毕业设计（论文）-基于PLC自来水厂自动控制系统设计

1、 长春理工大学光电信息学院毕业设计 编号 本科生毕业设计基于PLC自来水厂自动控制系统设计The Subject of Graduation Project学 生 姓 名 专 业电气自动化技术学 号指 导 教 师分 院船 舶 系2017年3月摘 要供水是一个关系国计民生的重要产业，随着我国改善人民生活条件、建设小康社会及提高劳动生产水平等目标的实现，对自来水水质的要求也越来越高。水处理厂计算机自动化控制系统是保证安全、连续、优质供水的措施。本文通过分析国内外已建水厂自动化控制系统的现状，结合工艺设备智能化的发展趋势，以及我国中小型水厂现状，设计了一套以PLC S7-200作为控制器的自来水自动控制系统，该系统能实时监测水质、取水流量、pH值、管网压力，监控厂区安全，自动控制投矾、加氯，还能自动存储历史数据。此系统不仅能降低能耗、节约成本、减少维修维护工作强度、提高管理水平、确保供水质量，还能推进我国给水工艺的发展，对减小与先进水平的差距都具有现实意义。通过运行情况表明，该系统功能齐全，性能稳定可靠，具有较强的实用性和推广价值。关键词：PLC 自动化控制系统 上位机监控系统 ABSTRA

2、CTThe water service is a significant industry in national welfare and the peoples livelihood. With the quickening pace of peoples living standard and the objective of achieving building a well-off society and enhancing productivity level, the water supply is increasingly demanded for the high quality. The computer automation control system of the waterworks is an effective measure for guaranteeing the high quality of the water supply in security and continuity. This article, which combines with

3、the development tendency of the processing equipment intelligent and the reality of small and medium-sized water treatment plant in our country, has designed a water supply automatic control system of PLC S7-200 controller by analyzing the reality of the waterworks automation control system both at home and abroad. This water supply automatic control system can in real time monitor the water quality, the water draw rate, the pH value, the pipe network pressure, the monitor site area security, et

4、c. Besides, the system can automatically add vitriol and throw chlorine; also, the system can auto save historical data. In addition, the system, in which there is an operation significance for reducing the gap with advanced standards, not only cuts down the energy consumption, saves cost, reduces the service maintenance working strength, enhances the management level, guarantees the water supply quality, but also improves the advancement of the water supply technology. The running conditions of

5、 the system reveal that its system function is complete; its performance is stable and reliable; there are strong practicability and promotion value.Key word：PLC automatic control system position machine of monitor and control system 目 录第一章 引言11.1 本课题的研究背景和意义11.2 国内外水厂自动控制的现状11.3 本课题的主要研究的内容21.4 系统及仪器仪表说明3第二章 PLC的概况及结构图62.1 PLC的简介62.2 PLC的工作原理62.2.1自诊断测试扫描过程62.2.2与网络进行通信的扫描过程62.2.3用户程序扫描过程62.2.4读输入、写输出扫描过程62.3 PLC的结构图及其各部分的功能62.3.1中央处理单元（简称CPU）72.3.2存储器72.3.3输入单元72.3.4输出单元72.3.5电源7第三章 PLC控制系统设计8

6、3.1 PLC程序设计的步骤83.1.1程序设计前的准备工作83.1.2程序框图设计83.1.3编写程序83.1.4程序调试93.2 S7-200 PLC选型93.3 控制过程设计93.3.1 PLC控制自动加矾93.3.2 PLC控制自动加氯103.3.3 工控机单元103.4 PLC编程103.4.1 PLC控制系统工作流程103.4.2西门子S7-200型PLC控制I/O分配表及中间变量分配表113.4.3 西门子S7-200型PLC控制梯形图113.5 程序调试16第四章 总结与展望20致 谢21参 考 文 献22第一章 引言1.1 本课题的研究背景和意义随着经济社会的发展，水对人民的生活与生产的影响日益突出，人们对供水的质量与安全可靠性的要求不断提高，同时也更加重视降低供水系统的能耗。加强供水系统工况的监测是一项重要而有效的节水降耗措施，因此加强水处理厂的各个工艺环节的自动监测与控制具有重要意义。我国城镇供水在改革开放的二十几年中得到了大发展与大提高。卫生部公布的第三次国家卫生服务调查主要结果显示，我国城市自来水普及率达到96，农村自来水普及率为34。因为我国总体上是一个水资

7、源匮乏的国家，所以在发展供水事业的同时也要考虑节约用水，提高水资源利用率，特别是目前我国的城镇供水在水质处理、工艺设施和管网建设上，与发达国家相比还有一定差距，因此有必要提高城镇水厂的自动化程度。水厂自动化的主要目的不仅是节省劳动力，更主要的是实现可靠、优质、高效的供水保证。生产过程的自动检测、调整、控制和事故报警可保证设备在规定状态下运行，防范事故于未然，实现不间断的可靠供水；投药、过滤、消毒等工艺过程实施闭环控制，可以随着水量、水质的变化及时调整工艺参数，保证出水水质达标；出厂水压自动调整，能保证稳定的服务水压，减少爆管和漏失水量；生产过程的优化运行可以大大减少水、气、电和各种药剂的浪费，达到低耗高效。县镇水厂不同于大中型水厂，其供水规模较小、占地面积较小、日变化系数和时变化系数均较大，水厂技术力量较薄弱、管理水平较低、财力较为紧张等，这就决定了设计思路有别于大中型水厂，但又因其覆盖面广、数量众多，所以中、小型自来水厂的自动化控制系统研究有着广泛的前景。依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备的运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势1。1.2 国内

8、外水厂自动控制的现状随着电子信息技术、计算机技术以及光电技术等相关学科的飞速发展，近10年来工业自动化在各个方面都发生了许多变化，包括自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等等底层设备，以及自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统乃至综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。有关控制系统的研究与应用也一直是现代工业生产中的重点工作之一，并且在控制理论和自动控制系统水平方面都发生了极大的变化。现代水处理厂采用计算机控制技术日益普遍。欧美国家一些地方水处理厂已经用计算机进行数据记录和运行过程控制，甚至实现全自动化无人值守控制模式。如美国爱荷华水厂，在七十年代初开始研究微机自动控制水厂投加药剂，1975年应用直接数字式计算机控制自动加矾，运转一年就降低矾耗20%，并且提高了管理水平和稳定了水质。此外，俄罗斯的莫斯科水厂、日本东京朝霞水厂等也先后采用计算机自动控制系统进行控制。在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个水处理过程实现多环路控制，其中包括沉淀、过滤和反冲洗、化学药剂投放等。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场计算机中搜集数据，并

9、入提供图表显示、曲线、各个设备动作记录2。我国水处理行业采用自动控制系统起步较晚，七十年代才开始采用集中巡检，在检测设备与监视设备方面与国外有较大的差距。随着计算机技术，信息技术和自动控制技术的飞速发展，近年来我国从国外引进了一些先进设备和先进的处理工艺，国内的水处理自动控制水平有了较快发展。由于历史现实的原因，我国水厂自动化的总体发展水平还不高，发展也不平衡。大中城市的水厂特别是发达地区的大型水厂，自动化程度较高，而小城市和城镇的水厂特别是落后地区的小型水厂，自动化程度较低，甚至还是空白。而且，在一些已实现自动化的水厂中，虽然其自动化系统和设备与其它行业如化工、电力等相比不差甚至更先进，但是，其功能并未充分发挥出来。有的自控系统从未运行过，一直处于闲置状态；有的运行一段时间后变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了自动化系统和设备的极大浪费3。1.3 本课题的主要研究的内容自来水厂自动化系统的总体要求是可靠地实现对各水处理设备和生产过程的自动监控，达到“现场无人值守、控制中心少人值班”的自动化程度。针对以上要求，本系统设计遵循的原则如下：先进性：系统的总体设计结构、软硬件选型、通信手段、开发方式，均应采用已被广泛长期应用和考验、实践证明属先进性的产品和方法，保证系统在建设投运以后在较长时间内具有“技术先进”的生命力。开放性：选用符合国际标准的硬件设备和软件平台，便于二次开发和系统扩展升级。应

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