基于组态监控的污水处理控制系统设计毕业设计.doc

毕业综合实践课题名称： 基于组态监控的污水处理控制系统设计 课 题 摘 要随着经济的飞速发展，人们的生活也变得越来越好，因此各种生活污水变出现在人们的视野中。如何处理好这些生活污水已经成为重中之重。一个好的污水处理技术不仅可以解决这些问题，还能培养大量这方面的人才，以填补这方面人才的缺失。因此大力发展污水处理有着极其重要的意义。本课题采用研祥PCL-818L板卡和MCGS组态软件作为工具对污水处理进行监控。PCL-818L板卡作为下位机处理各种信号的信息关系，各水位的调整，水泵的开启等等。MCGS对系统的各种语句信号，水位以及水泵进行监控。本系统采用更加适合工业的控制系统，具有可靠，先进，快捷等特色，同时带动产业的革新以及城市的绿色发展。关键词 污水处理 研祥PCL-818L板卡 MCGS 组态软件 目 次1引言11.1污水处理的意义11.2污水处理的种类及工艺技术11.3我国污水处理的发展12组态技术的概述22.1监控组态软件的定义22.2组态控制技术的特点22.3组态软件的功能23污水处理系统的设计43.1污水处理工艺43.2污水处理系统的各部组成53.3污水处理系统的控制要求53.4软硬件的选择63.4.1水泵的选型63.4.2水阀的选型73.4.3压力传感器选型73.4.4鼓风机的选型93.4.5计算机的选型93.4.6系统I/O设备的选型93.5系统监控软件的设计与调试93.5.1数据变量的定义93.5.2工程的建立113.5.3变量的定义113.5.4画面的制作和编辑123.5.5组态的流程图163.5.6组态脚本程序163.6软、硬联调163.6.1PCL818L板卡的连接163.6.2PCL-818L的添加和属性设置20结 论25致 谢26参 考 文 献27附录A MCGS脚本程序281 引言1.1 污水处理的意义 20世纪50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。 全世界每天约有200吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国40%的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲55条河流中仅有5条水质差强人意。20世纪，全球人口增加了两倍，而人类用水增加了5倍。世界上许多国家正面临水资源危机：12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施。 中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水行业处于同等重要地位。 1.2 污水处理的种类及工艺技术污水处理可以分位两大类。一类是生产废水，第二类是生活污水。而其工艺技术也多种多样。我国常见的有活性污泥法、循环间歇曝气法、旋转接触氧化污泥法、连续循环曝气法、A/O生物滤池污水处理工艺流程等。国外的污水处理以欧洲的可持续生物除磷脱氮工艺为主。相比国内，欧洲起步较早因此技术相对先进。1.3 我国污水处理的发展由于我国人口过多因此产生的污水也日益增加，水体污染相当严重，几乎全国各地都有这用情况。污水处理是需要资金的支持的，而且资金的支持与处理规模成正比。因此提高技术水平降低成本是目前的关键，除此之外，提高公民意识也是非常重要的。我国在这方面起步晚因此更加需要全国人民的齐心协力才行。2 组态技术的概述2.1 监控组态软件的定义组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。2.2 组态控制技术的特点（1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级。（2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能 。（3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。2.3 组态软件的功能MCGS即“监视与控制通用系统”，是工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具体功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的特点。MCGS组态软件的整体结构如图21所示。MCGS工控组态软件的功能如下：（1）强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的m风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。丰富的图形控仵和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。（2）良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬仵不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。 组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。（3）丰富的功能模块。提供丰富的控潲功能库，满足用户的测控要求和现场需求。利用各种功能模块，完成实时监控 产生功能报表 业示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既叫适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以是带远程遇信能力的远程测控系统。（4）强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。（5）可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编撰程序，增强图形界面（6）仿真功能提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。多任务多线程运行环境组态环境 组态软件核心实时数据库实时数据库动画显示现场控制设备输出打印报表报警输出构建动画流程控制报警组态设计报表连接设置 图21 MCGS组态软件的整体结构3 污水处理系统的设计 3.1 污水处理工艺基于组态监控的污水处理控制系统设计是采用了活性污泥法（SBR法）。活性污泥法(SequencingBatchReactor)，简称SBR污水处理工艺，是近年来国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一种废水处理工艺。早在1914年英国学者Arden和Locket发明活性污泥法时，采用的就是这种处理系统虽然这种运行方式效率较高，但由于当时的自动监控水平比较低，而间歇处理的控制阀门比较十分复杂，工作量丈且难以操作，特别是后来随着城市和工业废水处理规模的日趋大型化间歇式活性污泥法逐渐被连续式活性污泥法所代替。随着计算机和自动控制技术的飞速发展，解决了活性污泥法开发初期间歇操作中的复杂问题，使该工艺的优势得到了逐步充分的发挥。而监控技术的自动化程度以及污水处理厂自动化管理要求的日益提高，又为间歇式活性污泥法的再度深入研究和应用，提供了极为有力的先决条件。SBR工艺的特征艺是按照一定顺序的间歇性操作运行的SBR反应器组成的。SBR工艺是一个完整的操作过程，SBR反应器在处理废水时的操作过程包括如下五个阶段，进水、反应、沉淀、出水、闲置。SBR的工艺是以间歇操作为主。所谓的间歇有两种含义一是运行操作的空间上是按次序排列、间歇的，由于污水大多是连续排放且流量波动大，这时SBR反应器至少为两个池或多个池，污水连续按序列进入每个SBR反应器，它们运行时的相对关系是有次序的、也是间歇的；二是每个SBR反应器的运行操作，在时间上也是按次序排列的、间歇的，一般可按运行次序分为五个阶段，既进水、反应、沉淀、出水和闲置阶段，称为一个运行周期。SBR的反应过程主要是以曝气为主，而曝气又有很多种方法，本系统采用的是鼓风机曝气法。此曝气法用鼓风机让污水涌动，并通过搅拌机的搅拌，让污水和活性污泥充分反映达到曝气的目的。本系统采用的单个SBR反应器是集储水、曝器和沉淀于一体，间歇排污，而多个SBR反应器并联运行，可以做到连续排污。按操作顺序依次对每个SBR反应器进行充水，当处理系统中的最后一个反应器充水完成后，第一个反应器完成整个运行周期并接着充水，如此循环往复运行。3.2 污水处理系统的各部组成（1）格栅池：格栅池由粗格栅、提升泵、细格栅组成。当污水流入粗格栅时，粗格栅将较大的悬浮物质以及大块头的杂质阻挡在外面。经过粗格栅的初步筛选后，污水流入提升泵。提升泵将污水提升到需要的高度后流入细格栅进行进一步筛滤。（2）沉砂池：筛滤过后的污水进入沉砂池中经过气体翻腾搅拌后有重量的物体下沉，如泥沙、煤渣等。此过程不仅可以进一步增加水的质量而且还可以减轻煤渣等物体对设备的磨损。沉下的泥沙用车送走。（3）SBR池：经过上述流程后，水中的能见污染物以及无机物基本被清除。之后，再进入SBR池进行间歇式污泥处理法（SBR法），处理过的混合液体经过一段时间的沉淀之后，从上部江清排出，活性污泥则留在池中再次利用。（4）消毒接触池：由消毒车间和接触车间组成。清水进入消毒车间，通过药物对清水进行消毒，以便达到可以再次使用的标准。消毒后的清水流入接触池储蓄起来，供于使用。系统工艺流程如图31所示。图31 系统设计的流程3.3 污水处理系统的控制要求（1）按下开始按钮，系统开始工作。粗格栅总水泵1开始工作，粗格栅开始蓄水，并进行初步过滤。（2）当粗格栅水位达到设定的要求时，提升泵开始工作。将侧格栅的水提升至细格栅，细格栅开始蓄水，进行细致过滤。至此过后污水中的大块头物体基本清除。（3）当细格栅液位达到控制要求，细格栅总水泵2开始工作。将细格栅的水抽送至沉砂池进行泥沙的沉淀。（4）一段时间的沉淀后，泥沙下沉，水和泥沙分离。在设定液位处开始往外送水。下沉的泥沙往外输送用于其他用途。（5）从沉砂池出来的水流入SBR池中。SBR池采用鼓风机曝气法，将水进行曝气处理并且进行搅拌，使其充分和池中的活性污泥发生反应。一段时间后上层水流出，池底的活性污泥留在池中继续使用。（6）从SBR池中流出的水基本污染已经消除，此时，流入消毒车间，对水进行下一步消毒，让水达到循环使用的标准。该池中的药物消毒采用无毒无公害产品。（7）从消毒池流出的水流入接触池中，让水中药物的气味和作用完全消失后打开总水阀，让清水流出。3.4 软硬件的选择3.4.1 水泵的选型水泵通常由工艺设计人员根据要求选择，电气工程师需要了解水泵的参数，以便设计控制电路，配备控制器件。本系统选用50SG-10-15型水泵，该水泵的主要参数如下：水泵的流量：10m3/h水泵量程：15m水泵功率：0.75kW水泵电压：380V，50Hz水泵转数：2800r/min水泵口径：50mm水泵的外观如图32所示。图32 50SG-10-15型水泵3.4.2 水阀的选型本系统的水阀只要求能进行通断控制即可，因此选择电磁阀即可满足要求。如图 33所示是ZCW型液用电磁阀外观，表31是ZCW型液用电磁阀的属性。图 33 ZCW型电磁阀表31 ZCW型液用电磁阀属性型号ZCW-1ZCW-2工作性质水、空气、油、瓦斯、煤气热水、低压蒸汽介质温度（）=80=125工作压力0-1.00-1.6额定压力（V）AC:380、220、110、50HZ/60HZ、DC:220、36、24、12功率（W）= 100 THEN总液位1 = 100 ENDIF /* 总液位1满后，处于相对平衡状态 */IF 总液位1 = 100 THEN 总提升泵 = 1 ENDIF /* 总液位1满后，总提升泵开始运行 */IF 总提升泵 = 1 THEN 总液位2 = 总液位2 + 1.5ENDIF /* 总提升泵开始运行，总液位2开始上升，其上升速度比总液位1快，所以两者处于相对平衡状态 */IF 总液位2 = 100 THEN 总液位2 = 100 ENDIF /* 总液位2满 */IF 总液位2 = 100 THEN 总水泵2 = 1ENDIF /* 总液位2满，总水泵2开始运行 */IF 总水泵2 = 1 THEN 总液位3 = 总液位3 + 2总污泥 = 总污泥 + 1ENDIF /* 总水泵2开始运行，总液位3开始上升，并且总污泥也开始增加 */IF 总液位3 = 100 THEN 总液位3 = 100ENDIF /* 总液位3满 */IF 总污泥 = 100 THEN 总污泥 = 100ENDIF /* 总污泥饱和 */IF 总液位3 = 100 THEN 计时器启动 = 1 AND 计时器复位 = 0ENDIF /* 总液位3满，计时器启动 */IF 总液位3 = 20 THEN 总污泥 = 总污泥 + 1ENDIF /* 总液位3达到20时，出现污泥 */IF 总污泥 = 100 THEN 总污泥 = 100ENDIF IF 总液位3 = 100 AND 计时时间 = 0 AND 计时时间 = 5 AND 总液位3 = 100 THEN 总液位3出水 = 1ENDIF /* 5S过后总液位3开始出水 */IF 总液位3出水 = 1 THEN 总液位4 = 总液位4 + 1ENDIF /* 总液位3开始出水，总液位4开始上升 */IF 总液位4 = 100 THEN总液位4 = 100ENDIF /* 总液位4满 */IF 总液位4 = 100 THEN 总液位