【正文】 rst introduces the purpose and significance of this topic, the state of development of the automatic control system at home and abroad sewage treatment, sewage treatment process control system and related processes, the overall control system design, system hardware architecture and design, working principle and system software PLC ladder programming, to illustrate the application of PLC in the sewage treatment process. First design of electrical control and automatic control circuit according to the sewage treatment process requirements, including start and stop equipment, status signal fault signal, the signal acquisition, the final design of PLC control system in accordance with the process requirements, including the selection of the PLC, the system allocation of resources, as well as the preparation of the PLC program.Finally, this design use the MCGS configuration software, and designs a reflection of the display system of the sewage treatment process.Key Words：Sewage treatment Oxidation Ditch PLCII緒論1）課題目的及意義我國是一個(gè)水資源匱乏的國家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。國內(nèi)外水環(huán)境恢復(fù)與再生的實(shí)踐表明，污水深度處理與再利用是通向健康水循環(huán)的橋梁，推進(jìn)污水深度處理和普及再生水，利用人類與自然兼容協(xié)調(diào)，創(chuàng)造良好水環(huán)境，促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。2）國外發(fā)展?fàn)顩r國外的一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，并較早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。國外污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）采用集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS。（3）生產(chǎn)過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動(dòng)地調(diào)整相應(yīng)的控制方式。從國外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測(cè)儀表，各種新工藝，新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用。（3）各個(gè)控制站之間完全獨(dú)立，沒有信息的交換。 所要完成的任務(wù)和預(yù)期目標(biāo)： （1）設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理的氧化溝系統(tǒng)方案。5）論文結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)，本次設(shè)計(jì)論文通過以下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述污水控制系統(tǒng)： （1）緒論。 （3）第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。 （5）第四章 系統(tǒng)的MCGS組態(tài)。1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要組成部分工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其基本組成如圖11所示。進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)行及停止是通過安裝在泵房?jī)?nèi)的液位傳感器來決定的，當(dāng)液位較低時(shí)只啟動(dòng)一臺(tái)潛水泵，當(dāng)液位較高時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)潛水泵，若液位持續(xù)升高時(shí)，則輸出報(bào)警以示意有故障發(fā)生。沉砂池中分離機(jī)的運(yùn)行和后續(xù)處理中的轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的運(yùn)行同步，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的時(shí)候同時(shí)啟動(dòng)分離機(jī)，對(duì)沉砂池中的沙粒進(jìn)行排除。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，同時(shí)使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈的攪拌狀態(tài)，使他們充分混合接觸。沉淀系統(tǒng)主要設(shè)備為刮泥機(jī)，其功能是對(duì)進(jìn)行氧化溝處理后的污水進(jìn)行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)后就開始持續(xù)運(yùn)行。 系統(tǒng)工作原理污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖12所示，PLC為核心控制器，通過檢測(cè)操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。2）運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，間歇運(yùn)行，即運(yùn)行一段時(shí)間然后停止一段時(shí)間，循環(huán)進(jìn)行。6）污泥回流泵的運(yùn)行與停止根據(jù)液面的高低進(jìn)行控制。 數(shù)字量輸入輸出部分 在此控制系統(tǒng)中，所需要的輸入量基本上都屬于數(shù)字量，主要包括各種控制按鈕、旋鈕、傳感器輸入及過載保護(hù)輸入，共有49個(gè)數(shù)字量輸入，如表21所示。表24 模擬量輸?shù)刂贩峙漭敵龅刂份敵鲈O(shè)備AQW0經(jīng)運(yùn)算輸出 設(shè)備和器件的選型1）PLC及擴(kuò)展模塊。由于本系統(tǒng)總共有49個(gè)數(shù)字輸入量和24個(gè)數(shù)字輸出量，CPU226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，因此采用4個(gè)EM223輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，8點(diǎn)DC輸入8點(diǎn)輸出型，可以滿足控制系統(tǒng)的I/O需求。該系統(tǒng)選用的變頻器是西門子MM430變頻器，它是一種風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是適用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。 3）各種電機(jī)和泵。轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)型號(hào)選用YHG1800A，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速：50 rpm，轉(zhuǎn)碟直徑：1800 mm，浸沒水深：680 mm。離心式脫水機(jī)型號(hào)選用SX系列三足式，轉(zhuǎn)速：1000 r/min，電機(jī)功率：11 kw，分離因數(shù)：560 Fr，工作容積：140 L。本次選用PH/溶解氧測(cè)量?jī)x型號(hào)：SA29MP525。% FS 溶解氧：177。配用2503型pH電極，可用于離子強(qiáng)度較低、渾濁液體和膠體溶液的測(cè)量。5）各類按鈕。在進(jìn)水泵房和污泥回流泵房都要安裝液位傳感器，本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器，均為數(shù)字量輸入。 7）接觸器。長(zhǎng)壽命：機(jī)械壽命高達(dá)2000萬次；電壽命高達(dá)200萬次。模塊化：產(chǎn)品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時(shí)觸頭，機(jī)械閉鎖等模塊。根據(jù)程序的執(zhí)行或者操作面板上按鍵的情況，控制兩個(gè)格柵機(jī)的運(yùn)行與停止。（3）潛水泵接觸器。根據(jù)污水中的溶氧量或操作面板上的按鍵的情況，控制兩臺(tái)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的運(yùn)行及停止，以及在運(yùn)行時(shí)是處于變頻還是工頻運(yùn)行狀態(tài)。潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器是連接潛水?dāng)嚢铏C(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制潛水?dāng)嚢铏C(jī)運(yùn)行與停止。污泥回流泵接觸器是連接污泥回流泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過污泥回流泵房中液面的高低或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制污泥回流泵的運(yùn)行與停止。聚合物泵接觸器是連接聚合物泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行和操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制聚合物泵的運(yùn)行與停止。本次硬件連線圖是用AutoCAD軟件進(jìn)行繪制的，共繪有16張A4圖紙，包括主電路、PLC及擴(kuò)展、PLC輸入回路和PLC輸出回路。接觸器KMKMKMKM4分別控制MMMM4的工頻運(yùn)行；FRFRFRFR4分別為四臺(tái)電機(jī)用作過載保護(hù)的熱繼電器；QF1為主電路的開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器。圖22 PLC及擴(kuò)展 PLC輸入回路如下圖23所示，為其中一張PLC輸入回路圖。圖24 PLC輸出回路 其它詳細(xì)電路連線圖，請(qǐng)查看附錄2，包括4張主電路、1一張PLC及擴(kuò)展、8張PLC輸入回路、3張PLC輸出回路。與各類人機(jī)界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶可通過操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。1）按鈕輸入檢測(cè)。3）液位高低輸入檢測(cè)。5）含氧量輸入檢測(cè)。當(dāng)溶解氧值偏低時(shí)，降低了微生物分解的效果，延長(zhǎng)了處理時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當(dāng)溶解氧值偏高時(shí)，導(dǎo)致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。2）模擬量輸出。在此控制模式下，可以通過按鈕對(duì)格柵機(jī)、清污機(jī)、污泥回流泵、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)、潛水泵、離心式脫水機(jī)、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、刮泥機(jī)，以及各類泵進(jìn)行控制，對(duì)于轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的控制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，也可以進(jìn)行正反轉(zhuǎn)動(dòng)，以檢測(cè)調(diào)試性能。3）啟動(dòng)潛水泵系統(tǒng)。7）啟動(dòng)污泥脫水系統(tǒng)。1）自動(dòng)過程開始啟動(dòng)粗格柵機(jī)，定時(shí)20min。5）液面差值低于設(shè)定值，停止1清污機(jī)運(yùn)行。2）定時(shí)到，停止運(yùn)行細(xì)格柵機(jī)2h。細(xì)格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖35所示。3）定時(shí)到后，若仍低于最低位傳感器，則停止1潛水泵運(yùn)行，否則1潛水泵繼續(xù)運(yùn)行。潛水泵系統(tǒng)工作流程圖如圖36所示。 3）若還是含氧量小于設(shè)定值且變頻器速度大于等于100%，則2轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻運(yùn)行。圖37 曝氣系統(tǒng)流程圖 污泥回流系統(tǒng)污泥回流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。4）檢測(cè)液面處于中位和高位傳感器之間時(shí)，開始定時(shí)防止誤判。圖 38 污泥回流系統(tǒng)流程圖 污泥脫水系統(tǒng)污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖如圖39所示。3）定時(shí)到，啟動(dòng)污泥機(jī)和切割機(jī)。其中，所用到的輸入輸出地址及中間寄存器地址如下表32所示。USS協(xié)議是主從結(jié)構(gòu)的協(xié)議，規(guī)定了在USS 總線上可以有一個(gè)主站和最多30 個(gè)從站；總線上的每個(gè)從站都有一個(gè)站地址（在從站參數(shù)中設(shè)定），主站依靠它識(shí)別每個(gè)從站；每個(gè)從站也只對(duì)主站發(fā)來的報(bào)文做出響應(yīng)并回送報(bào)文，從站之間不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。調(diào)用一條指令時(shí)，將會(huì)自動(dòng)地增加一個(gè)或幾個(gè)子程序。通過Mode輸入值可選擇不同的通訊協(xié)議：輸入值為1，指定Port 0為USS協(xié)議并使用該協(xié)議；輸入值為0，指定Port 0為PPI并且禁止USS協(xié)議。如下圖311所示。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(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。l 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)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。從中可以插入各種所需元件，繪制出污水處理系統(tǒng)。再拖動(dòng)鼠標(biāo)（可沿原來方向，也可垂直原來方向），生成下一段流動(dòng)塊。圖41 污水處理系統(tǒng)組態(tài)運(yùn)行界面如上圖所示，污水由進(jìn)水系統(tǒng)中的進(jìn)水管道和潛水泵通過粗格柵和清污機(jī)進(jìn)行初步排除大塊雜質(zhì)物體。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測(cè)器，通過它對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其反饋到PLC的值來控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。在MCGS組態(tài)軟件中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)曲線的具體操作如下：?jiǎn)螕簟坝脩舸翱凇睒?biāo)簽，在“用戶窗口”中雙擊“數(shù)據(jù)顯示”進(jìn)入，在“工具箱”中單擊“實(shí)時(shí)曲線”圖標(biāo)，拖放到適當(dāng)位置調(diào)整大小。圖42 溶解氧濃度數(shù)據(jù)顯示界面 MCGS與PLC設(shè)備的連接控制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)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖44 設(shè)備管理對(duì)話框2）對(duì)PLC的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫 前面我們已經(jīng)建立了與PLC系統(tǒng)的的連接，因此要對(duì)PLC中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作，只需要在PLC設(shè)備的設(shè)備屬性設(shè)置對(duì)話框中對(duì)其通道屬性進(jìn)行設(shè)置，并建立起通道與MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的連接就可以了，具體操作如下： 雙擊設(shè)備組態(tài)窗口中父設(shè)備下的PLC子設(shè)備，彈出設(shè)備屬性設(shè)置對(duì)話框，再單擊“設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性”右邊的 ，則會(huì)出現(xiàn)“西門子S7200PLC通道屬性設(shè)置”對(duì)話框。 選中通道1，雙擊“對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)象”欄，在其中輸入在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中建立的與之對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)名，單擊“確認(rèn)”按鈕就完成了MCGS中的數(shù)據(jù)對(duì)象與PLC內(nèi)部寄存器間的連接，具體的數(shù)據(jù)讀寫將由主控窗口根據(jù)具體的操作情況自動(dòng)完成。 通過四個(gè)月的課題設(shè)計(jì)和調(diào)試，基本上完成了對(duì)PLC污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于污水處理系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)種類較多，而且不同類型的污水處理方法，其控制方法也有很大差異，因此需要首先確定采用什么形式的污水處理法，然后決定控制方式。在PLC的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護(hù)設(shè)備。然后通過模擬硬件的方式檢查程序，主要檢查程序是否存在邏輯上的錯(cuò)誤。論文得以順利完成，要感謝的人實(shí)在太多了。在不斷完善和修改的過程中，也讓我更加懂得“一分耕耘才有一分收獲”的道理。雖然學(xué)生沒有能力和膽量去實(shí)踐自己心中的夢(mèng)想，但是你們對(duì)我的寄語會(huì)一直在我的腦海里永存，有理想就有希望，有希望就能看到理想實(shí)現(xiàn)的那一天。無論我成功與否，你們總以鼓勵(lì)的言語告訴我很棒，謝謝你們，我會(huì)繼