自控工程课程设计 水处理系统.docx
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自控工程课程设计水处理系统
目录
第1章工程实例1
1.1工程背景及说明1
1.2CAD流程图2
第2章标准节流装置设计及计算程序设计3
第3章调节阀选型及计算5
第4章课程设计心得8
参考文献9
附录10
第1章工程实例
1.1工程背景及说明
我国是个缺水的国家,人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4。
而且我国的水资源在时空和地域分布上的分布不均匀,更加重了实际的缺水情况。
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的自来水处理厂,来改变目前水资源紧缺且污染的现状。
我国城市污水处理事业是在80年代初逐步发展起来的,经过几十年的发展已经初具规模。
但是,与国外同期的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。
随着全球能源供应紧张和对自动化程度要求的不断增加,我国的自来水处理厂必然向着高度自动化和无人职守的方向发展。
环境保护问题日益成为影响和制约人类社会发展的因素之一。
随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加,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,建立高度自动化的自来水处理厂是解决供水问题的有效途径。
PLC作为一种新型的工业控制器,以其通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点,在工业控制中得到越来越广泛的应用,在自来水处理中也得到一定程度的推广,而且在其稳定性、高自动化程度的不断加强,使得其成为城市自来水处理自动化方面的首选。
铁岭发电厂循环冷却水系统目前采用的处理方式为单一的加入阻垢缓蚀剂进行水质稳定处理。
该处理方式可维持循环水浓缩倍率3.0运行,实际运行情况是夏季冷却水塔蒸发损失率1.6%,全年平均蒸发损失率1.2%。
表1中列出了300MW机组的不同浓缩倍率下的排污率及排污量。
表1-1300MW机组不同浓缩倍率下的排污率与排污量
浓缩倍率K
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.5
4.0
4.5
5.0
6.0
7.0
平均排污率P2
2.0
1.5
1.2
1.0
0.86
0.75
0.67
0.6
0.55
0.48
0.4
0.34
0.3
0.24
0.2
平均排污量t/h
600
450
360
300
257
225
200
180
164
144
120
103
90
72
60
最大排污率%
2.7
2.0
1.6
1.3
1.1
1.0
0.9
0.8
0.73
0.64
0.53
0.46
0.4
0.32
0.27
最大排污量t/h
800
600
480
390
342
300
267
240
218
192
160
137
120
96
80
从上表可知:
若维持浓缩倍率3.0运行,四台机组必须有720T/H的稳定排污水量,排入冲灰系统,而铁岭电厂冲灰水系统已实现闭式循环,其自身的损失量仅为200—300T/H,则约400—500T/H循环水排污水量被灰渣再次污染后排入自然水体,造成了环境的污染和水资源的浪费。
硫酸——阻垢剂联合处理原理是利用硫酸降低补充水碳酸盐硬度,用阻垢缓蚀剂提高循环水极限碳酸盐硬度,采用硫酸—阻垢剂联合处理,可提高循环水浓缩倍率至5-6,从而达到节水环保的目的。
水处理是提供工业或民业用水的常用办法,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的时序控制风机的启停及各类的开与关,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,而滤池的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的劳动强度大,难免出现误动作,对此特定的过程选用三菱公司的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,首先根据江水的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的计数和计时值.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的使用寿命.投运时根据当时江水的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个滤池的手动开关打到PLC自动状态.因每个滤池的冲洗周期均为12h,同时切换为PLC自动,会出现两个或两个以上的滤池同时冲洗,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.
1.2CAD流程图
图1-1CAD流程图
第2章标准节流装置设计及计算程序设计
图2-1工艺流程图
标准节流装置设计计算原始数据
位号:
FI2535
工作介质:
纯水取压方式:
法兰取压孔板
操作温度:
43℃工况密度:
926.012Kg/m3
工作压力:
0.7MPa工况粘度:
199×10-6Pa.S
管道内径:
80mm最大流量:
30000kg/h
管道材质:
20#钢节流件材质:
1CR18NI9TI
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,模拟量的控制,PID调节等),系统要求有较高的可靠性,准备实现工厂自动化联网等情况下,使用PLC控制是很必要的.
目前,国内外众多的生产厂家提供了多中系列功能各异的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的浪费.机型的选择可从以下几个方面来考虑.
1.对输入/输出的选择
要先弄清楚控制系统的I/O总点数,再按实际所需总点数的15~20%留出备
量(为系统的改造等留有余地)后确定所需PLC的点数.
另外要注意,一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制,一般同时接通的输入点不得超过总输入点的60%;PLC每个处处点的驱动能力也是有限的,有的PLC其每点处处电流的大小还随所加负载电压的不同而异;一般PLC的允许处处电流随环境温度的升高而有所降低等.
PLC的输出点可分为共点式,分组式和隔离式几种接法.隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级,但这种PLC平均每点的价格较高.如果输出信号之间不需要隔离,则应选择前两种输出方式的PLC.
2.对存储量的选择
对存储容量只能作粗略的估算,在仅对开关量进行控制的系统中,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/输出的系统中,可以按每输入/一路模拟量约需(80~100)字左右的存储容量来估算;有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算.最后,一般按估算容量的50~100%留有裕量.对缺乏经验的设计者,选择容量时留有大量的裕量要大些.
3.对I/O响应时间的选择
PLC的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的时间延迟(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的要求,可不必考虑I/O响应问题.但对模拟量控制的系统,特别是闭环系统就要考虑这个问题.
4.根据输出负载的特点选型
不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求.例如,频繁通断的感性负载,应选择晶体管或者晶闸管输出型的,而不应选用继电器输出型的.但是继电器输出型的PLC有许多优点,如导通压降低,有隔离作用,价格相对较便宜,承受瞬时过电压和过电流的能力较强,其负载电压灵活(可交流,可直流)且电压等级范围大等.所以动作不频繁的交,直流负载可以选择继电器输出型的PLC.
5.对在线和离线编程的选择
离线编程是指主机和编程器共用一个CPU,通过编程器的方式选择开关来选择PLC的编程,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.在线编程是指主机和编程器各有一个CPU,主机的CPU完成对现场的控制,在每个扫描周期末尾与编程器通信编程器把修改的程序发给主机,在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制.计算机辅助编程既能实现离线编程,也能实现在线编程.在线编程需购置计算机,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控制的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等的接口.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.
第3章调节阀选型及计算
调节阀计算原始数据
位号:
LIC2307
工作介质:
软化水单座阀:
操作温度:
140℃工况密度:
926.012Kg/m3
阀前压力:
0.7MPa 工况粘度:
199×10-6Pa.S
阀后压力:
0.6MPa最大流量:
30000kg/h
管道内径:
80mm饱和蒸汽压力P=0.016MPa
基于本次系统要求和以上对系统的需求分析得:
输出点数必须大于11,输入点数必须大于26,必须给传感器提供24v电压,给计数器提供+5v直流电压,根据其价格比和系统的稳定性,在本设计中选用三菱公司生产的FX2N-128MT系列为可编程序控制器作为主控单元,下面为FX2N-128MT的各项技术指标:
一般技术指标:
◎环境温度使用时:
0~55℃,储存时:
-20~+70℃
◎环境湿度35%~89%RH(不结露)使用时
◎抗震JISC0911标准10~55Hz0.5mm(最大2G)3轴方向各2h(但用DIN导轨安装时0.5G)
◎抗冲击JISC0912标准10G3轴方向各3次
◎抗噪声干扰用噪声仿真器产生电压为1000VP-P,噪声脉冲宽度为1μs,周期为30~100Hz的噪声,在此噪声干扰下PLC工作正常
◎耐压AC1500V1min
◎接地第三种接地,不能接地时,亦可浮空
◎使用环境无腐蚀性气体,无尘埃
◎电源电压AC100~240V50/60Hz
◎允许瞬间断电时间对于10ms以下的瞬间断电,控制动作不受影响
◎传感器电源DC4V460mA以下(无扩展部件)DC5V基本单元290mA扩展单元690mA(有扩展单元)
表3-1输入技术指标
输入电压
24VDC
隔离
光点耦合
输入电流
7mA
响应时间
10ms
表3-2输出技术指标
项目
晶体管输出
外部电源
5~30VDC
最大负载
电阻负载
0.5A/1点,0.8A/4点
感性负载
12W/24VDC
灯负载
1.5W/24VDC
开路漏电流
0.1mA/30VDC
最小负载
——
响应时间
OFF→ON
0.2ms以下
ON→OFF
0.2ms以下
隔离方式
光耦合器隔离
表3-3功能技术指标
项目
性能指标
注释
操作控制方式
反复扫描程序
有逻辑控制器LSI执行
I/O刷新方式
批处理方式(在END指令执行是成批刷新)
有直接I/O指令及输入滤波器时间常数调整指令
操作处理时间
基本指令∶0.48us/步
功能指令∶几百us/步
编程语言
继电器符号语言(梯形图)+步进指令
可用SFC方式编程
程序容量/存储器类型
2K步RAM(标准配置)
4K步EEPROM卡盒(选配)
8K步RAM,EEPROM,EPROM卡盒(选配)
项目
性能指标
注释
指令数
基本指令20条,步进指令2条,应用指令87条
输入继电器
DC输入
24VDC,7mA,光电隔离
X0~X37(8进制)
I/O点数~共64点
输出继电器
继电器
250VAC,30VDC,2A(电阻负载)
Y0~Y37(8进制)
晶体管
30VDC,0.5A/点,0.8A/4点
辅助继电器
通用型
M0~M499(500点)
范围可通过参数设置来改变
锁寸型
电池后备
M500~M1023(524点)
特殊型
M8000~M8255(256点)
状态
初始化用
用于初始状态
S0~S9(10点)
通用
S10~S499(400点)
可通过参数设置改变其范围
锁存
电池后备
S500~S899(100点)
报警
电池后备
S900~S999(100点)
定时器
100ms
0.1~3276.7s
T0~T199(共200点)
10
ms
0.01~327.67s
T200~T245(共46点)
1ms(积算)
0.001~32.767s
电池后备(保持)
T246~T249(4点)
100ms(积算)
0.1~3276.7s
T250~T255(6点)
计数器
加计数器
16bit
1~32767
通用型
C0~C99(100点)
范围可通过参数设置
电池后备
C100~C199(100点)
根据本次设计的实际情况及以上几种设计方法的比较,自来水处理的PLC控制系统设计采用第四种设计方法即顺序控制设计法来进行设计。
顺序控制设计法:
对那些按动作的先后顺序进行控制的系统,非常适宜使用顺序控制设计法编程。
在顺序控制设计法编程时,顺序功能图是很重要的工具,顺序功能图能很清楚表示各个工作点的功能,点与点之间的转换顺序及其转换条件。
控制步骤分析:
(1)分析控制系统,将控制过程分为若干个工步,明确各个工步的功能,确定各工步的转换条件。
(2)为每个工步设定控制位。
控制位最好使用同一个通道的若干连续位。
(3)在前两点的基础上画出功能表图。
(4)根据功能图画出梯形图。
由以上分析可看出,水处理控制系统的SFC图基本上是以机械控制的流程表示状态(工序)的流程,而STL图全部是由继电器来表示控制流程的程序.
顺序功能图语言简称SFC编程语言,顺序功能图又称为功能表图或状态转移图。
它将一个完整的控制过程分为若干个阶段(状态),各阶段具有不同动作,阶段间有一定的转化条件,条件满足就实现状态转移,上一状态动作结束,下一状态动作开始。
采用状态转移方式表达一个完整的控制过程。
第4章课程设计心得
PLC作为一种新型的工业控制器,以其通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点,在工业控制中得到越来越广泛的应用,在自来水处理中也得到一定程度的推广,而且在其稳定性、高自动化程度的不断加强,使得其成为城市自来水处理自动化方面的首选。
环境保护问题日益成为影响和制约人类社会发展的因素之一。
随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加,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,建立高度自动化的自来水处理厂是解决供水问题的有效途径。
用PLC设计的自控系统在某自来水处理厂投入使用以来,大大降低了操作人员的劳动强度,并改善了操作人员的工作环境。
设备具有调试简单、操作方便、使用安全、运行可靠、效率高、故障率低,污水处理效果好的特点,同时由于软硬件均采用模块化结构,方便了工程技术人员的安装、调试和维修,为我们带来了很好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]张凤珊,电气控制及可编程序控制器[M].北京:
中国轻工业出版社,2003.
[2]余雷声,电气控制与PLC应用[M].北京:
机械工业出版社,1999.
[3]杨长能,可编程序控制器基础及应用[M].重庆:
重庆大学出版社,1992.
[4]李俊秀,可编程控制器应用技术实训指导[M].北京:
化学工业出版社,2002.
[5]戴一平,可编程控制器技术[M].北京:
机械工业出版社,2002.
附录
梯形图的设计
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- 自控工程课程设计 水处理系统 自控 工程 课程设计 水处理 系统