PLC廢水處理控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、引言水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會(huì)生活及生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國(guó)人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個(gè)國(guó)家（參與統(tǒng)計(jì)國(guó)家中），我國(guó)人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國(guó)家。而且我國(guó)水資源時(shí)空分布極不均衡，全國(guó)500多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量?jī)H有240噸。令人擔(dān)憂(yōu)的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國(guó)北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢(shì)、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國(guó)急需解決的問(wèn)題1。中國(guó)水資源人均占有量少，空

2、間分布不平衡。隨著中國(guó)城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。在這樣的背景下，廢水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，目前與來(lái)自水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要的地位。本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為某電鍍廠(chǎng)廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我選用的是SBR廢水處理系統(tǒng)和PLC相結(jié)合的方法2。由于SBR廢水處理系統(tǒng)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、乘務(wù)降解、二沉等功能于一池，無(wú)污泥回流系統(tǒng)。正是SBR工藝這些特殊性使其具有一下優(yōu)點(diǎn)：（1）理想的推流過(guò)程使生化反應(yīng)推動(dòng)力增大，效率提高，池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好。（2）運(yùn)行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，需要時(shí)間短、效率高，出水水質(zhì)好。（

3、3）耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對(duì)污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機(jī)污物的沖擊。（4）工藝過(guò)程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)行靈活。（5）處理設(shè)備少，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于操作和維護(hù)管理。（6）反應(yīng)池內(nèi)存在DO、B0D5濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹。（7）SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利于廢水處理廠(chǎng)的擴(kuò)建和改造。（8）工藝流程簡(jiǎn)單、造價(jià)低。主體設(shè)備只有一個(gè)序批式間歇反應(yīng)池，無(wú)二沉池、污泥回流系統(tǒng)、調(diào)節(jié)池、初沉池也可省略、布置緊湊、占地面積省。由于上述技術(shù)特點(diǎn)，SBR廢水處理系統(tǒng)進(jìn)一步拓寬了活性污泥法的適用范圍。根據(jù)其技術(shù)條件和特點(diǎn)，SBR 廢水處理系統(tǒng)更適合以下情況： （

4、1）中小城鎮(zhèn)生活污水和廠(chǎng)礦企業(yè)的工業(yè)廢水，尤其是間歇排放和流量變化較大的地方。（2）需要較高出水水質(zhì)的地方，如風(fēng)景游覽區(qū)、湖泊和港灣等，不但要去除有機(jī)物，還要求出水中除磷脫氮，防止河湖富營(yíng)養(yǎng)化。（3）水資源緊缺的地方。SBR 系統(tǒng)可在生物處理后進(jìn)行物化處理，不需要增加設(shè)施，便于水的回收利用。（4）用地緊張的地方。SBR 污水處理系統(tǒng)占地面積小，有效地節(jié)省土地從而為用地緊張的地方的污水處理提供了有效地解決辦法。（5）非常適合處理小水量，間歇排放的工業(yè)廢水與分散點(diǎn)源污染的治理3。2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1.1 設(shè)計(jì)要求 （1) 控制裝置選用PLC作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配PLC機(jī)型

5、和I/O接口。（2) 可執(zhí)行手動(dòng)/自動(dòng)兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時(shí)整定參數(shù)。（3) 電動(dòng)閥上驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為正、反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行，因此要在PLC控制回路加互鎖功能。（4) PLC的接地應(yīng)按手冊(cè)中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說(shuō)明。（5) 為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，如電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。（6) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路，編制PLC的I/O接口功能表。（7) 選擇電器元件、編制元器件目錄表。（8) 繪制接線(xiàn)圖、電控柜布置圖和配線(xiàn)圖、控制面板布置圖和配線(xiàn)圖等。（9) 采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序4。2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）分析SBR

6、廢水處理工作原理與過(guò)程，制定控制方案（2）繪制工作流程圖或順序功能圖（3）繪制PLC的硬件接線(xiàn)圖及電氣原理圖（4）相關(guān)元器件的計(jì)算與選型，制定原件明細(xì)表與I/O分配表（5） 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（6）控制系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)（7）控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)（8）控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)2.2 設(shè)計(jì)方案SBR廢水處理系統(tǒng)由污水處理池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥門(mén)和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開(kāi)關(guān)組成。SBR污水處理系統(tǒng)工藝流程圖如圖2-1所示5。圖2-1所示SBR污水處理系統(tǒng)工藝流程圖當(dāng)污水處理池處于低水位時(shí)，電動(dòng)閥打開(kāi)，納入污水直到污水處理池處于高水位。

7、電動(dòng)閥關(guān)閉，排空電磁閥開(kāi)啟，羅茨風(fēng)機(jī)延時(shí)空載啟動(dòng)，排空電磁閥關(guān)閉，污水處理池開(kāi)始曝氣。經(jīng)過(guò)6個(gè)小時(shí)的曝氣后，排空電磁閥開(kāi)啟，羅茨風(fēng)機(jī)空載關(guān)閉，排空電磁閥延時(shí)關(guān)閉。沉淀后，1#清水泵啟動(dòng)，向清水池注水，直到清水池到達(dá)高水位。1#清水泵關(guān)閉，當(dāng)中水箱處于低水位時(shí)，2#清水泵開(kāi)啟，上水電磁閥開(kāi)啟，向中水箱中注水，直到中水箱處于高水位，2#清水泵關(guān)閉，上水電磁閥關(guān)閉。當(dāng)中水箱處于高水位時(shí)，下水電磁閥開(kāi)啟，排除清水6。3. SBR廢水處理控制系統(tǒng)的硬件部分控制系統(tǒng)硬件部分主要指PLC控制部分所用到的元器件及其接線(xiàn)，它在整個(gè)系統(tǒng)中起到了連接測(cè)試系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的作用，是電磁閥耐久性檢測(cè)臺(tái)的重要組成部分和控制

8、部分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。本章通過(guò)對(duì)系統(tǒng)I/O點(diǎn)的分析，選擇出了符合設(shè)計(jì)要求的元器件，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了其接線(xiàn)圖，完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)7。3.1 元器件的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電器元件，編制原理圖的元器件目錄表，如表3-1所示。序列號(hào)名稱(chēng)文字符號(hào)1立式離心泵M12立式離心泵M23羅茨風(fēng)機(jī)M34電動(dòng)閥M45熱繼電器FR1FR46熔斷器FU1FU67斷路器FQ8隔離變壓器TC9啟動(dòng)按鈕SB110停止按鈕SB211自動(dòng)按鈕SB312手動(dòng)按鈕SB413可編程控制器PLC14指示燈LD1LD1215中間繼電器KA16交流接觸器KM1KM7表3-1 SBR廢水處理系統(tǒng)元器件目錄主要元器件的選擇： PLC的

9、選型實(shí)時(shí)性。由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是基于控制為前提，信號(hào)處理時(shí)間短，速度快?；谛盘?hào)處理和程序運(yùn)行的速度，PLC 經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)。更能滿(mǎn)足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目8。高可靠性。所有的I/O 輸入輸出信號(hào)均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C 濾波器。各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大9。安裝簡(jiǎn)單，維修方便?？梢栽诟鞣N工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接

10、，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行10。質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性?xún)r(jià)比高.基于PLC 控制系統(tǒng)的以上優(yōu)勢(shì)以及廢水處理系統(tǒng)所處的復(fù)雜環(huán)境，所以本系統(tǒng)采用PLC 進(jìn)行控制。 斷路器QF脫口電流斷路器為供電系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)，其主回路控制對(duì)象為電感性負(fù)載交流電動(dòng)機(jī)，斷路器過(guò)電流脫扣值按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的1.7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)有3kWkW以下，起動(dòng)電流較小，而且工藝要求4臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)起動(dòng)運(yùn)行，因此可根據(jù)3kW電動(dòng)機(jī)選擇自動(dòng)開(kāi)關(guān)QF脫扣電流IQF：IQFIN6AA10A，選用IQ

11、F10A的斷路器11。 熔斷器FU熔體額定電流IFU以曝氣風(fēng)機(jī)為例，IFU2IN2A5A，選用5A的熔體。其余熔體額定電流的選擇，按上述方法選配?？刂苹芈啡垠w額定電流選用2A。 熱繼電器的選擇請(qǐng)參考有關(guān)技術(shù)手冊(cè)，自行計(jì)算參數(shù)12。3.2 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的I/O分配如下表3-2、3-3為SBR廢水處理控制系統(tǒng)PLC輸入輸出分配表。序列號(hào)名稱(chēng)輸入口文字符號(hào)1自動(dòng)開(kāi)始按鈕SB12手動(dòng)開(kāi)始按鈕SB23開(kāi)始按鈕SB34停止按鈕SB45污水池低水位L16污水池高水位H17排空電磁閥開(kāi)啟SB58排空電磁閥關(guān)閉SB69清水池低水位L210清水池高水位H211中水箱低水位L312中水箱高水位H313電動(dòng)

12、閥控制按鈕SB614羅茨風(fēng)機(jī)控制按鈕SB7151#清水泵控制按鈕SB8162#清水泵控制按鈕SB917上水閥控制按鈕SB1018下水閥控制按鈕SB11表3-2 廢水處理控制系統(tǒng)PLC輸入分配表序列號(hào)名稱(chēng)輸出口文字符號(hào)1自動(dòng)控制信號(hào)LD122電動(dòng)閥門(mén)接觸器開(kāi)啟KM53電動(dòng)閥門(mén)接觸器關(guān)閉KM64羅茨風(fēng)機(jī)接觸器開(kāi)啟KM3-15羅茨風(fēng)機(jī)接觸器關(guān)閉KM3-261#清水泵接觸器開(kāi)啟KM1-171#清水泵接觸器關(guān)閉KM1-282#清水泵接觸器開(kāi)啟KM2-192#清水泵接觸器關(guān)閉KM2-210上水電磁閥接觸器開(kāi)啟KM4-111上水電磁閥接觸器關(guān)閉KM4-212下水電磁閥接觸器開(kāi)啟KM7-113下水電磁閥接觸器

13、關(guān)閉KM7-214污水池高水位信號(hào)LD915清水池高水位信號(hào)LD1016中水箱高水位信號(hào)LD11表3-3 SBR廢水處理控制系統(tǒng)PLC輸出接口功能表3.3 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì)3.3.1 主電路設(shè)計(jì)SBR廢水處理控制系統(tǒng)主電路圖如圖3-1所示圖3-1 SBR廢水處理控制系統(tǒng)主電路圖主電路說(shuō)明： （1）主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3分別控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機(jī)M3；交流接觸器KM4、KM5控制電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)M4，通過(guò)正、反轉(zhuǎn)完成開(kāi)起閥門(mén)和關(guān)閉閥門(mén)的功能。 （2）電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。電動(dòng)閥電動(dòng)

14、機(jī)M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開(kāi)關(guān)，對(duì)閥門(mén)電動(dòng)機(jī)M4實(shí)現(xiàn)雙重保證。（3） QF為電源總開(kāi)關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使用和維修方便。 （4） 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護(hù)13。3.3.2 控制電路設(shè)計(jì)SBR廢水處理系統(tǒng)控制電路圖如圖3-2所示圖3-2 SBR廢水處理控制系統(tǒng)控制電路控制電路說(shuō)明：（1）控制電路中由電源提示燈LD1對(duì)電源情況進(jìn)行提示，PLC控制電路的供電回路采用隔離變壓器進(jìn)行調(diào)整，以防止電源的干擾保證控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定的工作14。（2）1#清水泵、2#清

15、水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥開(kāi)啟、電動(dòng)閥關(guān)閉、上水電磁閥、下水電磁閥分別由運(yùn)行提示燈LD2LD8進(jìn)行提示，并由KM1KM7接觸器的敞開(kāi)輔助觸點(diǎn)進(jìn)行控制15。（3）4個(gè)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)分別由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4來(lái)實(shí)現(xiàn)。將他們的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)與中間繼電器KA連接構(gòu)成過(guò)載保護(hù)信號(hào)，同時(shí)中間繼電器還起到了電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流24V電壓信號(hào)傳送入PLC中實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)控制功能16。（4）1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、上水電磁閥、電動(dòng)閥開(kāi)啟、電動(dòng)閥關(guān)閉、下水電磁閥的開(kāi)關(guān)機(jī)電器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7分別由繼電器開(kāi)關(guān)M1、M2、M3、M4、M

16、5、M6、M7進(jìn)行控制。并且將KM5、KM6進(jìn)行互鎖保證電動(dòng)閥開(kāi)啟或關(guān)閉間的相互隔離。而KM3的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在KM1繼電器中是為了保證1#清水泵在羅茨風(fēng)機(jī)停止工作時(shí)工作，從而使得1#清水泵泵入的水源的使用安全17。3.3.3 PLC外部接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)由以上所選元器件，結(jié)合本設(shè)計(jì)的原理，可作出PLC的外圍電路接線(xiàn)圖。如圖3-3所示。圖3-3 PLC外部接線(xiàn)圖4 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的下位機(jī)程序設(shè)計(jì)本節(jié)將對(duì)PLC編程軟件及順序功能圖編程語(yǔ)言進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并重點(diǎn)對(duì)控制程序中的典型環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。針對(duì)西門(mén)子 S7-200 PLC,我們選擇STEP7-Micro/WIN32編程軟件作為開(kāi)發(fā)工具。STEP

17、7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用于開(kāi)發(fā)程序，也可用于適時(shí)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可在全漢化的界面下進(jìn)行操作。按照設(shè)計(jì)要求編寫(xiě)程序，能使PLC 完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的良好控制18。4.1 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的順序功能圖根據(jù)控制要求，建立SBR廢水處理控制流程圖如圖4-1所示，表示出各控制對(duì)象的動(dòng)作關(guān)系順序，相互間的控制關(guān)系。圖4-1 SBR廢水處理順序流程圖4.2 PLC的順序功能圖數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)方法有很多種：梯形圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)梯形圖方法和順序控制設(shè)計(jì)法。根據(jù)對(duì)本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)分析決定選用順序控制

18、設(shè)計(jì)法為本次設(shè)計(jì)方法。如圖4-2為PLC的順序功能圖。 圖4-2 SBR廢水處理控制系統(tǒng)PLC順序功能圖4.3 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下：圖4-3 自動(dòng)控制開(kāi)啟如圖4-3所示：按下自動(dòng)控制按鈕I1.2，按下啟動(dòng)按鈕I0.0，Q控制起動(dòng)信號(hào)，并自鎖，I0.1為停止按鈕。圖4-4 向污水池注水過(guò)程如圖4-4所示：當(dāng)污水池中的水位是低水位狀態(tài)時(shí)I0.2，電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟Q0.1,向污水池注水，直至污水池中的水位是高水位狀態(tài)時(shí)I0.3，電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉Q0.2。圖4-5 曝氣過(guò)程如圖4-5所示：開(kāi)啟排空電磁閥I0.4，Q0.3羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后

19、，排空電磁閥關(guān)閉I0.5，曝氣一段時(shí)間，當(dāng)曝氣結(jié)束后，排空電磁閥再次開(kāi)啟I0.4,羅茨風(fēng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)Q0.4。圖4-6 清水池注水過(guò)程如圖4-6所示：當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)后，排空電磁閥關(guān)閉I0.5,然后開(kāi)始沉淀，T38開(kāi)始作用，沉淀結(jié)束后，當(dāng)清水池中的水位處于低水位的狀態(tài)時(shí)I0.6,1#清水泵開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，直至清水池中的水位處于高水位的狀態(tài)時(shí)I0.7,1#清水泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)Q0.6。圖4-7 中水箱注水過(guò)程并排出清水如圖4-7所示：當(dāng)中水箱中的水位處于低水位的狀態(tài)時(shí)I1.0,2#清水泵、上水電磁閥開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，直至中水箱的水位處于高水位的狀態(tài)時(shí)I1.1，2#清水泵、上水電磁閥停止轉(zhuǎn)動(dòng)。然后下水電磁閥開(kāi)啟，向外部排

20、出清水，直至中水箱中的水位處于低水位的狀態(tài)，下水電磁閥關(guān)閉。 以上就是SBR廢水處理自動(dòng)控制程序的全部過(guò)程。當(dāng)污水處理池中的水位處于低水位的狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)閥門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)繼續(xù)向污水處理池納入污水。如此循環(huán)往復(fù)。手動(dòng)控制則是先按下手動(dòng)按鈕啟動(dòng)按鈕開(kāi)啟電動(dòng)閥控制按鈕關(guān)閉電動(dòng)閥控制按鈕開(kāi)啟排空電磁閥開(kāi)啟羅茨風(fēng)機(jī)控制按鈕關(guān)閉排空電磁閥控制按鈕此時(shí)曝氣開(kāi)始，過(guò)一段時(shí)間，曝氣結(jié)束，排空排空電磁閥開(kāi)啟關(guān)閉羅茨風(fēng)機(jī)關(guān)閉排空電磁閥沉淀一段時(shí)間后開(kāi)啟1#清水泵控制按鈕關(guān)閉1#清水泵控制按鈕開(kāi)啟2#清水泵控制按鈕，上水電磁閥控制按鈕關(guān)閉2#清水泵控制按鈕，上水電磁閥控制按鈕，開(kāi)啟下水電磁閥控制按鈕關(guān)閉下水電磁閥控制按鈕

21、。此時(shí)SBR廢水處理手動(dòng)程序完成。4.4 調(diào)試程序?yàn)榱吮ＷC系統(tǒng)能夠順利運(yùn)行，我用仿真軟件對(duì)PLC程序進(jìn)行了調(diào)試。強(qiáng)制給PLC輸入量，得到了預(yù)想的輸出。見(jiàn)圖4-8經(jīng)調(diào)試后，證明PLC程序無(wú)錯(cuò)誤，都達(dá)到了預(yù)期效果，符合工藝要求。如圖4-8為仿真調(diào)試的效果圖。圖4-8 仿真調(diào)試的效果圖5 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的上位機(jī)程序設(shè)計(jì)可編程邏輯控制器在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和控制，要和上位機(jī)進(jìn)行通訊，以交換系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在上位機(jī)中，監(jiān)控軟件的首要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)與主控人員之間良好的人機(jī)接口，以文字和圖形實(shí)時(shí)地反映了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀。此外要及時(shí)地向下級(jí)PLC傳遞系統(tǒng)的設(shè)定和操作命令。本系統(tǒng)上位機(jī)采用MCGS

22、組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能19。5.1 MCGS組態(tài)軟件MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平臺(tái)的,用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng),可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。 MCGS為用戶(hù)提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺(tái),能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線(xiàn)和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件,幫助用戶(hù)設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)

23、。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程,以用戶(hù)指定的方式運(yùn)行,并進(jìn)行各種處理,完成用戶(hù)組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能20。 MCGS組態(tài)軟件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)MCGS）,由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立,又緊密相關(guān)。 MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境,由可執(zhí)行程序,其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶(hù)在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫(xiě)控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后,生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件,又稱(chēng)為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù),其與MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起,構(gòu)成了用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng),統(tǒng)稱(chēng)為“工程” 。 MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)

24、行環(huán)境,由可執(zhí)行程序,其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)工程的控制工作。 MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶(hù)窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成,每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作,完成不同的工作,具有不同的特性。主控窗口:是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶(hù)窗口,負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括:定義工程的名稱(chēng),編制工程菜單,設(shè)計(jì)封面圖形,確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口,設(shè)定動(dòng)畫(huà)刷新周期,指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤(pán)文件名稱(chēng)及存盤(pán)時(shí)間等。 設(shè)備窗口:是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備,注冊(cè)設(shè)備

25、驅(qū)動(dòng)程序定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。用戶(hù)窗口:本窗口主要用于設(shè)置工程中的人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類(lèi)型和名稱(chēng)的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫(huà)連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。 運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫(xiě)控制程序，選用各種功能構(gòu)件，如數(shù)據(jù)提取、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等21。5.2 MCGS組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)當(dāng)在用戶(hù)窗口區(qū)創(chuàng)建完新窗口并命名為“廢水處理主程序”，雙擊進(jìn)入并開(kāi)始設(shè)計(jì)上位機(jī)圖形畫(huà)面。如圖5-1為工具箱。圖5-1 工具箱雙擊圖庫(kù)內(nèi)的元器件，則此元器件出現(xiàn)在組態(tài)界面的

26、左上角。單擊邊線(xiàn)修改其大小并單擊拖動(dòng)到需要設(shè)計(jì)的相應(yīng)位置，據(jù)此可作出本設(shè)計(jì)的組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5-2。圖5-2 組態(tài)畫(huà)面5.3 建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)畫(huà)連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，構(gòu)件分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。選擇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊新增對(duì)象。數(shù)據(jù)對(duì)象分為：開(kāi)關(guān)型數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)值型數(shù)據(jù)對(duì)象、字符型數(shù)據(jù)對(duì)象、事件型數(shù)據(jù)對(duì)象、組對(duì)象和內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)象。按設(shè)計(jì)需要對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的屬性進(jìn)行設(shè)置。如圖5-3為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面。圖5-3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面建立完實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，回到組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)界面，雙擊元器件進(jìn)行元器件和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接，在動(dòng)畫(huà)連接選項(xiàng)卡中進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接設(shè)置，讓畫(huà)面“動(dòng)起來(lái)”，使圖形在畫(huà)面上隨PLC數(shù)據(jù)的變化而活動(dòng)起來(lái)

27、。5.4 組態(tài)設(shè)備窗口設(shè)計(jì)5.4.1 MCGS與PLC設(shè)備的連接在MCGS系統(tǒng)中，由設(shè)備窗口負(fù)責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接，使得MCGS能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，MCGS與PLC設(shè)備的連接是通過(guò)設(shè)備窗口完成的，具體操作如下： 當(dāng)我們打開(kāi)MCGS組態(tài)環(huán)境，新建了一個(gè)MCGS工程后，在用戶(hù)編輯窗口中將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)工作臺(tái)窗口。 雙擊工作臺(tái)窗口中的設(shè)備窗口，然后再單擊工具欄上的工具箱按鈕，將彈出如圖4-3所示的設(shè)備工具箱窗口，需要說(shuō)明的是，在MCGS中PLC設(shè)備是作為子設(shè)備掛在串口父設(shè)備下的，因此在向設(shè)備組態(tài)窗口中添加PLC設(shè)備前，必須先添加一個(gè)串

28、口父設(shè)備，當(dāng)直接用串口進(jìn)行本地通訊時(shí)，我們添加“串口通訊父設(shè)備”，因此雙擊其中的串口通訊父設(shè)備，在設(shè)備組態(tài)窗口中添加一個(gè)串口通訊設(shè)備。圖5-4 設(shè)備工具箱窗口現(xiàn)在就可以向設(shè)備組態(tài)窗口中添加所需的PLC設(shè)備了，如果所需設(shè)備沒(méi)有出現(xiàn)在設(shè)備工具箱中，按下“設(shè)備管理”按鈕，在彈出的設(shè)備管理對(duì)話(huà)框中選定所需的設(shè)備，然后雙擊就可以將它添加到設(shè)備工具箱中，如下圖4-4所示。圖5-5 設(shè)備管理對(duì)話(huà)框5.4.2 對(duì)PLC的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)在組態(tài)工作臺(tái)界面中，進(jìn)入設(shè)備組態(tài)窗口，在此窗口中通過(guò)設(shè)備工具箱添加通用串口父設(shè)備和西門(mén)子S7_200PPI兩個(gè)設(shè)備，然后把定義的變量與PLC具體的I/O分配連接，完成設(shè)備連接，見(jiàn)圖

29、5-4。根據(jù)設(shè)備通訊要求和連接情況，完成對(duì)話(huà)框中相關(guān)的參數(shù)設(shè)置。同時(shí)完成通道連接和設(shè)備調(diào)試設(shè)置。S7_200PLC在梯形圖中的輸入用I符號(hào)表示，但是因?yàn)镸CGS中I寄存器只能設(shè)置為只讀，所以要把梯形圖中的輸入I全部換成M的形式。防止上下位機(jī)不能實(shí)現(xiàn)通信22。 圖5-6 設(shè)備窗口設(shè)置 6 SBR廢水廢水處理控制系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試首先打開(kāi)西門(mén)子PLC編程軟件，再確認(rèn)程序無(wú)誤后，下載到PLC，并使PLC進(jìn)入RUN狀態(tài)。然后打開(kāi)MCGS組態(tài)軟件，確認(rèn)設(shè)備地址與PLC的下位機(jī)地址一致后，進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，經(jīng)調(diào)試運(yùn)行正常，能監(jiān)控SBR廢水處理的運(yùn)行情況，達(dá)到控制要求。運(yùn)行環(huán)境見(jiàn)圖6-1。圖6-1 SBR廢水處理運(yùn)

30、行狀況附錄SBR廢水處理控制系統(tǒng)主電路圖SBR廢水處理控制系統(tǒng)控制電路圖PLC的外部接線(xiàn)圖SBR廢水處理順序流程圖SBR廢水處理控制系統(tǒng)PLC順序功能圖參考文獻(xiàn)2 李金城.PLC在城市污水處理中的應(yīng)用J 自動(dòng)化與控制 2005（1）:1543 劉昌明,曹英杰.我國(guó)水污染狀況及其對(duì)人類(lèi)健康的影響與主要對(duì)策 .科學(xué)對(duì)社會(huì)的影響2009(2):254 西門(mén)子S7-200PLC工程應(yīng)用設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 20115 AUTOCAD2010電氣設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程，清華大學(xué)出版社 20106 廖常初，PLC編程及應(yīng)用M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005（6）7 廖常初，可編程控制器的編程方法與工程應(yīng)用M，

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