【正文】 之后需要 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物 試驗(yàn)調(diào)試 。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 33 圖 421 手動(dòng)界面 在手動(dòng)模式下，可以對(duì)進(jìn)水泵、進(jìn)泥泵、鼓風(fēng)機(jī)、潷水器和出泥泵進(jìn)行單獨(dú)控制，當(dāng)集水池到達(dá)高 /低水位時(shí)，進(jìn)行高 /低水位 報(bào)警。 圖 419 通道屬性設(shè)置 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 32 西門子 _S7200PPI 驅(qū)動(dòng)可以添加的通道類型如下： I 輸入映象寄存器、 Q 輸出映象寄存器、 M 中間存儲(chǔ)器、 V 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 SM 特殊寄存器、 AI 寄存器、AQ 寄存器、 T 時(shí)間寄存器、 C 計(jì)數(shù)寄存器、 HC 寄存器。雙擊“通用串口父設(shè)備” 設(shè)置如圖 416 所示。 首先對(duì)組對(duì)象進(jìn)行定義，然后 雙擊“用戶窗口”中的“水位監(jiān)控” 窗口，進(jìn)入該畫面。注意設(shè)置參數(shù)，表達(dá)式：液位 液位 0；最大變化百分 比對(duì)應(yīng)表達(dá)式的值： 100。 1． 編輯界面 首先進(jìn)入畫面編輯環(huán)境，利用 “插入元件 ”工具從元件庫中選擇所需要的閥門、泵、電機(jī)等設(shè)備，調(diào)整大小及位置，然后保存。數(shù)據(jù)對(duì)象作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本單元，因此定義數(shù)據(jù)對(duì)象的過程也就是建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的過程。 (2) 要達(dá)到預(yù)期的監(jiān)控目標(biāo)，需要綜合考慮系統(tǒng)的整體構(gòu)成、工藝流程以及被監(jiān)控對(duì)象的具體特征。其主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)存盤文件和存盤時(shí)間等。 2． 進(jìn)行設(shè)備配置。 SBR1 池 到達(dá)高水位同時(shí) 動(dòng)作， SBR2 池 開始進(jìn)水 ， SBR2池到達(dá)高水位時(shí)，指示燈（ ）亮，鼓風(fēng)機(jī) ()運(yùn)作，進(jìn)泥閥 ()打 開 ，計(jì)時(shí) 1 分鐘開始，計(jì)時(shí)到達(dá)，鼓風(fēng)機(jī)、進(jìn)泥泵停止， 靜置 30S 后 潷水器 ()運(yùn)作，到達(dá)低水位，低水位指示燈 ()亮 2S 后重新進(jìn)水。 3 SBR 反應(yīng)池設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)由 2 個(gè) SBR 池，每個(gè)池中都有 2 個(gè)液位傳感器監(jiān)測(cè)池水的水位。本設(shè)計(jì)由兩個(gè) SBR 反應(yīng)池組成。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)中小型城市污水處理廠 ，所以在潷水器性能合適的同時(shí) ，降低成本很重要 。間歇式出水要求集中大流量排放，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成出水任務(wù)，如果出水管形狀與方向不當(dāng)，會(huì)擾動(dòng)池中污泥層，出水時(shí)會(huì)帶走大量活性污泥。第二類為非接觸式液位計(jì)，主要分為超聲波液位計(jì)，雷達(dá)液位計(jì)等。 根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制 PLC 控制電路原理圖，繪制 PLC 控制電路，編制 I/O 接口功能表。自身配有 24V 直流電源，外接負(fù)載時(shí)考慮其供電容量 [9]。其具體的輸入輸出如表 31。 （ 3）輸出階段 進(jìn)入此階段， PLC 將相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到對(duì)應(yīng)的輸出模塊基 架 電 源 模 塊 CPU模 塊 通信模 塊 輸入模 塊 輸 出 模 塊 特 殊 功 能 模 塊 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 其 它 設(shè) 備 編程器 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 上，并通過輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號(hào)和指令，控制外部設(shè)備動(dòng)作，既而實(shí)現(xiàn)通過 PLC 程序控制外部設(shè)備。而 PLC 則采用循環(huán)掃描技術(shù)，每次只能執(zhí)行一條指令，只有當(dāng)程序掃描到該線圈，并且該線圈通電時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作，所以 PLC 的工作方式是 “ 串行 ” 方式，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)或時(shí)序失配等問題。基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。開始重力沉淀和泥水分離。從廢水流入開始到待機(jī)時(shí)間結(jié)束為一個(gè)操作周期，污水 處理過程在一個(gè)設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)的 SBR 反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行，不需要另設(shè)沉淀池和污泥回流系統(tǒng) [5]。歇式活性污泥法簡(jiǎn)稱 SBR 法，是一種按照一定的時(shí)間順序間歇式操作的活性污泥污水處理技術(shù)，也是一種通過曝氣來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，因此又叫序批式活性污泥處理法。 AB 法中 A 段緩沖 能力較強(qiáng)，效率高； B 段穩(wěn)定性較好，嚴(yán)格控制出水品質(zhì)。 A/A/O 是一種厭氧 —缺氧 —好氧污水處理工藝。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：去除有機(jī)物 效 率高， 沉淀 池的容積小，耗電省， 成本低。因此，在選擇污水處理工藝時(shí)必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯木唧w情況，根 據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用不同的污水處理方法。可見此種模式下，過多的加入了人為操作，處理流程不能自動(dòng)連貫進(jìn)行，加之人為操作誤差或時(shí)間上的滯后，所以此種模式 出水 品質(zhì)并不穩(wěn)定 ， 但其以資金投入量小，一直深受 國內(nèi)中、小型污水處理廠 的青睞 。國外污水處理自控系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)： 通過高精度 的水質(zhì)分析儀表 對(duì)處理過程進(jìn)行 在線監(jiān)控 ， 根據(jù)需要 記錄下來 處理過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和輸出報(bào)表 ； 生產(chǎn)過程中 根據(jù)水質(zhì)和水源的變化 采用智能控 制， 按需要對(duì)污水處理過程進(jìn)行不同程度上 自動(dòng)的調(diào)整 ；充分 利用電話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等 社會(huì)信息資源 ，基本實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作，而非人工手動(dòng)操作，自動(dòng)化程度高 。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了社會(huì)各界 的 廣泛 關(guān)注， 因?yàn)檫@不僅影響了城市形象，更與我們生活息息相關(guān)，近年來 治理水污染環(huán)境的課題已 被列入世界環(huán)保組織的工作日程 ，其重要性可見一斑 。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，未來 90 年全球氣候變暖加劇，到 2100 年，地球表面將有 1/3 的面積沙漠化，干旱將成為全球人類生存的威脅 [2]。我國北方地區(qū)已出現(xiàn)眾多環(huán)境問題，如水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔鞯?，水資源的超采，己形成漏斗地勢(shì)。 urban sewage treatment。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 基于 PLC 的城市污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別： 信息工程系 班 級(jí)： 電子信息工程 基于 PLC 的城市污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，城市污水處理控 制系統(tǒng)也日益發(fā)展和完善 。 MCGS configuration software。如何合理運(yùn)用淡水資源己經(jīng)成為我國正在研究的課題。為了防止這些現(xiàn)象產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，合理利用水資源，尤其是城市污水處理的自動(dòng)化完善已經(jīng)迫在眉睫。雖然我國年平均水資源總 量 為 28000 億 m3，居世界第 4 位， 但仍改變不了我國水資源短缺的現(xiàn)實(shí)，因?yàn)殡m然水資源總量很多，但 人均水資源量 不足，僅 為 2220m3， 居世界第 110 位，是 世界上 13 個(gè)缺水國家之一。 在 污水處理自動(dòng)化控制 方面， 我國 與國外相比起步較晚 。 全自動(dòng)控制 模式 ： 通過電腦技術(shù) 與多層次的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 的協(xié)調(diào)配合，從而實(shí)現(xiàn) 污水處理的 自動(dòng)控制。 污水處理工藝主要有物理工藝、化學(xué)工藝、物理化學(xué)工藝以及生物工藝等幾種。 但 該工藝 也有 缺點(diǎn) ，如 普通曝氣池占地多， 資金投入大，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍 較 小 ， 污泥膨脹現(xiàn)象 嚴(yán)重 ，磷 、 氮 去除率 比較 低。 A/A/O 法 對(duì)除磷脫氮 有一定 效果 ， 尤為 適合 對(duì)除磷脫氮有要求的污水處理 廠應(yīng)用 。對(duì)高濃度的城市污水的處理， AB 法節(jié)能效益高，適應(yīng)性強(qiáng)。早在 1914 年，這種處理系統(tǒng)就被采用，但由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)化水平較低，操作困難且工作量大，尤其是后來隨著城市和工業(yè)污水處理規(guī)模的日趨規(guī)模化，這一缺點(diǎn)更加凸顯，所以曾經(jīng)連續(xù)式活性污泥法一度取代了間歇式活性污泥法。 SBR 污水處理工藝主要特點(diǎn)如下： (1) 工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低，運(yùn)行方式靈活，脫氮除磷效果好； (2) 時(shí)間上間歇排水，具有理想的推流式反應(yīng)器的特性； (3) 耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，污泥沉降性能好，不易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象； 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 7 本設(shè)計(jì)是針對(duì)中小型城市的污水處理，無論是從 工藝效率，還是從經(jīng)濟(jì)方面考慮， SBR 污水處理法都非常適合。 4． 排水 SBR 池靜置一段時(shí)間后，污泥完全沉淀至 SBR 下層，上層清液由潷水器緩慢抽出，排入河道。 圖 31 整體式 PLC結(jié)構(gòu) 2． 模塊式 PLC 模塊式（又稱組合式）結(jié)構(gòu)的 PLC，其中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（ I/O）單元、電源電路和通信端口等均做成模塊，各模塊間通信通過機(jī)架上的總線互相聯(lián)系，應(yīng)用時(shí)根據(jù)控制要求將這些模塊插在機(jī)架上。也就是說，繼電器控制裝置根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以得到輸出，而 PLC 控制器不行，需要輸入、執(zhí)行程序指令、輸出 3 個(gè)階段才能完成整個(gè)控制 過程 [7]。 2． PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間 I/O 響應(yīng)時(shí)間是指從某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號(hào)的改變結(jié)束，這段時(shí)間就是 I/O 反應(yīng)時(shí)間。 端口地址 元件 說明 自動(dòng) 開關(guān) SB0 集水池高水位信號(hào) SB1 SBR1 池高水位信號(hào) SB2 SBR1 池低水位信號(hào) SB3 SBR2 池高水位信號(hào) SB4 SBR2 池低水位信號(hào) SB5 SBR 池手動(dòng)進(jìn)水開關(guān) SB6 集水池低水位信號(hào) SB7 緊急停車 SB8 啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī) SB9 啟動(dòng)進(jìn)泥泵 SB10 手動(dòng) /自動(dòng)開關(guān) SB11 啟動(dòng)潷水器 SB12 啟動(dòng)排泥泵 SB13 關(guān)閉排泥泵 SB14 手動(dòng)開關(guān) SB15 進(jìn)水泵 Q0 粗 /細(xì)格柵機(jī) Q1 排污傳送帶 Q2 集水池進(jìn)水泵 Q3 SBR 池進(jìn)水泵 Q4 SBR1 池進(jìn)水閥 Q5 SBR2 池進(jìn)水閥 Q6 潷水器 Q7 SBR1 池鼓風(fēng)機(jī) Q10 SBR2 池鼓風(fēng)機(jī) Q11 SBR2 池出水閥 Q12 SBR1 池出水閥 Q13 進(jìn)泥泵 Q14 表 31續(xù) I/O口分配 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 12 端口地址 元件 說明 SBR1 池進(jìn)泥閥 Q15 SBR2 池進(jìn)泥閥 Q16 排泥泵 Q17 集水池高水位 Q20 集水池低水位 Q21 SBR1 高水位 Q22 SBR1 低水位 Q23 SBR2 高水位 Q24 SBR2 低水位 Q25 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，合理分配 PLC 各 I/O 口。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 13 硬件電路設(shè)計(jì) 1． 主電路設(shè)計(jì) SBR 污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖 33 所示。圖 34 為 SBR 污水處理系統(tǒng) PLC 控制外部接線圖。 投入式液位計(jì)應(yīng)用十分廣泛，在石油化工、 冶金 、電力、制藥、供排水、環(huán)保等行業(yè)中都有應(yīng)用。因而，潷水器是 SBR 工藝排水的最好選擇，它只撇出活性污泥沉淀后的上清水，在水位下降過程中保持水面平穩(wěn)，不擾動(dòng)下面的污泥層。 虹吸式潷水器 性能可靠，價(jià)格便宜，是本設(shè)計(jì)的第一選擇 。 原污水 圖 43 自動(dòng)操作模式 流程圖 粗 / 細(xì)格 柵機(jī) 集水池 SBR池 潷水器 皮帶運(yùn)輸機(jī) 鼓風(fēng)機(jī) 污泥池 清水排出 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 19 1． 粗 /細(xì)格柵流程設(shè)計(jì) 粗 /細(xì)格柵系統(tǒng)由粗 /細(xì)格柵除污機(jī)各一臺(tái)，由時(shí)間間隔控制其開或者停。 SBR池內(nèi)進(jìn)水閥門同時(shí)開啟，當(dāng) 1SBR 池與 2SBR 池水位升到一定液位后集水池閥門，進(jìn)水泵與粗 /細(xì)格柵除污機(jī)全部停止。 上位機(jī)界面設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件的介紹 組態(tài)軟件由組態(tài)環(huán)境和模擬運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分組成。首先定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量，其目的是實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通訊，即通過設(shè)備窗口配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與智能儀表之間的連接。 6． 鏈接。 (3) 要擬定工程的總體規(guī)劃和設(shè)想，要考慮許多問題如系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)哪些功能，控制流程采用何種方式實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)定何種用戶窗口界面，最終達(dá)到的動(dòng)畫效果怎樣以及怎么定義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)變量等。 定義數(shù)據(jù)對(duì)象的內(nèi)容主要包括： 1． 定義數(shù)據(jù)變量名稱與類型； 2． 確定數(shù)據(jù)變量存盤信息，如存盤的周期、存盤的時(shí)間和保存期限等。畫完后如圖 411 所示。 (6) 單擊 “ 保存 ” 按鈕。選取“工具箱”中的“報(bào)警顯示”構(gòu)件。 圖 414 報(bào)警窗口 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 30 圖 416 通用串口父設(shè)備屬性編輯 以上參數(shù)設(shè)置，要按照所通訊設(shè)備的要求來設(shè)置，如果設(shè)置錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致無法正常通訊。根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中設(shè)置的各開關(guān)量以及 PLC 編程中使用的各 I/O 口，增加合適的通道用來與 PLC 通信。 MCGS 自動(dòng)界面如圖 422 所示 。試驗(yàn)調(diào)試就是根據(jù)工業(yè)應(yīng)用的特定環(huán)境對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查，看它是否能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。裝載完成之后即可啟動(dòng)程序，對(duì)已經(jīng)編寫好的 PLC 程序進(jìn)行模擬仿真。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 36 圖 52 粗 /細(xì)格柵啟動(dòng)狀態(tài) 當(dāng)集水池達(dá)到高水位即 =1 時(shí)，集水池高水位指示燈（ ）亮 10 秒，同時(shí)所有泵停止工作，如圖 53 所示 圖 53 集水池高水位狀