毕业设计--基于S7-300PLC的造纸中段废水处理DCS控制系统设计

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系统PH值的最佳范围是6.8＜PH＜7.2，在这个范围内我们采用基于PID算法的串级回路控制，如果PH值超出这个范围，该PID算法被专家控制器设置为手动状态，然后根据模糊规则比较计算出阀门的开度曾量。在PID回路回复到正常后，PID回路在自动的状态下接管对回路的控制权。以PID的手自动状态来选择专家控制器和PID控制算法。其控制原理图如图3-4所示。

PH控制回路为自动出水PH值检测范围偏酸超限范围偏酸正常范围最佳范围偏碱正常范围偏碱超限范围专家控制专家控制串级控制专家控制专家控制 PH值控制选择

3.4.1其串级控制系统设计

PH值调节过程总是会存在加酸和加碱两个过程，每个调节过程是一个串级控制配合PID的控制方案，两个方案之间要根据入水PH值的高低情况进行协调作用，才能真正达到控制PH值稳定的目的，系统选择两个不同的两个串级回路协调的控制回路。此回路共有两个副回路分别是加酸控制回路和加减控制回路，以及主回路为PH值检测负反馈回路。首先是从现场测得PH值与设定值进行比较通过偏差大小进行比较，如果是偏酸性的则选择加减控制回路来调节PH值，如果偏碱性则选择加酸控制回路去调节PH值其控制系统如图3-5所示。

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盐酸流量检测单元PH设定值按偏差大小进行选择的控制单元PH控制器废水加碱流量控制器加减流量调节阀碱中和液氢氧化钠流量检测单元PH检测单元PH输出值加酸流量控制器加酸流量调节阀盐酸中和液

PH串级控制系统

3.5 营养物质投加控制

营养物质是微生物赖以生存的必要条件，在调制池中通过投加磷酸、尿素等营养物质，来维持进反应器废水成分。提供细菌生存的最佳环境。营养物质的投加通过比值控制即可完成，如下图所示。根据进入调制池废水的流量，按一定得比例计算出营养物质的投加量，来控制加药泵。

营养物质投加控制系统

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4 硬件部分设计

4.1 PLC控制系统设计原则和设计步骤

学习PLC的最终目的是能把它应用到实际控制系统中去。若遇到实际的工业控制项目，需用PLC进行控制，我们必须按照一定得设计步骤以及基本原则。 1）PLC控制系统设计基本原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本要求：

a)最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。

b)在满足控制要求的的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维修方便。 c)保证控制系统的安全、可靠。

d)考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余地。 2）PLC控制系统设计的基本内容

PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统的基本内容包括如下几点：

(a)选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，自选择方法请参考其他有关资料。

(b) PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要作用。

选择PLC，应包括机型、容量、I/O点数（模块）、电源模块以及特殊功能模块的选择等。

(c) 分配I/O点，绘制电气连接接口图，并考虑必要的安全保护措施。

(d) 设计控制程序。梯形图、语句表（可由编程软件自动转换或直接编写）、控制系统流程图等。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠的关键，因此控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足为止。

(e) 必要时还需设计控制台（柜）。

(f) 编制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。

传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。在PLC控制系统中，这些图可统称为“硬件图”。它在传统的电气图的基础上增加了PLC部分，所以，还应增加PLC的I/O输入、输出电气连接图（即I/O硬件接线图）。

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分析控制要求确定用户的I/O设备选择PLC分配I/O，设计I/O连接图绘制流程图PLC程序设计设计控制台设计梯形图现场连接修改编制程序清单输入程序并检查调试No满足要求？Yes联机调试No满足要求？No编制技术软件交付

PLC控制系统流程

4.2 控制总体要求

按照工艺运行及使用维护等方面的要求，设计时对控制系统总体要求如下： 1）系统可以进行自动手动两种运行方式。应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。

2）系统要有相应的软件，硬件保护措施以及足够的报警信息显示。

3）控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和