指導教師；彭軍
1 開篇
時光穿梭如箭，似水流年，輾轉冬春，即逝於夏。-----
begin
1.1 課題的提出
水和電是人類生活、生產中不可缺少的重要物質，在節水節能已成為時代特徵。我們這個水資源和電能源短缺的國家，面臨城市汙水肆意排放，生活用水水質日益下降，如何使水質達到日常生活、工業生產可靠性、穩定性的要求，直接影響著居民正常工作和經濟的發展。
隨著工業製造的迅速發展，儀器裝置對水質的要求也越來越高。傳統方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了工業系統中的用水。目前的供水方式應朝著高效節能、自動可靠的方向發展，基於plc電氣控制技術、電氣自動化技術於一體。
採用該系統進行供水可以提高供水系統的穩定性和可靠性，同時該系統具有良好的節能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統，對於提高企業效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現實意義。
1.2 水處理自動控制的發展前景
水處理自控系統的發展始終追隨水處理行業的發展趨勢，其目的是使淨水、汙水和中水回用的處理更加完善、控制更加準確、系統執行更加穩定、操作更加方便、系統執行效率更高、更加環保和節能。
1.2.2 水處理行業自動控制需求
針對水處理行業發展的趨勢，水處理行業對自動控制的需求主要有以下幾個方面：
plc及儀表開放的標準的通訊協議。由於現場裝置眾多，大部分需要通訊，而不是由乙個plc通過硬接線的方式採集所有裝置的訊號，實現控制。在短期內，需要plc能夠支援現場各種儀表和第三方廠家的通訊協議；從長期考慮，各種plc以及儀表能夠支援通用的開放通訊協議標準。
上位組態軟體豐富的驅動程式。在改造和擴建專案中，有很多情況是現場有幾家plc要與上位組態軟體通訊，上位組態軟體需要包含多家plc的驅動。即使在新建專案中，也要考慮之後的專案改造和擴建，需要上位組態軟體能夠具有豐富的驅動程式，能夠同時支援與多家plc同時通訊和畫面組態。
水廠執行節能環保。節能和環保是現代社會發展對各種工廠、產品的需求，在水處理行業同樣需要考慮到節能和環保的問題。這就需要plc的程式編寫能夠與現場工藝和裝置結合，使控制更加準確，使現場裝置在低能耗執行以及加氯、加藥適量的情況下滿足出水水質的要求。
plc裝置穩定執行。plc裝置能夠穩定執行，是對自動系統的基本要求，也是最高的要求。plc裝置有較強的抗干擾能力，平均無故障時間長，即使在系統故障的情況下，也能夠最低限度的減少故障損失。
提高現場除錯效率。由於汙水及中水處理專案大部分是bot專案，承包商需要最快的資金周轉週期，而自動系統的除錯是水廠正常執行除錯的最後乙個環節，這就需要現場除錯的效率高。效率主要體現在兩個方面，乙個是調節周期短，二是除錯效果好，系統執行穩定合理。
1.2.3 水處理行業自控系統發展趨勢
為適應水處理行業的發展趨勢，滿足水處理行業對自控系統的需求，水處理行業的自控系統在未來發展主要方向包含以下幾個方面。
1.2.3.
1 冗餘的控制系統結構由於水處理專案自動化控制對安全性的要求比較高，而現在通常應用的冗餘系統中，多數為雙機架冗餘，成本相對單機系統會提高一倍，而低成本、高可靠性的單機架冗餘方案將是plc在水處理行業發展的趨勢。採用單機架冗餘方案中，每套plc選用乙個冗餘的機架，兩個支援冗餘系統的cpu。冗餘系統配置主要目的是提高plc裝置執行的可靠性和穩定性，保證水廠不間斷的正常執行，保證出水水質。
1.2.3.
2 plc合理的通訊埠設定在水處理廠智慧型儀表與現場裝置整合的plc分布比較分散，通訊擴充套件介面應該可以，通過在主站以及從站任意槽位上增加通訊介面模組實現。即通訊介面模組的使用不能受到本地背板或遠端背板的限制。
1.2.3.
3 組態軟體豐富的驅動程式組態軟體應開發各種廠家的plc、儀表、移動通訊裝置以及其他具有通訊功能的自控裝置的驅動程式，以便在專案改造、擴建過程中上位組態軟體與下位自控裝置相容，使水處理專案可以通過乙個組態軟體實現對現場所有工藝進行監控，提高系統的整合度和現場工作人員的工作效率，同時降低專案成本
1.2.3.
4 專業程式模組由於水處理工藝多樣性，針對不同規模、不同工藝的水處理廠應該開發專業的程式模板。在plc以及組態軟體功能日趨完善，產品質量也逐步提高的情況下，誰能夠為客戶提供更加完善的服務將成為成敗的主導競爭方式。
1.2.3.
5 資料分析、技術支援在水廠的管理上，除了要能夠支援遠端監控，還要將現場io伺服器採集的現場資料長時間的儲存，使用專業的資料分析軟體對現場資料進行分析，從而得出最佳的執行引數，根據這些引數修改現場控制站的程式。
1.2.3.
6 遠端監控在水廠控制中心通過聯網發布軟體實現監控介面。將來plc程式設計軟體實現遠端登入也是乙個發展趨勢，程式設計人員可以在任何能夠登入internet的地方修改plc程式，進行遠端除錯。
1.3 plc概述
1.3.1 可程式設計控制器的定義
可程式設計控制器，簡稱plc(programmable logic controller)，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。在2023年國際電工委員會(international electrical committee)頒布的plc標準草案中對plc做了如下定義:「plc是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。
它採用可以編制程式的儲存器，用來在其內部儲存執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，並能通過數字式或模擬式的輸入和輸出控制各種型別的機械或生產過程。plc及其有關的外圍裝置都應該按易於與工業控制系統形成乙個整體，易於擴充套件其功能的原則而設計。」
本設計是以工業用水處理系統為控制物件，採用plc控制技術，設計了一套滿足工業水質要求的自動化水處理系統，並利用觸控螢幕對水處理系統執行狀態進行實時監控和管理，保證整個系統執行可靠，安全，獲得最佳的執行狀態。
plc控制的水處理系統主要有可程式設計控制器、液位計、電磁閥、高低壓力開關和現場的水幫浦機組一起組成乙個完整的水處理系統，本設計中有3個貯水池，3臺水幫浦，採用部分流量調節方法，即3臺水幫浦中只有1臺水幫浦在變頻器控制下作變速執行，其餘水幫浦做恆速執行。plc根據管網壓力自動控制各個水幫浦之間切換，並根據壓力檢測值和給定值之間偏差進行pid運算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調節流量，使供水管網壓力恆定。各水幫浦切換遵循先起先停、先停先起原則。
根據以上控制要求，進行系統總體控制方案設計。硬體裝置選型、plc選型，估算所需i/o點數，進行i/o模組選型，繪製系統硬體連線圖：包括系統硬體配置圖、i/o連線圖，分配i/o點數，列出i/o分配表，熟練使用相關軟體，設計梯形圖控制程式，對程式進行除錯和修改並設計監控系統。
2 系統的理論分析及控制方案確定
2.1 水處理自動控制系統的控制要求
2.1.1 系統控制
採用plc控制方式實現自動控制，設有手動／自動轉換功能。
可以隨時根據系統各裝置的執行狀況對系統的控制方式及工藝引數進行調整。
在手動方式下，對各單元（如自動閥，水幫浦）進行獨立操作。
生產過程中系統出現故障時，及時發出警報。
主要的工藝引數（如壓力，電導率等），均可直接在盤面或現場儀表上讀出，實時了解系統各裝置的執行引數。
2.1.2 報警及保護
高液位報警：原水箱、中間水箱、純水箱水位高過高設定值，發出高液位訊號，受控單元停止工作。
中液位報警：原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過中設定值，發出中液位訊號，受控單元啟動工作。
低液位報警：原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過低設定值，發出低液位訊號並停止出水幫浦。
高壓幫浦低壓保護：進水壓力低於低壓開關設定值，發出水壓低訊號並停止高壓幫浦及ro系統。
高壓幫浦高壓保護：進水壓力高於高壓開關設定值，發出水壓高訊號並停止高壓幫浦及ro系統。
水幫浦故障報警：水幫浦熱繼電器動作，發出故障訊號，並停止故障幫浦
2.1.3 手動／自動轉換功能手動操作方式
主要用於應急或檢修，以保證生產供水需求自動操作方式：平時正常工作普遍採用的方式，其整個工作過程不需要人員干預，全自動執行。
2.1.4 系統單元控制
預處理單元石英砂過濾器、活性炭過濾器為全自動操作執行和反洗。
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