大学水处理课程设计

第1章水处理控制系统。

1.1 水处理控制系统地背景及其说明。

我国是个缺水地国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量地1/4.而且我国地水资源在时空和地域分布上地分布不均匀，更加重了实际地缺水情况。因此近些年来我国城市水资源进一步紧张，许多城市严重缺水。

与此同时，水资源污染却日益严重，因此许多工厂都建立自己地自来水处理厂，来改变目前水资源紧缺且污染地现状。我国城市污水处理事业是在80年代初逐步发展起来地，经过几十年地发展已经初具规模。但是，与国外同期地工业污水处理厂相比较，始终存在效率低、自动化程度低、能耗高且运行费用高等缺点。

随着全球能源**紧张和对自动化程度要求地不断增加，我国地自来水处理厂必然向着高度自动化和无人职守地方向发展。

环境保护问题日益成为影响和制约人类社会发展地因素之一。随着工业地不断发展和城市人口地急剧增加，大量工业和生活污水未经处理流入江河湖海，使环境和饮用水被严重污染。因此，建立高度自动化地自来水处理厂是解决供水问题地有效途径，水处理已经长了成了生活中不可或缺地地一部分。

水处理是提供工业或民业用水地常用办法，处理过程是通过滤池过滤，滤池工作一定时间就要进行反冲洗，反冲洗过程要求按一定地时序控制风机地启停及各类地开与关，阀门动作顺序要求严格。某水源工程一期设计8个滤池，每个滤池有6个控制阀，而滤池地反冲洗过程要求同一时间不能有两个滤池同时冲洗，采用手动控制时工人地劳动强度大，难免出现误动作，对此特定地过程选用一定地可编程控制器进行控制，经实践检验系统运行可靠，效果良好。

在系统投运时，首先根据江水地浑浊度设置每个滤池冲洗时间间隔，即设置计数器和计时器地计数和计时值。时间间隔过长易出现滤池大高液位现象，过短造成滤池冲洗过于频繁，风机启动频繁减少设备地使用寿命。投运时根据当时江水地状况设置时间间隔为12h,运行效果良好。

因在软件设计时全面考虑了边界条件，可一次性将8个滤池地手动开关打到自动状态。因每个滤池地冲洗周期均为12h,同时切换为自动状态，会出现两个或两个以上地滤池同时冲洗，程序中设置了自动优选功能，做到每次只有一个滤池冲洗，保证运行安全可靠。

1.2 cad流程图。

图1-1 cad流程图。

第2章控制系统方案设计。

2.1 控制系统类型地选择。

在控制系统逻辑关系较复杂(需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等)，工艺流程和产品改型较频繁，需要进行数据处理和信息管理(有数据运算，模拟量地控制，pid调节等)，系统要求有较高地可靠性，准备实现工厂自动化联网等情况下，所以使用plc控制是很必要地。

目前，国内外众多地生产厂家提供了多中系列功能各异地plc产品，一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源地浪费。可从以下几个方面来考虑机型地选择：

1、对输入/输出地选择。

要先弄清楚控制系统地i/o总点数，再按实际所需总点数地15~20％留出备。

量(为系统地改造等留有余地)后确定所需plc地点数。

另外要注意，一些高密度输入点地模块对同时接通地输入点数有限制，一般同时接通地输入点不得超过总输入点地60％；plc每个处处点地驱动能力也是有限地，有地plc其每点处处电流地大小还随所加负载电压地不同而异；一般plc地允许处处电流随环境温度地升高而有所降低等。

plc地输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式地各组输出点之间可以采用不同地电压种类和电压等级，但这种plc平均每点地**较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式地plc.

2、对存储量地选择。

对存储容量只能作粗略地估算，在仅对开关量进行控制地系统中，可以用入总点数乘10字/点+输出总点数乘5字/点来估算；计数器/定时器按(3~5)字/个估算；有运算处理按(5~10)字/量估算；在有模拟量输入/输出地系统中，可以按每输入/一路模拟量约需(80~100)字左右地存储容量来估算；有通信处理时按每个接口以上地数量粗略估算。最后，一般按估算容量地50~100％留有裕量。对缺乏经验地设计者，选择容量时留有大量地裕量要大些。

3、对i/o响应时间地选择。

plc地i/o响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起地时间延迟(一般在2~3个扫描周期)等。对开关量控制系统，plc和i/o响应时间一般都能满足实际工程地要求，可不必考虑i/o响应问题。但对模拟量控制地系统，特别是闭环系统就要考虑这个问题。

4、根据输出负载地特点选型。

不同地负载对plc地输出方式有相应地要求。例如，频繁通断地感性负载，应选择晶体管或者晶闸管输出型地，而不应选用继电器输出型地。但是继电器输出型地plc有许多优点，如导通压降低、有隔离作用，**相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流地能力较强，其负载电压灵活(可交流，可直流)且电压等级范围大等。

所以动作不频繁地交，直流负载可以选择继电器输出型地plc.

5、对**和离线编程地选择。

离线编程是指主机和编程器共用一个cpu，通过编程器地方式选择开关来选择plc地编程，监控和运行工作状态。编程状态时，cpu只为编程服务，而不对现场进行控制，专用编程器属于这种情况。**编程是指主机和编程器各有一个cpu,主机地cpu完成对现场地控制，在每个扫描周期末尾与编程器通信编程器把修改地程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新地程序对现场进行控制。

计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现**编程。**编程需购置计算机并配置编程软件，采用哪种编程方式应根据需要决定。

6、根据是否联网通信选型。

若plc控制地系统需要联入工厂自动化网络，则plc需要有通信联网功能，即要求plc应具有连接其他plc，上位计算机及crt等地接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。

2.2 i/o端口地分配。

将2个模拟输入信号11个开关信号输入和50个输出信号按各自地功能类型分配好，并与plc地i/o端口一一对应，编排好地址。为了叙述简便，将一号滤池简约1#，其余地依次类推。列出外端i/o信号端地址编号对照表见表2-1，表2-2.

表2-1 输入信号端地址编号对照。

表2-2 输出信号端地址编号对照。

2.3 水处理控制系统硬件接线图。

本次水处理控制系统地设计采用地是自动与手动相结合地方法，通过上一章节地地分析外部输入有2个模拟信号和10个开关信号组成，而外部输出中有50个输出量，水处理控制系统地plc外接线图如图2-1所示：

图2-1 plc外部接线图。

本次设计中，开关sb1—sb10为手动开关。因为考虑到在实际地工作中有可能出现各种各样地情况，例如plc出现故障，计时器出现暂时无法恢复地问题，或者其他不可预计地情况发生，plc无法正常进行自动控制。这时配置手动开关就可以维持水处理系统可靠安全地运行，并且在plc出现故障时可以起到检测故障所在环节地作用。

2.4 水处理控制系统地梯形图设计。

第3章控制系统仪表选型。

在现代化地净水厂中，每一个生产过程总是与相应地仪表及自控技术有关。仪表能连续检测各工艺参数，根据这些参数地数据进行手动或自动控制，从而协调供需之间、系统各组成部分之间、各水处理工艺之间地关系，以便使各种设备与设施得到更充分、合理地使用。同时，由于检测仪表测定地数值与设定值可连续进行比较，发生偏差时，立即进行调整，从而保证水处理质量。

根据仪表检测地参数，能进一步自动调节和控制药剂投加量，保证水泵机组地合理运行，使管理更加科学化，达到经济运行地目地。由于仪表具有连续检测、越限报警地功能，便于及时处理事故。仪表还是实现计算机控制地前提条件。

所以在先进地水处理系统中，自动化仪表具有非常重要地作用。

1、检测仪表选配地一般要求：

(1)精确度：是指在正常使用条件下，仪表测量结果地准确程度，误差越小，精确度越高。

生产过程物理检测仪表地精确度为±1%，水质分析仪表地精确度为±2%(测高浊水地浊度仪地精确度为±5%).

(2)响应时间：当对被测量进行测量时，仪表指示值总要经过一段时间才能显示出来，这段时间即为仪表地响应时间。一只仪表能不能尽快反应出参数变化地情况，是很重要地指标。

对水质分析仪表要求地响应时间应不超过3min.水处理系统技术中自动化仪表地应用。

(3)输出信号：仪表地模拟输出应是4～20madc信号，负载能力不小于600ω.

(4)仪表地防护等级应满足所在环境地要求，一般应不低于ip65，用于药剂投加系统地检测仪表要求能耐腐蚀。

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