電氣自動(dòng)化 基于PLC控制的城市污水處理系統(tǒng)

基于PLC控制的城市污水處理系統(tǒng)摘要中國(guó)作為世界第一大代工廠國(guó)家，歐美等國(guó)不斷地在中國(guó)的土地上建起了一座座的工廠，其中不乏有很多污染程度很高的大中小型輕重工產(chǎn)業(yè)，例如車(chē)廠、有色金屬冶煉廠、電子廠等等，上至上游供給端材料的提純冶煉，下至中游產(chǎn)品的制造，其中需要消耗大量的水資源且加工過(guò)程中排放了大量的污水進(jìn)入山川河流，造成了土地與水質(zhì)的嚴(yán)重污染。由于污水處理技術(shù)與設(shè)備的不成熟，嚴(yán)重的水資源短缺與污染問(wèn)題正困擾著我國(guó)，低效、高投入、高故障率的污水處理設(shè)備與欠缺的技術(shù)一直是我國(guó)的短板，也成為了我國(guó)當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)下需要及時(shí)、科學(xué)、持續(xù)解決的一道難題。本次電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)基于解決我國(guó)體量龐大的污水無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效的利用的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)可編程控制器(PLC-S7-200)與仿真軟件（組態(tài)王6.55）相結(jié)合的形式，對(duì)城市內(nèi)集中排放的污水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)控和處理功能。在符合制定的步驟要求下，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前污水處理技術(shù)的工藝特點(diǎn)和系統(tǒng)整體的控制要求，利用SBR技術(shù)使城市污水在SBR池的催化作用下實(shí)現(xiàn)曝氣充氧環(huán)節(jié)、利用組態(tài)王來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)過(guò)程并監(jiān)控反饋數(shù)據(jù)、利用西門(mén)子PLC-S7-200來(lái)自動(dòng)化控制整個(gè)城市污水處理系統(tǒng)。在實(shí)踐過(guò)程中，將多學(xué)科最新的技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合，其中涉及到自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、信息通訊、故障診斷等專業(yè)技術(shù)。根據(jù)運(yùn)行結(jié)果，展現(xiàn)出所設(shè)計(jì)的PLC城市污水處理系統(tǒng)具備簡(jiǎn)易的操作性、較強(qiáng)的適應(yīng)能力和較高的安全可靠性。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化管理以及故障的自檢、判斷、處理方面的功能?；谏鲜龅难芯?由組態(tài)王的仿真演示得以看出它的功能已經(jīng)基本滿足城市污水處理工程的使用。關(guān)鍵詞：西門(mén)子PLC；組態(tài)王6.55；城市污水處理；SBR技術(shù)

UrbansewagetreatmentsystembasedonPLCControlAbstractChinaastheworld'slargestfactorycountry,EuropeandAmericaandothercountriesconstantlybuiltafactoryinChina'sland,manyofthemhasalotofpollutionindustries,suchas,factories,non-ferrousmetalsmelters,electronicsfactory,etc.,toupstreamsupplyendmaterialpurificationsmelting,downtomidstreamproductmanufacturing,whichneedtoconsumealotofwaterresourcesandprocessingprocessofsewageintomountainsandrivers,causedtheseriouspollutionoflandandwaterquality.Duetotheimmaturesewagetreatmenttechnologyandequipment,seriouswatershortageandpollutionproblemistroublingourcountry,inefficient,highinvestment,highfailurerateofsewagetreatmentequipmentandlackoftechnologyhasbeenourshortboard,hasalsobecomeadifficultproblemtobesolvedinatimely,scientificandcontinuousmannerunderthecurrentdevelopmentsituationofourcountry.TheelectricalengineeringanditsautomationgraduationdesignisbasedonsolvingtheproblemofthehugesewageinChinacannotachieveefficientutilization.Throughthedesignofprogrammablecontroller(PLC-S7-200)andsimulationsoftware(configurationking6.55),theautomaticmonitoringandtreatmentfunctionofthecentralizeddischargedsewageinthecityisrealized.Inaccordancewiththedevelopmentrequirementsofthesteps,combinedwiththecurrentsewagetreatmenttechnologyandsystemoverallcontrolrequirements,usingSBRtechnologyunderthecatalysisofSBRpool,usingtheconfigurationkingtosimulatethereal-timeprocessandmonitoringfeedbackdata,usingSiemensPLC-S7-200toautomaticallycontrolthewholeurbansewagetreatmentsystem.Intheprocessofpractice,thelatestmulti-disciplinarytechnologiesarecombined,involvingautomation,computer,informationandcommunication,faultdiagnosisandotherprofessionaltechnologies.Accordingtotheoperationresults,itisshownthatthedesignedPLCurbansewagetreatmentsystemhassimpleoperation,strongadaptabilityandhighsafetyandreliability.Realizetheautomaticmanagementofthesystemandfaultself-inspection,judgmentandprocessingfunctions.Basedontheaboveresearch,thesimulationdemonstrationoftheconfigurationkingcanseethatitsfunctionhasbasicallymettheuseofurbansewagetreatmentengineering.Keywords:SiemensPLC;configurationking6.55;urbansewagetreatment;SBRtechnology

目錄TOC\o"1-3"\h\u105931緒論 緒論1.1課題背景及意義二十世紀(jì)以來(lái)，隨著工業(yè)的崛起。人們?cè)谏钪袕氖赂黝?lèi)生產(chǎn)排放的污染物和產(chǎn)品在工業(yè)制造過(guò)程中，只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理過(guò)后的污泥絕大部分都被排入到了城市的排水系統(tǒng)中，形成了污水。城市污水一般涉及生活與生產(chǎn)污水，其中混雜著大量不利于人體健康的細(xì)菌、病毒、微生物，還存在著一些經(jīng)過(guò)生物新成代謝過(guò)后的最終產(chǎn)物（例如：尿素和氨）以及動(dòng)、植物腐爛過(guò)后產(chǎn)生的碳水化合物、蛋白質(zhì)、磷、氮、脂肪等，甚至還有制造業(yè)工藝流程中隨水帶出的各類(lèi)重金屬物質(zhì)和人們?nèi)粘Ｇ鍧嵵信欧懦鰜?lái)的合成洗滌劑等物質(zhì)。目前，我國(guó)的污水處理技術(shù)要求當(dāng)前主要表現(xiàn)為以下三種:1.過(guò)濾污水中的破壞水質(zhì)的雜質(zhì)和淤泥。2.為滿足生活用水的標(biāo)準(zhǔn)，需要在污水中添加新的化學(xué)成分進(jìn)行人為干預(yù)（如：有益于人體的微量元素從而預(yù)防疾病）,以至于將污水的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改變，最終達(dá)到為人類(lèi)所用的目的。3.改變水的物理性質(zhì)（如：水的溫度、渾濁度、色度等）。由21世紀(jì)以來(lái)關(guān)于我國(guó)污水處理技術(shù)的現(xiàn)狀來(lái)看，以下四個(gè)方面比較符合我國(guó)在污水處理方面的大趨勢(shì)：1.持續(xù)加強(qiáng)對(duì)氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的處理。2.在新技術(shù)和新設(shè)備的加持下，污水處理逐步轉(zhuǎn)向?yàn)槿詣?dòng)化過(guò)程的高效管理模式，大大解放了勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)力。污水處理設(shè)施廣泛的應(yīng)用于污水匯集程度高的各個(gè)地方。3.隨著新時(shí)期的到來(lái)，人類(lèi)的生活條件和意識(shí)水平與以往相比，得到了大大的提升,污水的處理方式也由單獨(dú)分散轉(zhuǎn)化為集中處理,而對(duì)其水質(zhì)的處理要求也越發(fā)嚴(yán)苛，凈化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)也趨于嚴(yán)格。4.近些年的中國(guó)常發(fā)生霧霾、沙塵暴等惡劣天氣的肆虐現(xiàn)象。因此，國(guó)家加強(qiáng)了對(duì)環(huán)境污染的重視程度，使得污水的治理和再生問(wèn)題進(jìn)入到了大家的視野里。1.2國(guó)內(nèi)外城市污水處理研究現(xiàn)狀由最新數(shù)據(jù)得知，國(guó)外的城市污水處理技術(shù)有著循環(huán)率高、故障率低、凈化能力強(qiáng)等特點(diǎn)。例如美國(guó)全境約有污水處理廠16000座，為3億人口提供服務(wù)，日處理污水量為1.5億立方米，年產(chǎn)污泥量更有3500萬(wàn)噸。其中約有650座集中厭氧消化處理設(shè)施，700座好氧發(fā)酵穩(wěn)定處理設(shè)施?？梢?jiàn)其涵蓋面積之廣以及技術(shù)成熟度和設(shè)備專業(yè)化程度高的優(yōu)勢(shì)。此外，美國(guó)歐洲以及日本等先進(jìn)國(guó)家，在政策上的支持主要體現(xiàn)為，早期就對(duì)城市污水的處置設(shè)置了安全標(biāo)準(zhǔn)并在之后的數(shù)年間多次結(jié)合當(dāng)時(shí)的發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)其不斷進(jìn)行修改和補(bǔ)充。具體措施主要有土地利用、地表處置、減少病原菌量以及污泥焚燒等方面。其技術(shù)上有專門(mén)的國(guó)家環(huán)保部門(mén)對(duì)當(dāng)?shù)氐奈鬯再|(zhì)作專門(mén)的研究，并制定出適合的污水處置方案和工藝，此后還會(huì)定期對(duì)污水進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)改變進(jìn)行技術(shù)上的調(diào)整。其設(shè)備上主要使用西門(mén)子等故障率低、執(zhí)行程度高、信息處理速度快、自動(dòng)化程度高、安全性能強(qiáng)的設(shè)備為城市污水處理系統(tǒng)在高效率下的運(yùn)行提供保障。在資金上，多國(guó)政府都采取“公益基金的模式”對(duì)環(huán)保領(lǐng)域的事業(yè)進(jìn)行長(zhǎng)周期、大體量的資本助力。與此同時(shí)，我國(guó)在政策上、資源上、技術(shù)上、觀念上以及資金扶持上都仍存在著較大的不足，主要體現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：1.城市污水處理工程早期沒(méi)得到重視，開(kāi)展時(shí)間較晚，起步落后且人員專業(yè)水平并不高，導(dǎo)致采用原理較為簡(jiǎn)單、設(shè)備處理效率低、運(yùn)行成本高。2.政府對(duì)城市污水處理基礎(chǔ)設(shè)施的投入不足，導(dǎo)致老化的沉淀池、格柵池、曝氣池等設(shè)施無(wú)法得到修復(fù)和更新?lián)Q代，運(yùn)行過(guò)程中常出現(xiàn)問(wèn)題，最終污水處理的效率大打折扣。影響了新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)的推行。3.由于人員水平的低下，我國(guó)的污水處理存在著原理簡(jiǎn)單，但管理和操作技術(shù)卻非常復(fù)雜的現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備哪怕處于正常運(yùn)行的狀態(tài)下，也只是處在低負(fù)荷運(yùn)行的區(qū)間，其操控者無(wú)法將其發(fā)揮出最大的效能。4.我國(guó)的城市污水處理尚且只是對(duì)工業(yè)、生活中排放的污水經(jīng)處理后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即可，大眾對(duì)水的回收利用特別是再生水有強(qiáng)烈的抵觸態(tài)度，因此處理后的城市污水最終只能排放于大自然當(dāng)中，降低了水資源的利用率。1.3SBR污水處理工藝介紹“活性污泥法”在中國(guó)的城市污水處理廠具有適用范圍廣、綜合造價(jià)低、應(yīng)用率高等特點(diǎn)。21世紀(jì)初，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,我國(guó)也大規(guī)模引進(jìn)了一大批的新技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備,先后出現(xiàn)了A/O工藝法、AB法、氧化溝法、SBR法等。隨著設(shè)備與技術(shù)工藝的不斷更新，污水處理技術(shù)也得到了快速發(fā)展，應(yīng)用前景也更為廣泛。SBR污水處理工藝：全稱是序列間歇式活性污泥法。SBR技術(shù)與傳統(tǒng)處理工藝不同，它以時(shí)間分割、非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)、靜置理想沉淀替代了空間分割、穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)、傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)沉淀等技術(shù)工藝。技術(shù)核心表現(xiàn)為均化、初沉、生物降解、二沉等功能集合在SBR反應(yīng)池中進(jìn)行操作。SBR法的基本原理:是以序批操作為其基本運(yùn)行工況。所謂序批式的運(yùn)行操作，一是空間上按序批方式操作運(yùn)行。由于污水的連續(xù)排放和流量波動(dòng)大等特性，污水需要在兩個(gè)反應(yīng)器中交替運(yùn)行，按次序排入不同反應(yīng)器；二是SBR的運(yùn)行操作在時(shí)間上也是按先后順序排列序批的。SBR工藝完整的運(yùn)行周期分為五大階段，依次為進(jìn)水、曝氣反應(yīng)、沉淀降解、排水和靜置階段。其技術(shù)原理主要是以懸浮微生物為基礎(chǔ)，對(duì)污水中碳水化合物、蛋白質(zhì)、尿素、動(dòng)植物脂肪、氨以及合成洗滌劑等污染物在好氧的條件下激發(fā)生化反應(yīng)從而達(dá)到降解的效果。SBR法的優(yōu)點(diǎn)：1.生化反應(yīng)推流作用強(qiáng)，效率顯著提高，池內(nèi)厭氧、好氧狀態(tài)處于不斷交替過(guò)程，凈化程度高。2.運(yùn)行過(guò)程平穩(wěn)有序，污水在靜態(tài)下的沉淀時(shí)限短、效率高、出水水質(zhì)好。3.耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)滯留的處理水，不斷對(duì)污水產(chǎn)生稀釋、緩沖的作用，較大程度地降低了有機(jī)污物的沖擊干擾。4.工藝流程所涉及的設(shè)備量較少，結(jié)構(gòu)和原理相對(duì)簡(jiǎn)單，能耗低的同時(shí)占用面積小，便于管理人員后續(xù)進(jìn)行的操作管理。5.SBR法還可使用組合式構(gòu)造方法，便于污水處理廠后期隨污水量增大而進(jìn)行的擴(kuò)建改造工程。SBR法的缺點(diǎn)：1.SBR反應(yīng)器容積可用空間小，利用程度低。2.對(duì)維護(hù)人員的技能要求高，控制過(guò)程復(fù)雜。3.大規(guī)?；潭鹊?。SBR系統(tǒng)的適用場(chǎng)景：1.間歇排放密集以及流量變化較大的廠區(qū)附近。2.對(duì)旅游景點(diǎn)等出水水質(zhì)高排放標(biāo)準(zhǔn)的地方。3.取水難度較大，用地用水緊缺的地方。4.對(duì)已建污水處理廠的改造。1.4本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要工作首先，需要確定設(shè)計(jì)的方案。其中包括PLC的選型、組態(tài)王版本的適配、程序的編寫(xiě)以及城市污水處理設(shè)施的模擬。其次，對(duì)課題的控制要求進(jìn)行分析、確定輸入輸出的相關(guān)元件設(shè)備等、I/O點(diǎn)數(shù)的分配、PLC程序的設(shè)計(jì)、組態(tài)王畫(huà)面的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的模擬調(diào)試與仿真、設(shè)備運(yùn)行的流程判斷圖等，不斷完善整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，查缺補(bǔ)漏。最后，將各時(shí)期的工作進(jìn)展及時(shí)匯報(bào)給指導(dǎo)老師、有不理解的地方及時(shí)尋求老師幫助并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查閱資料自我學(xué)習(xí)，按時(shí)的完成軟硬件的設(shè)計(jì)、畢設(shè)相關(guān)內(nèi)容的介紹、模擬演示以及不斷改進(jìn)論文，準(zhǔn)備好答辯事宜。

2設(shè)計(jì)方案的確定2.1PLC的簡(jiǎn)介PLC是一種以數(shù)字運(yùn)算操作為基礎(chǔ)的可編程邏輯控制器，其服務(wù)于大體量、高要求、環(huán)境惡劣、復(fù)雜程度高的工業(yè)環(huán)境。它采用一類(lèi)可編程存儲(chǔ)器，有著獨(dú)特的內(nèi)部存儲(chǔ)程序、較強(qiáng)的邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)與算數(shù)操作等用戶指令，通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制著各種類(lèi)型的機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程。在工業(yè)生產(chǎn)上有著不可代替的核心地位。2.2PLC的設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求。任務(wù)要求的主要條件是當(dāng)前現(xiàn)實(shí)任務(wù)的要求能得到充分滿足（即所選的PLC能充分保證污水處理系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)安全、流暢、穩(wěn)定的運(yùn)行，并將處理后的污水通過(guò)檢測(cè)凈化至符合排放的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排出）。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循的主要原則為：1.盡最大努力將控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制的要求相匹配，降低花費(fèi)的時(shí)間與經(jīng)費(fèi)。2.充分了解并規(guī)劃好PLC的可擴(kuò)展性，要提前準(zhǔn)備好擴(kuò)展模塊，以防在應(yīng)用過(guò)程中由于外界環(huán)境的變化而導(dǎo)致任務(wù)無(wú)法進(jìn)行的情況發(fā)生。3.盡最大努力滿足系統(tǒng)任務(wù)“簡(jiǎn)化操作、安全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單”的要求。PLC的具體設(shè)計(jì)步驟首先應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行分析，再確定了控制要求的情況下思考輸入輸出設(shè)備的選型問(wèn)題，選擇合適的PLC為設(shè)備提供支持。其次要規(guī)劃好I/O口的點(diǎn)數(shù)分配問(wèn)題，接著根據(jù)I/O口設(shè)計(jì)的元件和設(shè)備的選型對(duì)PLC程序進(jìn)行繪制。最終，先在軟件上進(jìn)行模擬調(diào)試，再去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。將出現(xiàn)的問(wèn)題整理總結(jié)。如下表2-1所示：圖2-1設(shè)計(jì)步驟圖2.3城市污水處理系統(tǒng)控制框圖通過(guò)觀察分析操作臺(tái)（學(xué)校的PLC機(jī)柜）各個(gè)按鈕的輸入、輸出信號(hào)以及各種感應(yīng)裝置的輸入、輸出信號(hào)，并對(duì)各環(huán)節(jié)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試來(lái)控制系統(tǒng)的起停運(yùn)行，監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況。如下圖2-2所示：圖2-2系統(tǒng)控制框圖2.4SBR污水處理工藝設(shè)計(jì)步驟第一階段（進(jìn)水期）：污水由該時(shí)段開(kāi)始經(jīng)進(jìn)水口連續(xù)排入污水消化池內(nèi)，達(dá)到最高的運(yùn)行液位后暫停污水的排入并開(kāi)始下一階段的設(shè)備運(yùn)行。緊接著污水經(jīng)污水池運(yùn)行流入粗格柵間（粗隔柵間的作用攔截、清除污水中的較大雜物）清除大型雜物以及懸浮塊狀物，然后通過(guò)進(jìn)水泵房（進(jìn)水泵房的作用為加水提升污水含量，使設(shè)備到達(dá)運(yùn)行需要的液位高，依靠自身的重力實(shí)現(xiàn)自流。)將污水提升,達(dá)到下個(gè)設(shè)備操作所需要的高度,緊接著污水經(jīng)設(shè)備進(jìn)入細(xì)隔柵間（可過(guò)濾細(xì)小顆粒物及懸浮物）清除細(xì)小顆粒物和懸浮物,然后進(jìn)入沉砂池（去除污水中粒徑偏向較小的砂粒確保管道、閥門(mén)，安全、流暢的運(yùn)行，減少砂粒對(duì)管道的磨損阻塞影響），去除污水中細(xì)小的砂粒。第二階段（曝氣充氧期）：污水進(jìn)入SBR池（在反應(yīng)期內(nèi)預(yù)先培育適量的活性微生物,微生物與反應(yīng)器內(nèi)的污水在有氧的條件下接觸混合，微生物將利用污水中含有的有機(jī)物進(jìn)行新陳代謝等生化反應(yīng),將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為2CO、OH2等無(wú)機(jī)物；與此同時(shí)不斷地進(jìn)行細(xì)胞增殖，使得其在數(shù)量上得到提升，反應(yīng)效率更高。），由鼓風(fēng)機(jī)（產(chǎn)生曝氣作用，將空氣中的氧強(qiáng)制向污水內(nèi)轉(zhuǎn)移，確保SBR池中的微生物獲得足夠的溶解氧使其生化反應(yīng)維持進(jìn)行）供氧，將水中的有機(jī)污染物通過(guò)微生物轉(zhuǎn)換為2CO、OH2等無(wú)機(jī)物。第三階段（沉淀期）：通過(guò)濃縮池(濃縮池的作用在于初步降低污水中的含泥量）進(jìn)入靜沉淀狀態(tài)，進(jìn)行高效的泥水分離，降低污泥含量再將污泥經(jīng)脫水后運(yùn)送至儲(chǔ)泥池。第四階段（排泥期）：儲(chǔ)泥池可將污泥進(jìn)行二次脫水，最后將其壓縮，提升濃度，起到暫時(shí)保存污泥，定期排出的作用。第五階段（排水期）：經(jīng)由潷水器（在不擾動(dòng)池水沉淀物的前提下，從靜止的池水表面將澄清的上清液潷出，確保上層清水的水質(zhì))，將澄清的水潷出，最后污水經(jīng)由消毒池（消毒池中采用二氧化氯、紫外線、臭氧發(fā)生器等進(jìn)行殺菌消毒)消毒后，由溶解氧儀對(duì)消毒池內(nèi)凈化后的清水進(jìn)行檢測(cè)，在確保檢測(cè)結(jié)果符合水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，排除清水。工藝流程圖如下圖2-3所示：圖2-3工藝流程圖

3硬件的設(shè)計(jì)3.1選擇PLCPLC設(shè)備的選型合適與否,直接關(guān)系到整個(gè)污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能否成功實(shí)施，一般情況下，選擇PLC主要須關(guān)注以下幾個(gè)方面：1.I/O端口點(diǎn)號(hào)的選?。寒?dāng)I/O端口點(diǎn)數(shù)需要合適的容限估算時(shí)，一般采用從輸入點(diǎn)到輸出點(diǎn)的計(jì)算，在目前容限的10%到15%的范圍內(nèi)，預(yù)留合適的擴(kuò)充容限，以便最大限度地適應(yīng)實(shí)際情況下的需求；而在實(shí)際運(yùn)用中，我們常常需要針對(duì)產(chǎn)品特性，從生產(chǎn)廠商的PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓加工。2.所要求的內(nèi)存容量的大?。菏褂谜叱淌剿蟮膬?chǔ)存能力，不但與PLC的功能相關(guān)，也與執(zhí)行方式、程式編制程度相關(guān)。當(dāng)一位資深程式設(shè)計(jì)師與一位新手程序設(shè)計(jì)師面臨同樣的復(fù)雜度時(shí)，程式數(shù)量上至少會(huì)產(chǎn)生25%以上的差異，因此，新手在評(píng)估儲(chǔ)存能力時(shí)，應(yīng)保留更多的余量。在儲(chǔ)存能力上，可程式控制裝置可以為程式儲(chǔ)存裝置的大小、程式儲(chǔ)存能力所用的儲(chǔ)存裝置的大小、使用者應(yīng)用程式的處理，因此該裝置的能力比儲(chǔ)存能力要少。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)闆](méi)有對(duì)使用者的應(yīng)用程式進(jìn)行編譯，所以在程式設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法得知其進(jìn)程，只有在程式進(jìn)行程式后方能得知。雖然沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算方法，每個(gè)計(jì)算方法都是不一樣的，但是根據(jù)I/O值的計(jì)算，可以根據(jù)以下的計(jì)算方法，計(jì)算出一個(gè)新的存貯器，然后在10-15%之間增加一個(gè)余量。存儲(chǔ)容量（字節(jié)）=開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)x10+模擬量I/O通道數(shù)x100。3.2硬件電路接線圖通過(guò)CAD工具對(duì)PLC的硬件電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，先添加PLC具體模塊的硬件框架，接著根據(jù)設(shè)計(jì)好的I/O表對(duì)PLC進(jìn)行I/O口與元件的連線繪制，最后將每個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)PLC的何種功能進(jìn)行注釋。如下圖3-1所示：圖3-1PLC硬件電路接線圖3.3PLC擴(kuò)展模塊接線圖由于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能眾多，導(dǎo)致原PLC設(shè)備的I/O接口無(wú)法全部容納，此時(shí)需要對(duì)PLC擴(kuò)展模塊進(jìn)行繪制，繪制過(guò)程與PLC硬件接線圖的繪制一致，分為選型、導(dǎo)入、連線、注釋四部分。如下圖3-2所示：圖3-2PLC擴(kuò)展模塊接線圖3.4SBR污水處理系統(tǒng)設(shè)備介紹鼓風(fēng)機(jī)：鼓風(fēng)機(jī)在污水處理中的作用主要是將外部空氣強(qiáng)制地壓縮進(jìn)SBR池，使得池內(nèi)的微生物獲得足夠多的溶解氧來(lái)滿足其有氧條件下所發(fā)生的生化反應(yīng)，這一過(guò)程也通常被稱作為曝氣。鼓風(fēng)機(jī)種類(lèi)有很多，此次設(shè)計(jì)可利用羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣。羅茨風(fēng)機(jī)按照構(gòu)造方面的劃分方式，可將它劃歸為一個(gè)“容積式風(fēng)機(jī)”。它的設(shè)計(jì)原理比較簡(jiǎn)單，它在兩臺(tái)近似葉形的風(fēng)機(jī)作用下，利用葉形風(fēng)扇在風(fēng)機(jī)氣缸內(nèi)持續(xù)不斷地做著相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不斷的擠壓并輸送氣體，這一過(guò)程也使其得名為回旋壓縮機(jī)。本次設(shè)計(jì)所使用的羅茨風(fēng)機(jī)規(guī)格為：GRB-IOO型號(hào)，風(fēng)嫩是10.61m3/min，轉(zhuǎn)數(shù)為1750r/min，最大輸出功率是22kw，風(fēng)壓為7000mmAq。液位差計(jì)：本次設(shè)計(jì)中使用的類(lèi)型是超聲波液位差計(jì),它是液位差計(jì)中的其中一類(lèi),目前使用以及相當(dāng)普遍了,在工業(yè)以及城市污水的處理領(lǐng)域?qū)λ?、堿性等液體的檢測(cè)方面應(yīng)用尤為常見(jiàn)。在結(jié)構(gòu)上，主要由一臺(tái)主機(jī)和兩個(gè)超聲波探頭構(gòu)成。在運(yùn)行過(guò)程中利用超聲波液位差計(jì)的兩個(gè)測(cè)量探頭放置于被檢測(cè)介質(zhì)的上部，這類(lèi)探測(cè)器能自行實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)、環(huán)境溫度的補(bǔ)償、自動(dòng)控制的增益,并且由于裝置中的超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)工作過(guò)程中產(chǎn)生的回波干擾也具有抑止作用，從而有效的提高了超聲波檢測(cè)的精確度。另外,由于超聲波液位差計(jì)擁有這以下優(yōu)勢(shì)，在安裝操作時(shí)無(wú)須專門(mén)技術(shù)人員指導(dǎo)也能順利完成安裝并且在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中,操作也較為簡(jiǎn)單方便。沉砂池：沉砂池主要依靠重力分離原理為其基礎(chǔ)，通過(guò)人為的操作，控制住排入沉砂池的污水流速率，在水流的推動(dòng)作用下，使重力較大的無(wú)機(jī)顆粒沉下去,使懸浮的小顆粒隨著水流得推動(dòng)下被帶走，以達(dá)到清除污水中混入的粒徑偏向較小的砂粒來(lái)保護(hù)管道和閥門(mén)等設(shè)施得目的,降低系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)管道的磨損和阻塞,避免在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中泥沙對(duì)設(shè)備的正常使用和運(yùn)轉(zhuǎn)造成負(fù)面的影響。應(yīng)用頻次較高的沉砂池有曝氣沉砂池、旋流沉砂池以及平流沉砂池這三類(lèi),而本次設(shè)計(jì)所使用的沉砂池屬于“曝氣沉砂池”。濃縮池：濃縮池目的在于減少污泥含水率和降低污泥體積，采用重力濃縮池和離心濃縮池這兩種方式來(lái)處理污水。污泥濃縮的三大方法分別為沉降法、離心法和氣浮法。其中的“沉降法”在處理初沉淀污泥的時(shí)候被利用。而“離心法”則利用污泥自身的比重差（泥的比重遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水的比重），致使污泥在離心機(jī)中產(chǎn)生不同的離心方向，不同物質(zhì)循環(huán)往復(fù)的累計(jì)則會(huì)出現(xiàn)黑白分明的分層效果，將泥和水成功分離了出來(lái)，從而達(dá)到了濃縮的目的?！皻飧》ā痹谄綍r(shí)使用較少，不太引人注意，也被業(yè)界稱之為“氣浮濃縮法”，其基本原理是將淤泥小顆粒帶上小氣泡中，有了泡沫在水面上的浮力后,把小顆粒帶上到了水面上來(lái)，然后利用特殊的刮片把已經(jīng)濃縮的淤泥刮入安裝好的排泥溝中，再經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)的水泥砂漿將其從池底中除去。溶解氧檢測(cè)儀：將空氣中的氧經(jīng)由空氣流通和細(xì)菌的光合作用溶解在水中，而關(guān)于污水中溶解氧濃度的多少方面，工業(yè)上則普遍采用溶解氧檢測(cè)儀對(duì)其加以測(cè)定。溶解氧儀利用測(cè)定氧濃度的結(jié)果，利用PID算法對(duì)反應(yīng)、處理過(guò)程效果等實(shí)現(xiàn)監(jiān)控或多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，其使用場(chǎng)合多用于水產(chǎn)養(yǎng)殖方面、生態(tài)化學(xué)反應(yīng)方面、污水的處理方面以及對(duì)湖泊、溪流、海洋等水域環(huán)境的測(cè)試方面。接觸器：本次設(shè)計(jì)所采用的SBR工藝中的設(shè)備使用了大批的機(jī)械接觸器,例如：格柵機(jī)、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、刮尼機(jī)、分離機(jī)、清污機(jī)等設(shè)備的接觸器。其選型為額定電壓220V,額定電流40A的“正泰CJ0-40A的交流接觸器”。3.5SBR污水處理設(shè)備的流程圖3.5.1各類(lèi)池及泵的運(yùn)行流程判斷1.污水池及進(jìn)水泵：當(dāng)操控系統(tǒng)對(duì)污水池進(jìn)電開(kāi)啟后，將根據(jù)操作者的選擇進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式的判斷選擇，在選擇了自動(dòng)模式的條件下，將對(duì)污水池內(nèi)污水的高低液位進(jìn)行判斷，當(dāng)污水池液位大于設(shè)置的最高限度時(shí)，進(jìn)水泵開(kāi)啟并進(jìn)入排水模式，直至污水池液位小于最低限度時(shí)停止運(yùn)行。如下圖3-3所示：圖3-3污水池運(yùn)行流程判斷圖2.清污池及清污泵：當(dāng)操控系統(tǒng)對(duì)清污池進(jìn)電開(kāi)啟后，將根據(jù)操作者的選擇進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式的判斷選擇，在選擇了自動(dòng)模式的條件下，將對(duì)清污池內(nèi)污水的高低液位進(jìn)行判斷，當(dāng)清污池液位大于設(shè)置的最高限度時(shí)，清污泵開(kāi)啟并進(jìn)入清除污泥模式，直至清污池液位小于最低限度時(shí)停止運(yùn)行。如下圖3-4所示：圖3-4清污池運(yùn)行流程判斷圖3.沉沙池及沉沙泵：當(dāng)操控系統(tǒng)對(duì)沉沙池進(jìn)電開(kāi)啟后，將根據(jù)操作者的選擇進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式的判斷選擇，在選擇了自動(dòng)模式的條件下，將對(duì)沉沙池內(nèi)污水的高低液位進(jìn)行判斷，當(dāng)沉沙池液位大于設(shè)置的最高限度時(shí)，沉沙泵開(kāi)啟并進(jìn)入除砂模式，直至沉沙池液位小于最低限度時(shí)停止運(yùn)行。如下圖3-5所示：圖3-5沉沙池運(yùn)行流程判斷圖4.污泥池及污泥泵：當(dāng)操控系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)泥池進(jìn)電開(kāi)啟后，將根據(jù)操作者的選擇進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式的判斷選擇，在選擇了自動(dòng)模式的條件下，將對(duì)儲(chǔ)泥池內(nèi)污水的高低液位進(jìn)行判斷，當(dāng)儲(chǔ)泥池液位大于設(shè)置的最高限度時(shí)，污泥泵開(kāi)啟并進(jìn)入除砂模式，直至儲(chǔ)泥池液位小于最低限度時(shí)停止運(yùn)行。如下圖3-6所示：圖3-6儲(chǔ)泥池運(yùn)行流程判斷圖5.SBR池及SBR泵當(dāng)操控系統(tǒng)對(duì)SBR池進(jìn)電開(kāi)啟后，將根據(jù)操作者的選擇進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式的判斷選擇，在選擇了自動(dòng)模式的條件下，將對(duì)SBR池內(nèi)污水的高低液位進(jìn)行判斷，當(dāng)SBR池液位大于設(shè)置的最高限度時(shí)，SBR泵開(kāi)啟并進(jìn)入曝氣充氧模式，直至SBR池液位小于最低限度時(shí)停止運(yùn)行。如下圖3-7所示：圖3-7SBR池運(yùn)行流程判斷圖6.格柵池及粗細(xì)格柵機(jī)：當(dāng)操控系統(tǒng)對(duì)格柵池進(jìn)電開(kāi)啟后，將根據(jù)操作者的選擇進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式的判斷選擇，在選擇了自動(dòng)模式的條件下，將對(duì)格柵池內(nèi)污水的高低液位進(jìn)行判斷，當(dāng)格柵池液位大于設(shè)置的最高限度時(shí)，粗格柵機(jī)開(kāi)啟，延遲10s（使粗格柵裝置凈化后的污水蓄積到一定量方便運(yùn)輸）后細(xì)格柵機(jī)也啟動(dòng)，直至格柵池液位小于最低限度時(shí)停止運(yùn)行。如下圖3-8所示：圖3-8格柵池運(yùn)行流程判斷圖3.5.2污水的泥水排出過(guò)程的流程判斷當(dāng)操控系統(tǒng)對(duì)濃縮池進(jìn)電開(kāi)啟后，將根據(jù)操作者的選擇進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式的判斷選擇，在選擇了自動(dòng)模式的條件下，濃縮泵開(kāi)啟，延遲10s后，濃縮泵暫停運(yùn)行而潷水器啟動(dòng)過(guò)濾污水進(jìn)入啟動(dòng)的消毒池中進(jìn)行消毒殺菌。如下圖3-9所示：圖3-9泥水排出流程判斷圖3.5.3水質(zhì)檢測(cè)工序的流程判斷當(dāng)操控系統(tǒng)對(duì)溶解氧儀進(jìn)電開(kāi)啟后，將根據(jù)操作者的選擇進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式的判斷選擇。在選擇了自動(dòng)模式的條件下，對(duì)溶解氧的濃度進(jìn)行判斷，當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)未達(dá)到PID調(diào)節(jié)的設(shè)定值時(shí)，繼續(xù)跳回到上一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)達(dá)到PID調(diào)節(jié)的設(shè)定值時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)恒速運(yùn)行繼續(xù)循環(huán)。如下圖3-10所示：圖3-10溶解氧儀的運(yùn)行流程判斷圖

4軟件部分的設(shè)計(jì)4.1I/O分配表該設(shè)計(jì)方案將組態(tài)王6.55與西門(mén)子PLC相結(jié)合，使其運(yùn)用于城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中，據(jù)相關(guān)任務(wù)要求，對(duì)輸入地址進(jìn)行分類(lèi)，將輸入名稱、地址、數(shù)據(jù)類(lèi)型添加進(jìn)表格種，設(shè)計(jì)出滿足條件的I/O口分配表輸入地址部分。如下圖4-1所示：圖4-1I/O分配表輸入地址與輸入表的制作同理，對(duì)輸出地址進(jìn)行分類(lèi)，將輸入名稱、地址、數(shù)據(jù)類(lèi)型添加進(jìn)表格種，設(shè)計(jì)出滿足條件的I/O口分配表輸出地址部分。如下圖4-2所示：圖4-2I/O分配表輸出地址盡管程序運(yùn)行過(guò)程中中間點(diǎn)位并無(wú)太大實(shí)際意義，其本身是設(shè)定在程序之中的，但其預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)也決定了設(shè)備可否正常運(yùn)行，與輸入輸出地址同理繪制程序的中間點(diǎn)位表如下圖4-3所示：圖4-3中間點(diǎn)位地址4.2PID算法4.2.1PID簡(jiǎn)介PID三個(gè)字母代表的是比例（proportional）、積分（integral）、微分（derivative）的簡(jiǎn)稱，即比例積分微分控制，是一種常見(jiàn)的控制算法。在PID控制中，難度較大的部分是控制器的參數(shù)整定部分。所謂參數(shù)整定，就是正確理解各參數(shù)所代表的物理含義，通過(guò)PID的標(biāo)準(zhǔn)化公式對(duì)其進(jìn)行設(shè)定，最終將物理量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出出來(lái)，供使用者快速識(shí)別檢測(cè)，方便設(shè)備的控制。4.2.2PID公式通過(guò)PID的增量型公式，可以進(jìn)而演化為可以預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)運(yùn)行走勢(shì)的曲線趨勢(shì)圖，也可通過(guò)對(duì)公式中P、I、D三個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化，分析得知數(shù)據(jù)是否符合設(shè)計(jì)要求的預(yù)期。PID公式如下圖4-4所示：圖4-4PID增量公式4.2.3PID存在的意義PID的存在，主要是為自動(dòng)控制系統(tǒng)克服實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)的誤差而服務(wù)，其較為可靠的預(yù)測(cè)能力能對(duì)產(chǎn)生的誤差起到減小抑制作用，因而被廣泛地應(yīng)用于各大工業(yè)控制和智能化的運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中。4.3梯形圖的設(shè)計(jì)梯形圖的介紹：梯形圖是一種形象、直觀、實(shí)用的重要圖形編程語(yǔ)言，其在繼電器等控制電路的基本形式上，與接觸器組和使用，通過(guò)簡(jiǎn)化符號(hào)，而逐漸發(fā)展起來(lái)的一種語(yǔ)言，它使目前應(yīng)用于PLC進(jìn)行工作的專業(yè)技術(shù)人員中使用最廣泛的PLC的程序設(shè)計(jì)方式,被業(yè)內(nèi)譽(yù)為“PLC的第一編程語(yǔ)言”。軟繼電器：軟繼電器和PLC映像寄存器的存儲(chǔ)單元存在著按照順序性的逐一相對(duì)的關(guān)聯(lián)。假設(shè)輔助寄存器里的存儲(chǔ)單元發(fā)生變化——狀態(tài)為1，那么在相關(guān)的梯形圖中與之按照次序相對(duì)應(yīng)的軟繼電器線圈也將形成一定的情況改變（即通電），此時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)將處于接通狀況，常閉觸點(diǎn)則處于斷開(kāi)狀況,由于存儲(chǔ)單元發(fā)生變化引起的軟繼電器線圈變化的狀況統(tǒng)稱為軟繼電器的1狀態(tài)又或者是ON狀態(tài)。相反，如果輔助寄存器里的存儲(chǔ)單元發(fā)生改變，狀態(tài)為0，那么在相關(guān)的梯形圖中與其遵循次序相對(duì)的軟繼電器線圈也將形成一定的改變（即斷電），由此引發(fā)了常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通的現(xiàn)象發(fā)生，這種存儲(chǔ)單元改變所造成的由軟繼電器線圈改變形成的情況被統(tǒng)稱為軟繼電器的0狀態(tài)或OFF狀態(tài)。能流：在與梯形圖的觸點(diǎn)接通后，在觀察梯形圖的時(shí)候我們就可在大腦中假設(shè)有一種概念電流或能流，正從梯形圖的左邊向右邊運(yùn)動(dòng)，而這種概念幻想的流動(dòng)順序也與梯形圖邏輯運(yùn)算的次序一致。但是必須注意的是，在此刻所假想的“能流”只能夠沿著剛才規(guī)定的順序由左向右流動(dòng)，不能有其他計(jì)算次序。母線：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),母線就是梯形圖界面左邊由上自下延伸的公共線。在對(duì)梯形圖進(jìn)行分析時(shí)，可將其類(lèi)比為繼電器的電路圖，然后模仿對(duì)繼電器電路圖的分析方法來(lái)判斷梯形圖的邏輯關(guān)系，程序由母線的最左端開(kāi)始讀取，在其最右端結(jié)束執(zhí)行。由上至下逐步掃描。邏輯運(yùn)算：在梯形圖中，人們能夠從梯形圖中得到已顯示的各觸點(diǎn)狀況以及與此相應(yīng)的邏輯關(guān)系，然后再通過(guò)觀察線圈的輸入輸出工況從而推理已編程元件的狀況，因此人們將這個(gè)邏輯稱為梯形圖的邏輯運(yùn)算。對(duì)于梯形圖的看法：其實(shí)在大家初次接觸梯形圖時(shí)，都有可能并不熟悉其工作模式。但是經(jīng)過(guò)逐步了解之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)用起來(lái)也并不像我們先前想象的那么復(fù)雜、困難。首先，我們要琢磨透梯形圖編譯的PLC控制系統(tǒng)所要求的設(shè)備的基本狀況，還有一些必須掌握的基本運(yùn)行動(dòng)作以及運(yùn)行的狀態(tài)等等。明白輸入端哪個(gè)部分是啟動(dòng)指令,哪些是終止指令。再由PLC輸出端開(kāi)始，弄懂從輸入端到輸出端點(diǎn)傳遞出的輸出信號(hào)，執(zhí)行開(kāi)關(guān)命令所代表的含義是什么，比如：何種動(dòng)作表達(dá)的是啟動(dòng)，何種動(dòng)作表達(dá)的又是動(dòng)作暫停。最后，可將整個(gè)梯形圖打開(kāi)來(lái)，自上而下的，從左至右的認(rèn)真閱覽，進(jìn)行梯級(jí)的逐一分析，從中找出輸入和輸出端所隱含的邏輯關(guān)系。唯有重復(fù)遵循以上四個(gè)步驟，不畏懼麻煩和困難，抱著每一遍都是初次瀏覽的態(tài)度，仔細(xì)認(rèn)真的分析，經(jīng)歷從不熟到熟悉的這個(gè)過(guò)程，才有利于初學(xué)設(shè)計(jì)者弄懂梯形圖的邏輯關(guān)系。當(dāng)你熟悉后，就可以依據(jù)具體的要求來(lái)統(tǒng)籌整個(gè)梯形圖的編寫(xiě)了。綜上所述，梯形圖的熟練分析和使用，對(duì)一個(gè)大學(xué)生而言，在學(xué)習(xí)PLC的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言方面，有著重要的意義、起著無(wú)可比擬的指導(dǎo)作用。4.3.1S7—200程序梯形圖1.主程序部分：主程序梯形圖涵蓋的內(nèi)容主要是對(duì)手動(dòng)自動(dòng)模式的選擇、采集模擬量信號(hào)的調(diào)用、模擬量計(jì)算換算調(diào)用、參數(shù)的調(diào)用設(shè)置等功能進(jìn)行了編譯。通過(guò)主程序的定義對(duì)子程序進(jìn)行管理。如下圖4-5所示：圖4-5梯形圖主程序部分2.手動(dòng)和自動(dòng)模式部分：通過(guò)設(shè)置輸入端的模擬量從而完成對(duì)其手動(dòng)和自動(dòng)模式切換的控制，當(dāng)輸入端的狀態(tài)量為1時(shí)，程序進(jìn)入手動(dòng)控制階段；反之，當(dāng)輸入端的狀態(tài)量為0時(shí)，程序進(jìn)入自動(dòng)控制階段。由于各類(lèi)泵的程序編譯原理一致，下面選取進(jìn)水泵來(lái)舉例說(shuō)明。完整的手自動(dòng)模式梯形圖設(shè)計(jì)參見(jiàn)附錄。（1）當(dāng)I0.0的輸出值為1時(shí)，開(kāi)啟手動(dòng)模式控制設(shè)備運(yùn)行，手動(dòng)將旋鈕旋轉(zhuǎn)使得I0.3=1，程序控制進(jìn)水泵電機(jī)啟動(dòng)。（2）當(dāng)I0.0的輸出值為0時(shí)系統(tǒng)為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)M0.0的輸出值為1時(shí)系統(tǒng)將輸入電流給進(jìn)水泵，使其啟動(dòng)。如下圖4-6所示：圖4-6手動(dòng)和自動(dòng)模式部分3.報(bào)警信號(hào)輸出部分：在自動(dòng)模式下，當(dāng)熱繼電器動(dòng)作時(shí)，PLC程序?qū)⒅袛嗍鼙Ｗo(hù)部分的信號(hào)輸出。此種狀態(tài)下，熱繼電器常閉觸點(diǎn)將斷開(kāi)，導(dǎo)致相關(guān)功能無(wú)法進(jìn)行，通過(guò)控制對(duì)應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行指示燈熄滅并發(fā)出警報(bào)音，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。FR1-FR11為各類(lèi)設(shè)備的熱繼電器，HL為指示燈。如下圖4-7所示：圖4-7報(bào)警信號(hào)輸出部分4.采集模擬量信號(hào)部分：通過(guò)液位計(jì)對(duì)SBR工藝流程中各設(shè)備的實(shí)際污水液位進(jìn)行模擬量信號(hào)的采集，將采集到的數(shù)據(jù)信息讀取到程序中，最終通過(guò)輸出的值對(duì)各設(shè)備的實(shí)際液位進(jìn)行識(shí)別。具體采集模擬量信號(hào)的設(shè)計(jì)編譯，選取格柵池作為例子。如下圖4-8所示：圖4-8采集模擬量信號(hào)部分5.模擬量換算部分：通過(guò)對(duì)變頻器采集到的電信號(hào)進(jìn)行處理，將工程量轉(zhuǎn)換成模擬量并將其傳入PLC中進(jìn)行識(shí)別，再利用AD轉(zhuǎn)換模塊變換成數(shù)字量，最后再由PLC程序?qū)?shù)字量還原為工程量，反饋給設(shè)備進(jìn)行執(zhí)行操作。0-20ma的對(duì)應(yīng)換算范圍使0-32000如下圖4-9所示：圖4-9模擬量換算部分6.參數(shù)設(shè)置部分：對(duì)設(shè)備中各類(lèi)設(shè)備的傳感器設(shè)置具體的參數(shù)（液位的最高限度與最低限度），通過(guò)設(shè)定好的滿足條件對(duì)實(shí)際值進(jìn)行比較，從而控制相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)。由于各類(lèi)設(shè)備具體參數(shù)的編譯類(lèi)似，下面選取SBR池為例。如下圖4-10所示：圖4-10參數(shù)設(shè)置部分7.PID參數(shù)設(shè)置部分：利用預(yù)先在溶解氧儀中設(shè)置好的PID參數(shù)，對(duì)處理后的污水進(jìn)行檢測(cè)，將其數(shù)值反饋給程序，讓程序?qū)υO(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷（城市污水的凈化標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)算法的形式融入到了PID參數(shù)當(dāng)中），最終輸出回溶解氧儀中方便判斷水質(zhì)是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)程變量輸入范圍為6400-32000，給定值輸入范圍為0.0-100.0。如下圖4-11所示：圖4-11PID參數(shù)設(shè)置部分

5組態(tài)王監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)5.1組態(tài)王簡(jiǎn)介組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)為PLC自動(dòng)化流程的場(chǎng)景仿真提供了解決方案，他以高度的智能化信息技術(shù)為基礎(chǔ)，面向中低端的自動(dòng)化市場(chǎng),是一款具備較高性價(jià)比和較強(qiáng)適應(yīng)性的上位機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品。主體構(gòu)造上分為管理層、控制層和監(jiān)控層三大層次，其中監(jiān)控層下接部分是控制層，上連部分是管理層?？刂茖佑糜跐M足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施監(jiān)視管理的要求，具有“承上啟下”的作用。組態(tài)王6.55功能符合業(yè)界最新技術(shù)要求，其全新的開(kāi)發(fā)模式，豐富且提升了產(chǎn)品的運(yùn)行操作過(guò)程。較老一代的組態(tài)王版本，其功能上表現(xiàn)得更為實(shí)用，操作上表現(xiàn)得更加流暢，取得了莫大的進(jìn)步。組態(tài)王6.55的主要更新內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：1.網(wǎng)頁(yè)功能：在網(wǎng)絡(luò)版中，企業(yè)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的展示類(lèi)似于一個(gè)門(mén)戶式的網(wǎng)頁(yè)，在不同的工作職能中，使用者可通過(guò)用戶名密碼完成登錄操作。而操作員則可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境改變，調(diào)節(jié)設(shè)備的開(kāi)啟與停止。其次，全新的仿真場(chǎng)景技術(shù)使用戶無(wú)論在何時(shí)何地都可實(shí)時(shí)控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作流程、通過(guò)觀察歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)曲線的變動(dòng)、生產(chǎn)報(bào)告的變更，以及結(jié)果的記錄和報(bào)警等，時(shí)刻作出分析，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。最后，新版的組態(tài)王在最新的數(shù)據(jù)壓縮和搜索引擎技術(shù)的幫助下，支持使用者實(shí)現(xiàn)快捷的信息保存和快速的工業(yè)過(guò)程信息檢索功能，其快捷的存儲(chǔ)大大節(jié)約了用戶的成本。2.多媒體警報(bào)功能：用戶能及時(shí)觀測(cè)并記錄下現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況?？梢酝ㄟ^(guò)預(yù)先設(shè)定號(hào)碼以及簡(jiǎn)短的報(bào)告內(nèi)容在發(fā)生故障時(shí)收到警報(bào)提醒（當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題的時(shí)候，故障告警程序就會(huì)在確定狀態(tài)后發(fā)送至操作人員的手機(jī)中），以達(dá)到操作員及時(shí)知悉現(xiàn)場(chǎng)情況并解決設(shè)備異常運(yùn)行的問(wèn)題。3.圖像自定義功能：（1）應(yīng)用人員能夠任意改變圖片的尺寸，利用滾動(dòng)條限制屏幕展示內(nèi)容。（2）變量可以替換為單一圖形，支持在變量能夠替換的情況下自由選取人物畫(huà)面元素。（3）操作中,使用者能夠使用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)，在圖片中選取若干個(gè)像素完成排列、組合等。（4）通過(guò)自定義的二級(jí)菜單，在對(duì)圖像信息的文本處理方面，利用圖形元素的簡(jiǎn)單和復(fù)合圖實(shí)現(xiàn)了文字提示信息。在本次城市污水處理畢業(yè)設(shè)計(jì)中,直白來(lái)說(shuō)組態(tài)王為PLC提供重要的監(jiān)視輔助功能,若是沒(méi)有組態(tài)王的監(jiān)控，利用PLC所設(shè)計(jì)出來(lái)的功能則無(wú)法驗(yàn)證其可行性。不難看出，雖然PLC是污水處理系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一部分,但組態(tài)王6.55也在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中有著無(wú)法取代的地位。在PLC程序設(shè)計(jì)軟件中可通過(guò)人為的方式設(shè)計(jì)好功能邏輯，然后可以把已經(jīng)編寫(xiě)好的程序下發(fā)到PLC中與組態(tài)王進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，再?gòu)慕M態(tài)王對(duì)編譯的相關(guān)變量實(shí)現(xiàn)調(diào)控，在畫(huà)面中直接觀察變量的變化，根據(jù)外部參量變化所得到的數(shù)據(jù)，操作人員就可以控制相關(guān)設(shè)備的啟停，加減速等功能，借此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制。5.2此任務(wù)下組態(tài)王的創(chuàng)建流程5.2.1創(chuàng)建新工程鼠標(biāo)雙擊組態(tài)王6.55圖標(biāo)，打開(kāi)軟件，進(jìn)入工程管理器界面，點(diǎn)擊文件列表中的新建，彈出“新建工程向?qū)А睍?huì)話框，點(diǎn)擊下一步，創(chuàng)建所要設(shè)計(jì)的工程。如下圖5-1所示：圖5-1新建工程向?qū)D接著，按照彈出提示，填寫(xiě)工程名稱和與工程有關(guān)的相關(guān)描述信息。如下圖5-2所示：圖5-2工程命名圖最后點(diǎn)擊“完成”按鈕,于是創(chuàng)建了一個(gè)新的工程，如下圖5-3所示：圖5-3新工程圖緊接著雙擊剛才創(chuàng)建的新工程,彈出工程瀏覽器，單擊右側(cè)新建圖標(biāo)，打開(kāi)組態(tài)王6.55的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，如下圖5-4所示：圖5-4組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)圖5.2.2設(shè)計(jì)畫(huà)面第一步，先打開(kāi)新建工程,單擊工程瀏覽器中的“文件”圖標(biāo)再選擇子圖標(biāo)的畫(huà)面進(jìn)行單擊操作；第二步，在打開(kāi)的畫(huà)面右側(cè)雙擊新建圖標(biāo)；第三步，在彈出會(huì)話框后，將畫(huà)面名稱命名為“城市污水處理系統(tǒng)”。如下圖5-5所示：圖5-5設(shè)計(jì)畫(huà)面圖選擇“確認(rèn)”按鈕后，將會(huì)顯示組態(tài)王畫(huà)面的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，如下圖5-6所示：圖5-6畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)圖最后，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需要的設(shè)備在頁(yè)面中的工具箱內(nèi)選擇相關(guān)功能對(duì)設(shè)備進(jìn)行插入繪制，如下圖5-7所示：圖5-7畫(huà)面開(kāi)發(fā)圖經(jīng)過(guò)繪制，城市污水處理系統(tǒng)的完整主界面圖如下圖5-8所示：圖5-8完整系統(tǒng)圖5.2.3定義I/O口設(shè)備首先，打開(kāi)工程瀏覽器，在頁(yè)面的左側(cè)選中“設(shè)備”選項(xiàng)下的“COM1”標(biāo)志后，彈出彈窗并按照選型要求選澤西門(mén)子S7—200系列下的PPI接口選項(xiàng)。如下圖5-9所示：圖5-9設(shè)備選擇圖接著按照提示，填寫(xiě)相關(guān)信息并核查無(wú)錯(cuò)后，單擊彈窗下側(cè)的“完成”按鈕。如下圖5-10所示：圖5-10設(shè)備選擇結(jié)束圖5.2.4構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)先從工程瀏覽器頁(yè)面中選定“數(shù)據(jù)庫(kù)”選項(xiàng)中的“數(shù)據(jù)詞典”標(biāo)志，在彈出的“定義變量”彈窗中設(shè)定I/O口的具體變量。如下圖5-11所示：圖5-11定義I/O口變量過(guò)程圖緊跟上一步的操作，將設(shè)定好的I/O口變量和數(shù)據(jù)全部定義，如下圖5-12所示：圖5-12I/O口變量圖5.2.5建立動(dòng)畫(huà)連接動(dòng)畫(huà)連接的基本定義為“畫(huà)面圖形"與數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置的數(shù)據(jù)變量相互聯(lián)系，預(yù)先設(shè)定的變量會(huì)由于外部環(huán)境的變化而發(fā)生值的改變,致使組態(tài)王畫(huà)面中的模擬對(duì)象顯示對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫(huà)效果，造就了組態(tài)王的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。首先，任選開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中的項(xiàng)目，打開(kāi)后對(duì)繪制的圖形進(jìn)行選擇，然后鼠標(biāo)右鍵單擊選擇對(duì)象，選擇動(dòng)畫(huà)連接選項(xiàng)。彈出彈窗如下圖5-13所示：圖5-13設(shè)置動(dòng)畫(huà)連接過(guò)程圖接著，單擊“確認(rèn)”按鈕,并在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上方,選中“編輯”,在下拉菜單中選擇“畫(huà)面屬性”或是直接利用鍵盤(pán)上的選擇快捷鍵“CTRL+W”打開(kāi)畫(huà)面屬性,如下圖5-14所示：圖5-14設(shè)置畫(huà)面屬性過(guò)程圖然后選中“命令語(yǔ)言”，在編輯框里輸入命令語(yǔ)句。然后點(diǎn)擊文件，并選中在“文件”菜單下的“確認(rèn)”按鈕，對(duì)命令語(yǔ)言進(jìn)行保存功能。如下圖5-15所示：圖5-15定義命令語(yǔ)言圖5.3組態(tài)王6.55的運(yùn)行和調(diào)試基于以上的設(shè)計(jì)，我們還需要在西門(mén)子專用的梯形圖編程軟件Step7中編譯“基于PLC控制的城市污水處理系統(tǒng)”的畢設(shè)程序，接著通過(guò)數(shù)據(jù)線將PLC機(jī)柜與主機(jī)連接并存儲(chǔ)到PLC-S7-200中進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。在調(diào)試的時(shí)候，將各模塊分開(kāi)為單個(gè)單元進(jìn)行調(diào)試，直至每個(gè)模塊確認(rèn)無(wú)誤后,最終將各模塊整合起來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)試。在控制程序中，由于各種傳感器要處理所收集到的外部環(huán)境數(shù)據(jù)并匯總為反饋信號(hào)。因此，我們需要對(duì)數(shù)據(jù)作出處理、判斷，并完成對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)的輸入輸出控制，從而取得系統(tǒng)控制的運(yùn)行結(jié)果。進(jìn)行了以上的調(diào)試后,下面我們要從PCL的系統(tǒng)控制方式里選用手動(dòng)模式進(jìn)行控制或可轉(zhuǎn)換為自動(dòng)管理模式進(jìn)行控制器的自動(dòng)化管理模式。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)模式下，則控制器會(huì)依據(jù)從外部傳感器采取來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)裝置進(jìn)行自啟動(dòng)或停止?fàn)顟B(tài)的管理，這個(gè)過(guò)程在書(shū)面上被稱為閉環(huán)控制。在手動(dòng)模式控制下，操作者利用控制室查看到的指示燈的狀況，并通過(guò)不同狀況下實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線變化的原因進(jìn)行分析，操控系統(tǒng)中各裝置電機(jī)的啟停。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試與運(yùn)行，基于PLC控制的城市污水處理系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)報(bào)告上所設(shè)計(jì)的功能，達(dá)到規(guī)定的技術(shù)水平。5.3.1基于組態(tài)王模擬的系統(tǒng)各功能展示運(yùn)行的主界面中基于組態(tài)王模擬的系統(tǒng)各功能主要有實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警頁(yè)面以及參數(shù)頁(yè)面。1.實(shí)時(shí)曲線：當(dāng)前情況下通過(guò)設(shè)備內(nèi)各傳感器所收集信息進(jìn)行整合的實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行工況曲線圖。其中包含有污水池、格柵池、調(diào)節(jié)池、儲(chǔ)泥池、SBR池的液位和SBR實(shí)際池液位、PH實(shí)際值、清污池實(shí)際值以及溶解氧的實(shí)際值和設(shè)定值，以上信息都被采集并以曲線的形式反應(yīng)到程序中更方便操控者分析工況。如下圖5-16所示：圖5-16實(shí)時(shí)曲線圖2.歷史曲線：操作者在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過(guò)實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線進(jìn)行比對(duì)，便于操作者快速察覺(jué)出何種數(shù)值發(fā)生了較大的變化，對(duì)出現(xiàn)的偏差進(jìn)行分析，及時(shí)修正故障。其中涉及到的參數(shù)定義有左右時(shí)間、左右數(shù)值、平均值、最大最小值等。如下圖5-17所示：圖5-17歷史曲線圖3.報(bào)警頁(yè)面：當(dāng)系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)將故障發(fā)生的日期時(shí)間、變量名、警報(bào)類(lèi)型、報(bào)警值、恢復(fù)值、界限值以及質(zhì)量值進(jìn)行實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。方便操控人員快速獲取報(bào)警信息。如下圖5-18所示：圖5-18報(bào)警頁(yè)面圖4.參數(shù)頁(yè)面：由于主頁(yè)面的參數(shù)較為分散，不利于操控者對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置管理，所以將參數(shù)進(jìn)行匯總并制作為一個(gè)參數(shù)頁(yè)面供操作人員根據(jù)近期污水地的污水存有量設(shè)置適合設(shè)備運(yùn)行的各環(huán)節(jié)參數(shù)。如下圖5-19所示：圖5-19參數(shù)頁(yè)面圖5.3.2系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試系統(tǒng)主要有自動(dòng)模式和手動(dòng)模式以及急停模式這三種模式，根據(jù)模式的不同可以測(cè)試對(duì)應(yīng)功能是否滿足要求，測(cè)試效果如下：1.手動(dòng)模式控制：將旋鈕旋轉(zhuǎn)至紅色部分，確保手動(dòng)模式開(kāi)啟，手動(dòng)模式可單獨(dú)對(duì)某個(gè)設(shè)備進(jìn)行觀察，測(cè)試其運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定。在正常情況下運(yùn)行城市污水處理系統(tǒng)，需按照步驟流程將各個(gè)設(shè)備依次將操縱桿右下至上推動(dòng)，直至設(shè)備全部開(kāi)啟運(yùn)行后觀察運(yùn)行流程是否正常。如下圖5-20所示：圖5-20手動(dòng)模式圖手動(dòng)模式測(cè)試結(jié)果分析：當(dāng)手動(dòng)模式開(kāi)啟后，單個(gè)設(shè)備操縱桿上推后，單個(gè)設(shè)備啟動(dòng)且運(yùn)行狀態(tài)正常。將全部操縱桿上推后，設(shè)備沒(méi)有發(fā)生故障，所有功能運(yùn)行流暢。2.自動(dòng)模式控制：觀察手動(dòng)模式模式下單個(gè)設(shè)備的啟停操縱桿是否歸位（當(dāng)操縱桿朝下時(shí)為手動(dòng)模式下設(shè)備關(guān)閉狀態(tài)，反之為開(kāi)啟狀態(tài)）。隨后將旋鈕旋轉(zhuǎn)至綠色部分，開(kāi)啟自動(dòng)模式測(cè)試設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。如下圖5-21所示：圖5-21自動(dòng)模式圖自動(dòng)模式測(cè)試結(jié)果分析：當(dāng)自動(dòng)模式開(kāi)啟后，各個(gè)設(shè)備統(tǒng)一啟動(dòng)，將根據(jù)程序預(yù)先設(shè)計(jì)的技術(shù)流程和設(shè)置的參數(shù)對(duì)池內(nèi)的污水進(jìn)行排入和排出，此過(guò)程可結(jié)合實(shí)時(shí)曲線進(jìn)行分析，經(jīng)分析后程序運(yùn)行狀態(tài)正常，無(wú)故障報(bào)錯(cuò)。3.緊急急停模式控制：系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，可以將緊急急停操作桿上推，操縱桿顯示為綠色時(shí)，緊急急停模式開(kāi)啟，所有設(shè)備立刻停止運(yùn)行。防止故障對(duì)設(shè)備進(jìn)行損毀，保障設(shè)備的安全，提高系統(tǒng)在自動(dòng)化控制下的安全性。如下圖5-22所示：圖5-22急停模式圖緊急急停模式測(cè)試結(jié)果分析：當(dāng)緊急急停模式開(kāi)啟后，所有設(shè)備立刻停止運(yùn)行，城市污水處理系統(tǒng)處于暫停狀態(tài)，各個(gè)設(shè)備均不再進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)試結(jié)果正常，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。綜上所述，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的所有功能均已實(shí)現(xiàn)，各個(gè)反應(yīng)池內(nèi)的液位上下限均按照程序的設(shè)計(jì)被嚴(yán)格執(zhí)行，各設(shè)備的液位檢測(cè)顯示功能、系統(tǒng)的手自動(dòng)控制模式的切換、系統(tǒng)的急停、PH值的檢測(cè)、PID的輸出等都處于正常運(yùn)行狀態(tài)。基本符合此次課題關(guān)于基于PLC控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

總結(jié)