基于PLC的水厂滤池控制系统设计.doc

基于PLC的水厂滤池控制系统设计
毕业设计指导书
毕业设计是本科教学计划的最后一个重要环节，是落实本科教育培养目标的重要组成部分。其重要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析、解决实际问题的能力，是学生从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练。本设计是以水厂滤池为控制对象，设计一套以PLC 为控制主体的水厂滤池控制系统。要求设计者以严肃认真、一丝不苟的态度对待这次设计，通过这个环节的学习，提高学生独立分析问题、解决问题的实际能力，学生应在系统设计、计算、工程绘图、实验、计算机使用、编制技术文件等方面的能力得到训练和提高。
一、毕业设计的题目、任务和要求
1. 题目：基于PLC的水厂滤池控制系统设计
2. 任务：
(1) 总体控制方案设计；
(2) 绘制水厂滤池控制系统原理图；
(3) 系统硬件设备选型、PLC选型和I/O模块选型；
(4) 绘制系统硬件配置图；
(5) 绘制输入输出接线图；
(6) 编写输入输出定义表；
(7) 编写程序流程图，设计梯形图控制程序；
(8) 用组态软件设计监控系统；
(9) 总结各种资料和经验，编写技术文件；
(10) 写毕业设计报告（包括说明书和相应图纸）、准备毕业答辩。
3. 目的、要求
(1) 巩固、联系、充实、加深、扩大所学基础理论知识和专业知识；
(2) 掌握专业设计工作的流程、方法和步骤；
(3) 增强计算、绘图、编制技术文件的能力；
(4) 提高运用所学知识分析、解决实际问题的能力；
(5) 通过毕业实习、毕业设计及毕业答辩全过程的训练，加强师生之间交流，培养学术研讨的好学风；
(6) 培养学生严肃认真、刻苦钻研、实事求是的工作作风；
(7) 要求学生遵守作息时间，遵守学校的各项规章制度，确保毕业设计顺利地、高质量地完成。
二、毕业设计的一般步骤和基本内容
1. 收集并整理设计所需原始资料，为确定设计方案作准备。
2. 有针对性地复习掌握与本设计相关的内容，如“过程控制工程”、“可编程序控制器原理与应用”、“自动控制原理”、“交流调速系统”、“电子技术基础”、 “计算机控制系统”等。
3. 根据控制要求确定控制方案
某水厂滤池部分由8个V型滤池组成，每个滤池尺寸为6m×6m×6m，滤料采用单层1.4m加厚均粒石英沙滤料。设计滤速为9m/h，气冲强度为15.3L/s·m2，水冲强度3.8 L/s·m2。每格滤池设置一个现场PLC，主要功能是完成滤池的自动反冲洗和恒水位过滤控制。在正常的过滤条件下，生产工艺要求将水位的波动限制在400±2cm的范围内实现等速恒水位过滤。当滤池的运行满足了反冲洗的条件(运行周期到、水头信号或强冲信号)，需要进行反冲洗，以去除滤料层的杂质。按要求，每次只有一格滤池反冲洗，当多格滤池同时要求反冲洗时，系统自动按照先进先出的原则排队进行。
滤池正常过滤时，为实现恒水位过滤，设计以出水流量为控制参数的滤池液位PID控制系统。
当系统接收到手动强制冲洗信号、水头损失信号、定时冲洗信号中的任一个指令时，进行单格滤池反冲洗。首先关闭进水阀，滤池内部的存留水经出水阀继续过滤排除，当水位降至设定的反冲水位时(0.35m)，关闭出水阀并打开排污阀，排污阀的信号到位后打开反冲气阀，启动风机进行气冲6min，然后关闭鼓风机，关闭反冲气阀。打开反冲水阀，开启反冲水泵，水洗6min，完成后关闭反冲水阀、停水泵，关闭排污阀、开启进水阀接受待滤水。当水位升到接近过滤恒水位时，滤池反冲洗正式结束，系统转入正常的过滤程序。
在中控室设置主控PLC，其主要的功能是负责和各现场的PLC通信，收集反冲洗水泵、鼓风机等反冲洗设备信号，协调各格滤池的反冲洗。
三、系统硬件设计
根据控制要求，确定总体控制方案后，先进行系统硬件设计。主要包括以下内容：
1. 合理选择硬件设备；
根据控制要求，合理选择传感器型号、精度、量程；合理选择执行器型号和规格。确定其它电气元件型号和数目。
2. PLC选型；
3. 估算所需I/O点数，进行I/O模块选型；
4. 绘制系统硬件配置图；
5. 绘制输入输出接线图。
四、系统软件设计
1. 根据硬件连接情况，编写输入输出定义表；
2. 根据控制要求，编写梯形图程序；
3. 对程序进行调试和修改。
五、控制算法及参数整定
根据所设计的控制方案和被控对象模型，合理选择控制算法并进行参数整定，使系统性能满足控制要求。
六、监控系统设计
利用组态软件设计该系统的监控画面，包括流程图画面、实时参数显示画面、PID参数整定画面、趋势图画面等。
七、编制技术文件
毕业设计的技术文件主要包括毕业设计论文（说明书）和相关图纸两个部分。
1. 总结整理设计过程中的各种资料和经验、教训；
2. 编制毕业设计（论文）说明书：
(1) 篇幅在1.5～2万字；
(2) 设计书（论文）完整，系统性强（有目录、前言、中英文摘要、正文、结束语、主要参考文献等部分）；
(3) 中、英文摘要约300字，关键词3～5个；
(4) 内容正确、文笔流畅、层次分明，格式规范；
(5) 文字录入：手写时要求字迹规范、不得潦草，图纸清晰、整洁，不得有涂改；计算机打印的必须进行细心的排版，每页须有页码。所有插图必须一一绘制，不得用拷贝过来的图。
(6) 毕业设计说明书装订要整齐、美观，封面和内页的设计任务书必须用碳素黑色墨水、宋体或楷体认真书写，不得潦草涂改。
3. 绘制相关图纸，要求：
(1) 图纸规格符合国家标准，标题栏规格统一；
(2) 图面布局合理，线条均匀、字迹规范，整洁清晰；
(3) 如用计算机绘制，必须保证图纸中的器件清晰可见；
(4) 图中各元件必须标注字母名称和相应的参数大小。
4. 查阅文献资料在8篇以上，其中外文资料不少于2篇，其中一篇译成中文（不少于3000汉字），外文翻译用毕业设计用纸书写，译文与外文原文一起装订成册。
七、准备答辩
完成整个设计工作后，要对所做设计进行全面总结，对设计中的每一个部分进行充分仔细的准备。其中包括你所设计系统的特点，存在的问题，解决的办法，未来的发展等等，写成15分钟左右的发言稿，准备答辩中用。
八、时间安排
本学期毕业设计共十六周，具体安排如下：
1-2周：复习“过程控制工程”、“可编程控制器原理与应用”、“自动控制原理”、“交流调速系统”、“电子技术基础”、 “计算机控制系统”等相关内容；
3-4周：查阅相关资料，确定总体设计方案；
5-6周：熟悉PLC及其相关模块、网络，进行系统硬件设计；
7-9周：熟悉PLC相关软件，进行系统软件设计；
10-11周：程序调试；
12-13周：监控系统设计；
14-15周：编写毕业设计技术文件：说明书和图纸；
16周：准备答辩，对设计内容进行总结，弄懂各部分的原理及系统的工作过程，写出毕业答辩的发言稿，做到心中有数，应对毕业答辩。
其中包括2周毕业实习。
九、设计任务书
1. 设计题目：基于PLC的水厂滤池控制系统设计
2. 原始参数：每个滤池尺寸为6m×6m×6m，滤料采用单层1.4m加厚均粒石英沙滤料，设计滤速为9m/h，气冲强度为15.3L/s·m2，水冲强度3.8 L/s·m2，滤池水位控制在400±2cm，过滤和滤池反冲洗两个子过程间隔时间为24h。
3. 任务要求：设计一套系统，包括系统硬件、软件和监控系统设计。
4. 性能指标：滤池水位控制在400±2cm，超调量10％，调节时间60s，滤后水浊度<0.7NTU(滤池进水浊度<10NTU)。
5. 毕业设计成果：设计说明书一本，图纸一套。
6. 任务下达时间：2.20，完成时间：6.16。
十、主要参考书（资料）
1.过程控制系统 邵裕森主编 机械工业出版社
2.可编程控制器教程 胡学林主编 电子工业出版社
3.交流调速系统 陈伯时等编著 机械工业出版社
4.电力电子技术 周明宝等编著 机械工业出版社
5.可编程序控制器原理与应用 宋建成主编 科学出版社
6.电力电子技术 王旭光等编著 中国矿业出版社
7.PLC相关资料
十一、毕业设计学生：
指导教师：高宏岩