【正文】 提供解決實(shí)際問題的方案。 定義數(shù)據(jù)對(duì)象 先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析后，再確定需要定義的數(shù)據(jù)對(duì)象。主畫面上還有“液位顯示”、“報(bào)警數(shù)據(jù)”、“數(shù)據(jù)顯示”等菜單，點(diǎn)擊可進(jìn)入 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 27 相應(yīng)畫面進(jìn)行操作。 (5) 用同樣的方法建立 SBR1 池與液位 2 及 SBR2 與液位 0 之間的動(dòng)畫連接。特別是在事故發(fā)生后，這種分析對(duì)于調(diào)查事故發(fā)生的原因很重要，本系統(tǒng)需設(shè)置報(bào)警的數(shù)據(jù)對(duì)象 是水 位 1。使“ 西門子 _S700PPI”成為“通用串口父設(shè)備”的子目錄。 圖 418 添加 驅(qū)動(dòng)圖 選擇“內(nèi)部屬性”可以增加和刪除通道，如圖 419 所示。 經(jīng)過以上設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì) MCGS 手動(dòng)界面如圖 221 所示 。集水池和兩 SBR 池的實(shí)時(shí)水位情況可以在圖 423 左上角 顯示，歷史水位情況在圖 423 右上角顯示。使用該軟件模擬之前需要將已經(jīng)編寫好的 PLC 程序在“ STEP 7 MicroWIN SP6”軟件環(huán)境中“編譯”并“導(dǎo)出”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 38 圖 56 SBR2池滿設(shè)備動(dòng)作 一分鐘后， SBR1 池進(jìn)泥閥（ ）與鼓風(fēng)機(jī) ()停止， SBR1 池靜置，如圖 57 所示 圖 57 SBR1池靜置 一段時(shí)間后， SBR2 池鼓風(fēng)機(jī) ()、進(jìn)泥電磁閥 ()和進(jìn)泥泵 ()全部停止， SBR2 池也進(jìn)入靜置階段，如圖 58 所示 圖 58 SBR SBR2池。限于該軟件條件的限制，需修改 PLC 程序中部分 I/O 端口再進(jìn)行模擬仿真。 本設(shè)計(jì)還設(shè)定了， SBR 池高低水位報(bào)警設(shè)定，集水池和兩 SBR 池水位實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線顯示，如圖 423 所示。 圖 420 添加腳本圖 為使界面能夠單獨(dú)運(yùn)行，所以在集水池、 SBR1 池、 SBR2 池進(jìn) /出水需要用到腳本程序，其中鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)作時(shí)間控制需要用到定時(shí)器或者延時(shí)函數(shù)。 本驅(qū)動(dòng)構(gòu)件用于 MCGS軟件讀寫西門子 S7200 系列 (包括 S7_21X、 S7_22X 等 )PLC 設(shè)備的各種寄存器的數(shù)據(jù) ， 采用西門子 PPI 協(xié)議，串口子設(shè)備，須掛接在“通用串口父設(shè)備”下才能工作。在通用設(shè)備中選擇“通用串口父設(shè)備”和“ 西門子 _S700PPI”，點(diǎn)擊確認(rèn)。實(shí)時(shí)報(bào)警可提示操作人員進(jìn)行及時(shí)處理，避免事故發(fā)生。在 “ 大小變化 ” 頁按圖 413 進(jìn)行屬性設(shè)置。如果想了解污水池的液位、電機(jī)的狀態(tài)等情況，可以切換到某個(gè)分畫面。在登入狀態(tài)下，不同的用戶有不同的權(quán)限，可以對(duì)給予授權(quán)的 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 26 參數(shù)進(jìn)行修改。當(dāng)以上步驟完成以后，先進(jìn)行組態(tài)檢查通過后就可以進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行調(diào)試 [14]。此過程在用戶窗口實(shí)現(xiàn)，主要用于完成工程中人機(jī)交互的界面，如：水池水位變化的動(dòng)態(tài)顯示、高低水位報(bào)警輸出、水位歷史數(shù)據(jù)與曲線圖表等。模擬運(yùn)行環(huán) 境由圖形界面運(yùn)行程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行程序等若干個(gè)運(yùn)行程序組成。低水位指示燈滅， SBR 池再次進(jìn)入污水。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 21 2 集水池設(shè)計(jì) 污水經(jīng)過粗 /細(xì)格柵除污機(jī)后進(jìn)入集水池，當(dāng)集水池處于低水位時(shí)，關(guān)閉集水池后面與其相連的所有閥門。在此模式下，可以通過按鈕對(duì)粗 /細(xì)格柵 機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)，潷水器，以及各類泵進(jìn)行控制。 3． 旋轉(zhuǎn)式潷水器 優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠、負(fù)荷大，適用于大型裝置，應(yīng)用最為廣泛。 圖 35 投入式液位 計(jì) 投入式液位計(jì) 利用流體靜力學(xué)原理測(cè)量液位 ，其 中間帶有通氣導(dǎo)管 電纜及專門的密封技術(shù)，既保證了傳感器的水密性，又使得參考?jí)毫η慌c環(huán)境壓力相通，從而保證了測(cè)量的高精度和高穩(wěn)定性。 接觸器選型 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、鼓風(fēng)機(jī)接觸器、各種泵 接觸器、電磁閥接觸器等。 2． PLC 控制電路設(shè)計(jì) 包括 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置及 PLC 控制原理電路設(shè)計(jì)。 4． 鼓風(fēng)機(jī)的控制要求在無負(fù)載條件下起動(dòng)或停機(jī)，需要在曝氣管路上設(shè)置空氣閥?？紤]到輸入電路和輸出電路的延時(shí)，所以最短響應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于一個(gè)掃描周期。從相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元讀入輸入信號(hào)的狀態(tài)和采集到的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部設(shè)定的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等數(shù)據(jù)寄存器的 狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，存入相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)器單元。可以構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的 PLC，但同時(shí)價(jià)格也比較高。根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同， PLC 可分為整體式和模塊式。當(dāng)污水注入達(dá)到 SBR 反應(yīng)池預(yù)定水位時(shí)，停止進(jìn)水，高水位指示燈亮，空氣閥門打開，鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，開始曝氣，在此同時(shí)污泥泵往 SBR 反應(yīng)池中打入活性污泥，開始反應(yīng)，如驅(qū)除 BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。 SBR 法與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比，其主要以時(shí)間分割代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，理想靜置沉淀代替動(dòng)態(tài)沉淀等。而且對(duì)污水濃度也有要求，若濃度較低， B 段很難發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。吸附生物降解法簡稱 A/B 法，該工藝將曝氣池分為高、低負(fù)荷兩個(gè)階段，并各自擁有獨(dú)立的污泥回流及沉淀系統(tǒng)，沒有初沉池。但此硝化 /反硝化反應(yīng)系統(tǒng)需要得到較好的控制，因此該工藝管理要求較高，也成為此工藝的一大缺點(diǎn)。 1． 傳統(tǒng)活性污泥法。 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)面向中、小型城市污水處理廠，采用 PLC 作為控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)污水處理自動(dòng) /手動(dòng)控制，完成對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的過程監(jiān)控功能，并利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，完成現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、工業(yè)參數(shù)設(shè)置、報(bào)警顯示等功能。但是這種控制方式 也有自己的有點(diǎn)，比如 投資少、 易實(shí)現(xiàn)， 所以 主要在一些小型 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 3 城市 污水處理 廠 應(yīng)用。因此建設(shè)符合我國國情的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì) 有效的改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展 和諧社會(huì)、 構(gòu)建“美麗中國”同時(shí)又保持我國經(jīng)濟(jì)又快又好的 發(fā)展具有重要意義 。在城市污水處理過程中，污水主要來自城市居民生活污水，污水成分多樣，因此對(duì)城市污水處理的工藝和控制方式提出了較高的要求。如何有效快速的對(duì)城市污水進(jìn)行處理，提高水資源利用率，已經(jīng)刻不容緩。在上次淡水資源調(diào)查中，全球 149 個(gè)國家參加調(diào)查，我國人均淡水資源占有量位居第 110位，淡水資源貧乏。系統(tǒng)主要由 PLC、液位傳感器、進(jìn)水泵、潷水器、進(jìn)泥泵及抽泥泵組成，分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，使用梯形圖語言完成系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場的控制；使用 MCGS 監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，不僅可以模擬演示系統(tǒng)工作狀況，而且還可以對(duì)現(xiàn)場工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，完成 SBR 污水處理法的自動(dòng)運(yùn)行 。 本 系統(tǒng)包括梯形圖設(shè)計(jì)和監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，實(shí)現(xiàn) 了 中小型城市的污水處理自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。我國淡水資源總量雖大但人占有量不足，僅為世界平均值的 1/4。目前全國城市污水達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的有效率僅有 10%，大部分 污 水未經(jīng)處理就直接排入河流、湖泊和海洋。隨著環(huán)境保護(hù)者的呼吁，人們的環(huán)保意識(shí)越來越高，城市污水處理未經(jīng)處理直接排放是絕對(duì)不能容忍的，因此污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)與利用已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性。水資溝的匱乏和水資源的污染， 已 經(jīng) 成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展、影響人民生活水平提高的一大阻礙 [3]。所以由于人為處理的延遲性與滯后性 ， 難免對(duì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性造成影響 ， 不但 出水質(zhì)量難以保證， 而 且 人 工 操作 繁瑣 ，容易發(fā)生錯(cuò)誤， 造成 設(shè)備和裝置不能 完全利用 。 基于此種模式靈活便捷，反應(yīng)迅速，可靠性高， 是 目前污水處理 控制 系統(tǒng)發(fā)展 的 趨勢(shì) [4]。常用的污水處理工藝主要有以下幾種。 A/O 法作為一種缺氧 /好氧生物污水處理工藝，其反應(yīng)機(jī)理是通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化 /反硝化反應(yīng)系統(tǒng)， 脫氮效果很明顯。 圖 23 A/A/O法工藝流程圖 混合液回流 剩余污泥 格柵 沉砂池 初沉池 厭氧池 好氧池 二沉池 回流污泥 清水排出 原污水 好氧池 （ O） 活性泥回流 厭氧池 （ A） 缺氧池 （ A） 二沉池 原污水 混合液回流 清水 排除 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 6 4． A/B 法。另外，難此法以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝的要求，其原因在于 A 段去除了較多的 BOD，碳源不充足。其濾除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法除操作方式外基本相通。 2． 反應(yīng) 反應(yīng)工序是 SBR 工藝最重要的一道工序。其流程如圖 24 所示： 圖 24 SBR法流程圖 粗 / 細(xì)格柵機(jī) 集水池 SBR池 鼓 風(fēng) 機(jī) 進(jìn)泥泵 原污水 清水排入河道 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 8 3 硬件設(shè)計(jì) PLC 的介紹 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 的 硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)基本相同，是 一種 專 用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)。模塊式的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性高。 （ 2）執(zhí)行程序階段 進(jìn)入此階段， PLC 由上而下按次序一步一步執(zhí)行程序指令。 最短響應(yīng)時(shí)間：上一個(gè)掃描周期剛結(jié)束就收到輸入信號(hào)，也就是說收到輸入信號(hào)與下一個(gè)掃描周期同時(shí)開始，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最短。 3． 粗 /細(xì)格柵除污機(jī)、各個(gè)水泵、鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，其熱繼電器的常開觸點(diǎn)通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為 PLC 的輸入信號(hào)，用以完成各個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的過載保護(hù)。 QF 為電源總開關(guān) ， 熔斷器 FU0、 FU FU FUFU FU FU FU1 FU1 FU17分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。 其他資源配置 要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機(jī)及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。 圖 35 所示為一種投入式液位計(jì)。 2． 虹吸式潷水器 優(yōu)點(diǎn)是成本低，可靠性高，不易故障；缺點(diǎn)是潷水器下端應(yīng)置于池水要求最低水位處與排水口齊平，為了泥水徹底分離，其沉淀時(shí)間比較長。 圖 41 PLC整體設(shè)計(jì)流圖 手動(dòng)設(shè)計(jì)流程 在手動(dòng)模式下，可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，如圖 42 所示。設(shè)計(jì)流程圖如下： 圖 44 粗 /細(xì)格柵 設(shè)計(jì)流 圖 開始 自動(dòng)運(yùn)行？ 粗 /細(xì)格柵機(jī)運(yùn)行 運(yùn) 行 時(shí) 間到達(dá)？ 粗 /細(xì)格柵停止，排污口打開，傳送帶運(yùn)行 運(yùn) 行 時(shí) 間到達(dá)？ 結(jié)束 手動(dòng)模式 Y N Y N Y N 集水池高水位 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 20 根據(jù)粗 /細(xì)格柵設(shè)計(jì)流圖編寫梯形圖程序如下： 圖 45 粗 /細(xì)格柵梯形圖 粗細(xì)格柵機(jī) ()運(yùn)行 10S 停止，排污傳送帶 ()運(yùn)行 10S 停止，循環(huán)運(yùn)行。 剩余污泥泵在潷水器停止運(yùn)行后開始運(yùn)行，排泥至儲(chǔ)泥池。模擬運(yùn)行環(huán)境是將目標(biāo)應(yīng)用程序被裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并投入實(shí)時(shí)運(yùn)行所依賴的環(huán)境。 4． 制作圖形畫面。 7． 調(diào)試。期間如果用戶想對(duì)畫面進(jìn)行操作，包括控制和更改參 數(shù)，必須有操作員或者管理員的權(quán)限。顯示畫面顯示各個(gè)開關(guān)量的狀態(tài)。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 28 (3) 單擊〉進(jìn)入屬性設(shè)置窗口。報(bào)警顯示是最基本的安全手段。 圖 415 報(bào)警窗口屬性設(shè)置 設(shè)備連接 在工作臺(tái)“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”進(jìn)入，點(diǎn)擊工具條中的“工具箱”圖標(biāo)，點(diǎn)擊“設(shè)備管理”按鈕。 圖 417 通信設(shè)備初始化失敗圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 31 選擇“設(shè)備工具箱”添加“西門子 _S7200PPI”驅(qū)動(dòng)。 如果 需要添加腳本程序而 沒有策略工具箱，請(qǐng)單擊工具條中的 圖標(biāo)，彈出“策略工具箱”， 單擊“策略工具箱”中的“腳本程序”，把鼠標(biāo)移出“策略工具箱”，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小手，把小手放在 上，單擊鼠標(biāo)左鍵，出現(xiàn)腳 本程序策略行，可以進(jìn)行腳本程序的添加，腳本程序可添加多個(gè)，添加后 如 圖 420 所示 。在集水池下方的方框可以顯示集水池中的水位情況，兩個(gè) SBR 池間歇進(jìn)水、反應(yīng)、出水，當(dāng)集水池到達(dá)低水位時(shí)，集水池重新進(jìn)水，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常。其主界面如圖 51。 圖 55 SBR2池進(jìn)水 SBR1池設(shè)備動(dòng)作 SBR2 池到達(dá)高水位，高水位指示燈 ()亮，鼓風(fēng)機(jī) (Q11)啟動(dòng)，進(jìn)泥閥（ ）打開，如圖 56 所示。將導(dǎo)出的文件裝載進(jìn) S7_200 漢化版 軟件，選擇“程序”下的“裝 載程序”如圖 51。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 35 圖 51 S7_200主界面 5 調(diào)試 經(jīng) 過長時(shí)間的前期準(zhǔn)備工作， 在電腦上進(jìn)行模擬仿真，確定程序無誤，考慮到軟件模擬與現(xiàn)實(shí)中存在一定的誤差，在模擬調(diào)試完成