.0,123.4QoQ0Q0Q02LQ0Q0Q0Q0Q13LQ1Q1Q1Q

51、iQ1Q1Q1*l|,04,5,6,74,5,6,7卜.0000Q00001C2g3.4堂.58.6g.7Q0.0*Q0Q02*Q03,RA-A+A-RBB+*B-*RJC+*CRD,D+*D-212345678-911sAsASBSBSBSBSBSBSBSBSBSBSB234567009012111-11-1-1-1222SBSBSBSBSBSBSBSBSBSBSB圖4-1CPM2A-60CDR-D（36點入24點繼電器輸出）4.4PLC控制程序4.4.1程序說明(1)粗格柵運行程序設計按下00000系統啟動按鈕，污水進入到裝有粗格柵的水池中，當液位到達50m時，液位傳感器00002啟動，中

52、間繼電器20001閉合，粗格柵開始工作，過濾污水(2)螺旋輸送機當液位傳感器00002啟動時，污水閥關閉，螺旋輸送機01001開始工作，將經粗格柵過濾的污水輸送到細格柵的水池中，定時器TIM000開啟定時，10秒鐘后停止粗格柵，污水閥開啟，繼續(xù)進入污水圖4-3螺旋輸送機運行環(huán)節(jié)(3)水泵運行程序設計提升泵的運行有液位信號來控制，當水位高于液位下限低于上限時，提升泵1啟動，進行排水；當水位高于液位上限時，提升泵2啟動，此時兩個水泵同時工作。當水位低于液位上限高于下限時，提升泵2停止；當水位低于液位下限時，提升泵1停止工作，此時兩個水泵同時停止，重新往池中注水。水泵1運行程序啟動圖4-5水泵2運行

53、環(huán)節(jié)(4)細格柵啟動和停止當輸送機將粗格柵處理后的污水輸送到細格柵的水池時并且細格柵的液位傳感器開啟in1ItMH圖4-4水泵1運行環(huán)節(jié)水泵2運行程序啟動序N.N.晚a a味段若秫倒】3)00320002000 | |pvpvnufllnufll-O-O-圖4-6細格柵運行環(huán)節(jié)14蠅仃法謝卡也用到(中間繼電器20000),細格柵開始工作(01008啟動)。時間繼電器TIM003開始定時，輸送機停止工作，10秒鐘后，細格柵停止工作。(5)流量控制程序經過粗細格柵過濾后的污水進入到反應池，流入反應池的污水流量須適中，保證污水處理的正常運行。當流量過快時，流量傳感器00106帶電將自動關小流量閥門；

54、當流量過慢時，流量傳感器00107帶電將自動開大流量閥門。圖4-7流量運行環(huán)節(jié)(6)溫度控制程序控制污水處理的溫度是確保反應池內酶的活性，當反應池內溫度過高時，熱水閥門00109關斷，冷水閥門00108開啟；當反應池內溫度過低時，冷水閥門00108關斷，熱水閥門00109開啟。(7)PH控制程序控制污水處理的PH是確保反應池污水處理的關鍵，當反應池內酸性超標時，酸性計00111關斷， 堿性計00110開啟； 當反應池內堿性超標時， 堿性計00110關斷， 酸性計00111開啟。圖4-9PH控制運行環(huán)節(jié)(8)溶解氧控制程序反應池內的含氧量是保證污水處理的主要因素，當反應池內含氧量過低時，0020

55、0帶電啟動鼓風機01015開啟， 當反應池內含氧量過高時，00201帶電啟動鼓風機01015關閉。41seionseion2100121001-O-O-21001圖4-10溶解氧控制運行環(huán)節(jié)i iDO200T 卜210m第5章監(jiān)控程序的軟件設計5.1組態(tài)軟件簡介5.1.1組態(tài)軟件的選擇目前自動化控制方面的軟件品種繁多，但其組成部分大同小異。組態(tài)軟件由系統管理、梯形圖生成，計算公式生成（結構化文本語言生成）、歷史庫生成、圖形生成、報表生成等構成。利用系統管理組態(tài)定義系統的硬件配置，只有硬件配置確定后，才能進行后面的組態(tài)。選擇一個性能優(yōu)良的組態(tài)軟件對于整個控制管理系統的成功開發(fā)、 方便調試、 可靠

56、運行至關重要。由北京世紀長秋軟件有限公司推出的世紀星7.22版，己成功地應用于眾多領域。鑒于北京世紀長秋軟件有限公司的世紀星組態(tài)軟件較易掌握，且擁有良好的口碑。所以本設計在開發(fā)灌裝監(jiān)控的畫面流程時采用了世紀星7.22版。5.1.2世紀星組態(tài)軟件簡介世紀星組態(tài)軟件的全稱是“世紀星通用工業(yè)自動化監(jiān)控組態(tài)軟件”，它是在PC機上開發(fā)的智能型人機接（HMD軟件系統，以Windows98/2000/NT中文操作系統為平臺，全中文界面。世紀星組態(tài)軟件是由北京世紀長秋科技有限公司投資開發(fā)，太極計算機公司、清華大學、中科院等單位參與了世紀星組態(tài)軟件核心模塊的開發(fā)研制工作，在開發(fā)和設計過程中，采用國際先進的組態(tài)理

57、念，吸收當前國內外先進組態(tài)軟件的優(yōu)秀成果，在最大地滿足和方便用戶的思想指導下，采用了一系列獨特的技術，從而使產品在面向市場幾年的時間里，有了許多成功的應用實例1o5.1.3世紀星軟件組成世紀星組態(tài)軟件由開發(fā)系統和運行系統兩部分組成。開發(fā)系統和運行系統是各自獨立的Windows32位應用程序，均可單獨使用；兩者又相互依存，在開發(fā)系統中設計開發(fā)的工程和畫面應用程序必須在運行系統中才能運行。世紀星組態(tài)軟件開發(fā)系統是其應用程序的集成開發(fā)環(huán)境。開發(fā)者在這個環(huán)境中完成工況畫面的設計、數據庫定義、動畫連接、設備安裝、命令語言編寫等。開發(fā)系統具有先進完善的圖形生成功能；數據庫中有多種數據類型，對應于控制對象的

58、特性，對數據的報警、趨勢曲線、歷史數據記錄、安全防范等重要功能有簡單的操作方法。世紀星組態(tài)軟件運行系統是一個實時運行環(huán)境， 用于顯示畫面開發(fā)系統中建立的動畫圖形畫面， 并負責數據庫與I/O服務程序的數據交換。 它通過實時數據庫管理從工業(yè)控制對象采集到的各種數據，并把數據的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成報警、歷史數據記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能。5.2組態(tài)畫面的具體設計世紀星7.22版的開發(fā)系統是應用程序的集成開發(fā)環(huán)境，我們可以在這個環(huán)境下完成界面的設計、數據庫的構造、動畫連接的定義等。其應用程序制作過程如下:(1)設計污水處理過程監(jiān)控圖形界面；(2)將系統設計中用到的變量寫入“變量數據庫

59、”；(3)在“應用程序命令語言編輯”中編寫相關匯編語言；(5)對監(jiān)控圖形界面中的圖形建立動畫連接；(6)運行和調試。5.2.1組態(tài)圖形界面的設計設計圖形界面即用抽象的圖形畫面來模擬實際的污水處理過程和相應的設備。 構造數據庫即創(chuàng)建一個具體的數據庫，用此數據庫中的變量反映工控對象的各種屬性，如污水池啟動輸送機的液位。動畫連接就是用動畫模擬工業(yè)現場的各個設備的運行情況。運行和調試則是用世紀星組態(tài)軟件的仿真PLC來提供現場的模擬數據,以確保各動態(tài)點處于正確的連接狀態(tài)。城市污水控制系統流程畫面就是根據污水處理工藝過程及工藝要求， 用抽象的圖形畫面來模擬其實際的污水處理過程和相應的處理設備，主要用來顯示

60、各動態(tài)信息，特別是主要的工藝參數、 以方便操作人員及時掌握現場情況， 并發(fā)現問題， 及時解決問題。 根據污水處理的工藝，在反應池的前方有粗格柵過濾污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質， 細格柵進一步去除污水中的細小懸浮物及細小纖維，降低生物處理負荷，在機器的旋轉過程中，完成對空瓶的上升充氣、進液、回氣排余液、下降、送出等一系列過程，還設計了沉淀池用于存放和處理粗細格柵過濾出的殘余物。本組態(tài)畫面是嚴格根據系統的自動控制要求，結合控制流程圖，畫出具體的污水處理控制系統的動態(tài)畫面，如圖5-1所示。該動態(tài)畫面設計有設計美觀，形象逼真等特點，并且實物也盡可能完整的繪制了出來。圖5-1污水處理組態(tài)圖形界面5.2.2組態(tài)