基于工业以太网的多PLC污水处.docx
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基于工业以太网的多PLC污水处.docx
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基于工业以太网的多PLC污水处
常州信息职业技术学院
学生毕业设计(论文)报告
二级学院:
电子与电气工程学院
专业:
电气自动化技术
班号:
科大电气141
学生姓名:
张勇
学生学号:
1406233121
设计(论文)题目:
基于工业以太网的多PLC
污水处理系统
指导教师:
陈娇
设计地点:
常州信息职业技术学院
起迄日期:
2016.6.2~2017.4.30.
毕业设计(论文)任务书
专业电气自动化技术班级科大电气141姓名张勇
一、课题名称:
基于工业以太网的多PLC污水处理系统
二、主要技术指标(或基本要求):
通过自动化系统S7300PLC对污水处理厂进行改进,使用wincc组态监控对污水处理厂进行整个环节的监控与控制,减少人力的消耗,中间运用以太网对PLC和上位机之间进行通讯。
三、主要工作内容:
(1)讲述现如今污水处理的趋势。
(2)介绍工业以太网以及它的安全性。
(3)介绍整个污水处理的流程。
(4)对部分环节进行具体介绍。
(5)PLC的选型和硬件搭建,整个程序的详细介绍。
(6)组态软件上位机的监控。
四、主要参考文献:
[1]辛亭,白东坡,宋晓兰.基于PLC的污水处理控制系统[J].中国科技信息,2011,08:
37-38._______________________________________________________
[2]丁鑫,王乐清.生活污水处理的PLC控制系统设计[J].工业控制计算机,2011,05:
8
9-90.
[3]宋青,王文成.基于工业以太网多PLC的污水处理控制系统[J].自动化与仪表,2011,
06:
28-32.
[4]姜路,杨丽芳,张文波,王强,严荣.PLC在MBR膜生活污水处理系统中的应用[J].中国给水排水,2011,10:
76-78.
学生(签名)20年月日
指导教师(签名)20年月日
教研室主任(签名)20年月日
二级学院领导(签名)20年月日
毕业设计(论文)开题报告
设计(论文)题目
基于工业以太网的多PLC污水处理系统
一、选题的背景和意义:
随着信息网络技术的提高和以太网技术本身的逐步完善,自动控制通信技术的大趋势已经逐渐转向基于工业以太网的的工业控制控制网络了。
目前为了能够提高效益,减少人力,将自动化控制应用于污水处理,对污水处理行业有极高的改善效果。
我国想要改善环境质量与人民的生活环境就必须加大我国生活污水处理的效率与力度。
而PLC以其适用范围广、安装便捷、性价比高、方便可靠等许多优点,在当今的工业中已经得到了越来越多的应用。
成为了许多工厂的首要选择。
由此,研究一个基于PLC的生活污水处理系统的设计,将会使生活污水处理起来更为方便便捷,具有很深的意义。
二、课题研究的主要内容:
(1)介绍污水的处理的基本流程,其中囊括了工业污水以及生活的污水在如今是如何进行处理、进化的流程。
(2)对PLC的基本结构已经PLC的工作原理进行介绍。
(3)对现如今的工业污水以及生活污水处理系统进行深入的研究以及分析。
(4)具体研究工业污水、生活污水的处理系统并确定控制系统整体的设计思路。
(5)确定好系统的整体控制,根据控制中要实现的要求进行I/O点数的设计,再根据要求选择PLC型号,编写I/O分布表或I/O端子的接线图。
(6)根据控制的要求画出流程图,在电脑上学习使用PLC编程软件,并根据自己画出的流程图编写出梯形图,再进行修改,最后进行编译调试。
三、主要研究(设计)方法论述:
(1)翻阅、查找书本上、网上对现如今的工业污水已经生活污水处理系统的介绍。
并对重要点进行笔记记载。
(2)参考书籍研究PLC如何编写程序、设计程序。
(3)在生活污水处理厂中观察他是如何进行污水操作的。
例如:
处理池如何进行先处理大块的杂志,再是如何进行小颗粒物体的分离等。
并对其不良处进行笔记记载。
(4)根据自己所学PLC编程结合现在污水处理系统的操作以及其不良处进行改善然后编写出一套PLC程序。
(5)运用仿真软件,写入PLC程序进行机电连接,运行模拟研究。
四、设计(论文)进度安排:
时间(迄止日期)
工作内容
2016.6.2~2016.9.4
指导教师布置任务:
共同制定相关指导措施、时间进度、联系方法等。
2016.9.5~2016.9.30
学生按要求撰写开题报告,并得到指导教师批准后进行课题的研究实施。
2016.10.1~2017.2.18
进行毕业设计课题研究及毕业论文撰写,含理论研究与实际项目的软硬件设计、编程、调试、运行等内容。
2017.2.19前
上交中期检查表。
2017.2.20~2017.3.29
继续进行论文撰写,提交初稿交指导教师初审,通过后进行第一次查重。
2017.3.30~2017.4.19
修改并提交毕业设计论文,指导教师审阅通过后进行第二次查重。
2017.4.20~2017.4.27
指导教师审核毕业设计及查重情况,学生修改形成终稿,组织答辩。
2017.4.28~2017.4.30
根据答辩意见进行论文修改,汇总论文相关资料,资料归档。
五、指导教师意见:
指导教师签名:
年月日
六、二级学院意见:
签名:
年月日
基于工业以太网的多PLC污水处理系统
目录
摘要
Abstract
第一章前言1
第二章污水处理的发展现状及趋势2
2.1PLC污水处理系统的基本介绍2
2.2污水处理的发展现状及趋势2
第三章工业以太网污水处理系统的目的和意义3
3.1工业以太网的介绍3
3.2工业以太网的安全性3
第四章系统整体设计5
4.1污水处理系统的总系统流程5
4.2系统的具体设计5
第五章污水处理系统的硬件9
5.1通讯9
5.2硬件选型9
第六章污水处理系统软件设计10
6.1PLC设计11
6.2PLC选型12
6.3PLC部分程序图12
第七章上位机的监控.15
7.1WinCC的简介15
7.2WinCC的主要特点15
7.3上位机的监控15
结束语17
参考文献
答谢辞
摘要
随着信息网络技术的提高和以太网技术本身的逐步完善,自动控制通信技术的大趋势已经逐渐转向基于工业以太网的工业控制网络了。
所以,以太网技术普遍用于管理层已经成为现如今的焦点。
本文根据污水处理的工艺特点和技术上的要求,设计了基于工业以太网的污水处理控制系统,该系统在过程监控层次采用工业以太网进行通讯,成功的实现了上位机+PLC+工业以太网的分布式监控。
选用性能相对稳定、抗干扰能力强、带静电保护和过热保护的工控机作为上位机。
选用SIEMENS公司的。
上位机监控是将应用于整个污水处理系统的PLC的操控环节,通过工业以太网的方式将整个流程画面传输给PC主机的显示器,此监控系统中设计了主系统、仪表参数显示、格栅系统、调节沉砂池、污水提升系统、水处理综合厂房和污泥处理系统几个操作画面,实现了现场设备通过上位机的监控。
关键词:
污水处理工业以太网PLC
Abstract
WiththeneedofChina'seconomicdevelopmentandstrategiesforsustainabledevelopment,wastewatertreatmentmoreandmoreattention.Distributedcontrolsystemappliedinsewagetreatmentplantscanenhancetheoperationalstabilityofthesystemtoincreaseefficiency,saveenergy,improveeconomicefficiency.Basedonthecharacteristicsofsewagetreatmentprocessandtechnicalrequirements,thedesignofsewagetreatmentcontrolsystembasedonindustrialEthernet,thesystemintheprocessofmonitoringtheuseofEthernetcommunication,successfulimplementationofindustrialEthernetPC+PLC+distributedmonitoring.Choosestableperformance,goodanti-interferenceperformanceofIPCasaPC.SelectionofSIEMENScompanyWinCCofindustrialcontrolconfigurationsoftwareonthePCmonitorfunctionforconfiguration,designprocess,records,alert,report,parametersettingoperationscreen,realizedthefielddevicemonitoring
Keywords:
wastewatertreatmentindustrialEthernetPLC
第一章前言
对我们人类来说,水是生命之根本,血液主要成分就是水,因此它对人类的生存至关重要。
在一般的成年人身体内水占比是60%,对于普通的孩子体内水占比是80%,人的生命力很强大,在野外不进食只是消耗自身的营养,活上一个月问题不大。
然而如果不喝水,三天内出现严重脱水症状,7天则会出现生命危险,由此能看出水是如此之重要。
家喻户晓,华夏国历史悠久,人口众多,但是人多用水量就随之增大,也就造成了水资源的短缺,现如今我国面临着水资源严重短缺的威胁。
如何将污水进行处理与净化后再循环利用已成为当今社会的一个重要的问题。
世界中的发达国家已经很有效的完成了污水的处理,在美国,污水处理厂就很密集,每一万人中就有一座,而在中国,庞大的人口数,却一座污水处理厂得治理150万人口的生活污水。
因此,我国想要改善环境的质量与人民的生活的环境就必须加大我国生活污水处理的效率,加强力度。
而PLC以其适用范围广、安装便捷、性价比高、方便可靠等优点,在当今的工业中已经得到了越来越多的应用。
成为了许多工厂的首要选择。
由此,研究一个基于PLC的生活污水处理系统的设计,将会使生活污水处理起来更为的方便便捷,具有很深远的意义。
污水处理控制系统中应用以太网通信,将现代网络通信技术的发展优势充分发挥在工业技术控制通信里,能够有效的提高效率。
第二章污水处理的发展现状及趋势
2.1PLC污水处理系统的基本介绍
在二十世纪以前,九十年代之初,国内的科技水平还没有那么高,污水处理厂大多还是人工手动化控制和极少数的计算机半自动化控制。
很快的,计算机技术在九十年代中期迅猛的发展起来,自动化技术的应用在污水处理厂也得到了普及和提高,PLC、上位机的监控也慢慢的普及开来。
尤其是近来几年,新型的污水处理厂大部分采纳了计算机自动化操控技术。
可是,由于目前的技术水平不够,科研资金欠缺等各种客观因素的存在,依旧有很多中小型污水处理厂的自动化水平仍然很低,系统的运行达不到理想的稳定状态。
2.2污水处理的发展现状及趋势
中国水环境污染和水资源的短缺,促进了污水处理项目的快速建设和发展。
城市污水处理系统所处的社会效益庞大,但是其运行资本极大,经济效益差。
随着国家经济的不竭发展以及自动化程度的慢慢提高,此类应用在各阶层已经普及开来,在污水处理这一方面,自动化系统施展了其自身强大的优势。
污水处理的半自动甚至全自动化通过计算机操控技术实现了,成功的把污水厂的技术管理水平提高了上去,充分合理管理使用和分配处理设施,具有实际的重大意义。
通过计算机技术,能够追踪监控长久改变的水处理状况,检验不同时段的水质量指标数据,通过上位机将数据显示出来,之后对这些数据进行相应的计算处理,并能够永久保存记实下来,以备查阅。
对数据剖析趋向,为了便于对流程中的一些数据参数设备做出调整,经济化运行,节省能耗。
采取计算机代替人工,还尽量避免了事故,担保了安全,很多人工做不了的事情也能够完成了同时减少了工作强度,人力也省了不少,增加了生产的可靠性。
电脑操控技术的开支没有普通的仪表操控的开支高,所需的保养工作也少。
欧洲国度部分大城市的污水处理厂已通过计算机用于数据记载和运行过程操控,以致实现全自动化无人看守操控模式。
例如美国的阿华污水厂,在一九七几年开始用微型计算机操控整个污水处理系统,1975年用计算机操控家矾,运行仅仅一年矾的消耗量减小了20个百分比,同时水质也得到了保障,管理层的水平也进一步提高。
还有一些亚洲国家同样早早的引进计算机操控系统,也先后采用计算机自动操控污水处理厂工艺,取得较为成功的效果。
而今很多美国的大中型的污水厂均通过一系列集散型的自动操控系统来进行操作。
在厂区的现场放置有几台计算机专门用来对整个系统进行环路操控,其中包括沉淀,过滤、臭氧处理、泵房等。
放置在中央控制室内的电脑主机能够从每个现场计算机中收集数据,同时从计算机上显示提供相应的图标显示、液位报警、污水处理的曲线图等。
在电子自动操作系统发生故障时,每一个自动操控过程都能够切换成手动操控。
我国国内污水处理技术相对滞后于其他发达国家,大多数是手工仪表操作,但是同样的部分城市污水处理已经引进计算机操控的半自动化或全自动化,取得了一定的经验。
所以计算机操控的自动化污水处理是该行业发展的必定走向。
第三章工业以太网污水处理系统的目的和意义
3.1工业以太网的介绍
工业以太网(IndustrialEthernet)是按照国际标准,开发用于工业应用的一种单元化网络,通过它能够使自动化系统批次之间通讯,并为计算机主机和工作站提供各种不同的通讯,它的通讯性能很强,开放式的网络环境将有希望在此实现大规模推广。
相对于现场总线而言,兼容性是工业以太网所具有的最大特点,能够实现交换、全双工输出,其带宽也能够达到10M/S~1000M/S,主要运用于产业环境下的网络系统。
工业以太网应用于自动化专业拥有以下几个优点:
所需成本低、容易与互联网集成和受到了普遍技术支持等。
随着互联网技术的不停发展,工业发展如今的标准实则是以太网,传输控制协议的便捷实用已被众多用户所接受,基于传输控制协议的工业以太网能够满足工业网络中每个分层的需求。
以太网通讯技术已经不仅此于使用在办公化范围,而且在其他企业管理层也逐渐的普及开来。
因为它成熟是技术,电缆连接和设备接口价格低廉,带宽也在迅猛的上涨,尤其是在快速以太网和交换式以太网的出现后,使得人们开始倾向于物美价廉的以太网,而不是价格昂贵的那些专用的总线设备。
3.2工业以太网的安全性
信息系统能够在正常的持续不变的稳定环境下运行,以及组成信息网络的那些硬件、软件还有数据信息等不会被无意或者是恶意的攻击而导致泄露或更改甚至毁坏的特性即是信息的安全性。
信息的安全性主要包括以下几个方面:
1.保密性:
能够让使用者的信息不会对外走漏给XX的人;
2.完整性:
确保信息能够实际的,清晰的进行发送和接受,防止XX的的使用者进行修改信息,是信息保存完整;
3.可用性:
使用者被信息系统真实的授权并为其服务,预防别的原因(网络攻击,病毒)造成信息系统不承认用户并拒绝对其服务,或被非授权用户使用;
4.可控性:
能够有用地实际地监视信息及信息系统的安全;
5.不可否定性:
使用者的每一个操作都会被记录,使该使用者不能够否定自己的操作记录。
威胁往往来自自身的内部跟外部,工业以太网的信息安全威胁就来自这两个方面。
来自外部网络的蓄意攻击就是属于外部因素,由此需要防备此类事情;限定XX的终端在外部对内部网络的资料进行访问权;对于内部因素产生的威胁,内部网络的潜在威胁就需要防范,还得防范XX的终端对控制系统资源的访问权。
此外,还需要建造一些抢修通道,专门给工程师、现场技术人员还有供应商用来提供远程技术支持和故障检修,为工业控制系统的维护提供便捷。
可采取以下的几个措施来提升网络的信息安全性:
(1)交换机可用用户名账号密码登陆的专项访问机制;
(2)为防止XX的使用者从交换机中未使用的接口接入,可通过交换机的管理功能关闭这些接口;
(3)可绑定设备的IP地址和其占用的端口,在安全性要求很高的系统中这种方法可有效的防止外部的非法访问。
工业以太网的本质安全是指网络设备的防爆性能和防护等第。
易燃、易爆有腐化作用的物质在工业现场是避免不了的。
恶劣的现场工业环境避免不了,那么就得采取措施应对,设备的防爆性能就变得很重要,因此可使用防爆及高防护等级的通讯设备来应对,以确保工业现场的通讯安全。
下面是几个典型的防爆设备类型:
(1)隔爆型结构
隔爆型结构是以防止易产生电弧或电火花的装置为目的的结构。
隔爆型结构除了能够防止火源的传出,它的外壳还拥有耐冲击性。
所以,在工业中,这种结构很受欢迎,运用很普遍。
(2)增安型结构
增安型结构在防爆设备上使用越来越广泛。
它是在增加一系列的安全措施的情况下,降低设备产生的火花或者电弧的可能性;或者把设备内的温度控制在易燃易爆点以下,使电弧根本达不到燃点,因此来达到防爆的目的。
(3)正压型结构
正压型结构,其实就是利用气体压力的原理,即易燃易爆的气体的压力没有设备内部的保护气体的压力大,也就达不到爆炸的条件;另一种是往设备内充入不会爆炸的保护性气体,稀释掉易燃易爆气体的浓度,同样达到了防爆的目的。
(4)充填型结构
顾名思义就是往设备里装填一些防爆材料来达到目的,如沙子,防爆粉末等等,这样把电弧电火花与易燃易爆物品隔离开了也就达不到爆炸的条件了,从而实现了防爆。
(5)本质安全型结构
本质安全型结构大多都被用在一些测量的小型仪表里和弱电回路中,它的组成简单,不会产生电弧或电火花,所以就达不到点燃易燃易爆的条件了,安全性非常高。
综上所述,工业以太网的本质性安全要提高,关键是要改进设备自身结构,降低设备消耗。
实际上以太网设备的消耗都很大,以太网设备的低消耗想要实现其实很困难。
所以,现在工业以太网大多都采用隔爆、增安、正压以及填充等的措施来防止电弧电火花点燃易燃易爆物品,从而保障了设备的安全性以及在场工作人员的安全。
污水处理控制系统中应用以太网通信,将现代网络通信技术的发展优势充分发挥在工业技术控制通信里,能够有效的提高效率。
第四章系统整体设计
4.1污水处理系统的总系统流程
概述
如今在污水处理厂中,被普遍采用的技术是格栅加旋流沉砂,来实现对污水里泥沙和其他杂质的处理;而其中的生化处理是用氧化沟实现的;污泥处理是用加药以及带压滤机压缩脱水完成的。
如图:
图4.1总程序流程图
4.2系统的具体设计
如下是粗格栅的系统控制图:
图4.2粗格栅系统控制图
粗格栅通常污水厂会准备两套,一套使用一套则是备用,还有一台通用的无轴螺旋运送压榨机。
两条格栅的栅道前面跟后面都设置有一套手动电动两用的闸门。
将两台超声波液位探测器分别设置在两套细格栅的栅前和栅后。
(1)粗格栅井
污水中的大型垃圾,如粗大树枝、塑料瓶、漂浮物进入粗格栅后会被粗格栅拦截去除,垃圾进入压榨机进行压榨后被清理车集中清理外运,过滤后的较为干净的污水则被排放入污水提升泵。
每日栅渣量如式子
W1----栅渣量,m3/103m3(污水),格栅间隙为16~25mm时,W1=0.10~0.05;
格栅间隙为30~50mm时,W1=0.03~0.01
Kz----生活污水流量的总变化系数。
(2)污水提升泵房
在粗格栅井后设置一个湿式污水泵房即污水提升泵,占地面积8.0×6.0m2,深度9.1m,污水提升泵准备4台放置于泵房内,流量400m2/h。
由摆放于提升泵房内的一台超声波液位计来收集液位,污水泵的运行、停止和运行的机器个数也通过污水的液位来操控。
污水通过处理提升后,进行下一步的细格栅井的处理。
(3)细格栅系统控制图
图4.3细格栅系统控制图
细格栅系统操控与粗格栅系统是类似的,其中此系统中需要主负责操控转鼓清污机和细格栅机,流程图如图所示。
整个工作流程包括下面几个方面:
1)电源开启后,转自自动开始运行,细格栅机随后启动,20分钟延时开始计时。
2)20分钟延时到,系统检测到,停止运行细格栅机,定时2小时开始。
3)2小时延时到,再次启动细格栅机,运行20分钟,之后重复进行。
4)当液位计检测到液面所在高度超过了预设定的数值时,清污机开始启动,开始降低液面高度。
5)当液面的高度降到先前所设定的值时,清污机停止运行,整个细格栅流程系统结束。
(4)细格栅井
进水泵房后面设置一座细格栅井,格栅的栅条间距为5毫米,宽度为1米,一共2条栅道,每条栅道放有阶梯式的细格栅1套。
栅前水深为1.0m。
在栅渣的控制点和污水处理的出口处摆放一台无轴螺旋输送压榨机。
细格栅的前后都设置有一个手动的插板式闸门,是为了以后检查时方便。
给每一台细格栅都配置了一套液位差传感器,用来丈量栅前栅后的液位差,能够通过这个液位差来操控设备的运转。
污水经过细格栅后,此中的皮毛、小树枝、纸片等细小的垃圾被细格栅阻挡掉,并进行集中处理。
(5)氧化沟系统
氧化沟系统主要由氧化沟和污泥回流系统两大环节组成。
污泥回流泵系统则是主要由污泥回流泵构成。
污泥回流系统控制方案
污泥回流系统的污泥回流泵的启停状态是由液位传感器控制的,它将残剩的污水和污泥集中处理。
当液位低于指定的某个值时,就需要停止该回流泵的运转了;当液位连续高于一个指定的高位时,回流泵此时停止运转并向控制台发送报警信号,液位处在正常的状态时,回流泵正常运转。
(6)沉砂池设备运行的程序控制
在联动状态时,排沙机将受控于沉砂搅拌机,之后自动进入运行状态,排砂机固定时长(可调)沉砂,当设定时间到达,转阶段进入定时(可调控)运行阶段,排沙机开始运行进入排沙阶段,并发送出一个控制信号指令沙水分离器开始工作,如此不断循环,直至搅拌机停止时才停止。
整个过程中,粗、细格栅的启停都是根据污水的液位差来决定的,由于污水的腐蚀性较强,所以本系统中采用的是超声波液位差传感器,这样就避免了液位差传感器被腐蚀而变得无法使用。
4.
第五章污水处理系统的硬件
5.1通讯
本系统将PLC于上位机通过以太网通讯进行数据传输与监控,交换式以太网,担保了系统的传输效率性,去除了网络冲突。
从对现场监控的实时操控来说,其网络传输的过程延时不得大于系统自身所允许的最大值。
载波侦听多路访问/冲突检测(CS-MA/CD)的介质访问是传统以太网的传输方式,因此根本上做不到传输的实时性。
但是以太网的确定性能够从三个方面来取得:
第一点是限定以太网的流量;二是其通讯方式可采用主站从站的通讯方式;三是采用自身的以太网交换机。
这里,系统采用了以太网交换机把整个网络拆成了许多个冲突域,以此消掉了冲突,实现了确定性。
5.2硬件选型
5.2.1
- 配套讲稿:
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