【正文】 rdware Design 23 The Principle Diagram Of The S7300 Digital Input Module 25 The Principle Diagram Of The S7300 Digital Output Module 28 The Principle Diagram Of The S7300 Analog Input Module 30 Handle/auto Control Circuit Connection Mode 31 The Choice Of The Sensor 33 The Choice Of The Liquid Level Sensor 34 PH Sensor Selection 37 DO Instrument Choice 37 Chapter 4 The PLC Program Design 39 The Basic Steps Of PLC Control System Design 39 PLC Program Automatic Control Part Programming 40 Pretreatment Of PLC Control Program 40 Aeration Tank Of PLC Control Program 44 Sludge Lagoons To PLC Control Program 46Conclusion 48Acknowledgements 49References 50Appendix 52VI第1章 緒論 本設(shè)計的研究背景水處理是長期以來倍受關(guān)注的領(lǐng)域之一，它是改善居民生活環(huán)境、提高人民健康水平的重要手段。而水污染作為現(xiàn)今世界重要的環(huán)境污染之一，污水處理工藝顯得更加重要。同時采用了SBR，間歇性活性污泥法進(jìn)行污水處理。工業(yè)廢水中的成分較為復(fù)雜，含有有害物質(zhì)和腐蝕性強(qiáng)的物質(zhì)，有很大的處理難度，同時，其直接排放會污染到江河湖海，對人們的飲用水質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的威脅，對水中生物的生命也帶來了威脅，同時也導(dǎo)致其周圍環(huán)境惡化。再次，為了人們健康安全的生活環(huán)境，飲用水和生活用水的質(zhì)量要求也在不斷的有所提升。要解決水資源問題需要采取合理措施，大規(guī)模范圍內(nèi)進(jìn)行環(huán)境治理、推行環(huán)保措施、消除水污染、大力推廣清潔生產(chǎn)工藝。國外污水處理控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）采用集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，按照企業(yè)廠區(qū)的自身情況和工藝分成若干個控制站，相互之間一般獨(dú)立運(yùn)行。（4）污水處理廠控制系統(tǒng)的監(jiān)控和通訊功能在硬件和軟件開發(fā)利用方面存在極大不足，妨礙了處理過程的高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（3）生物處理法：利用微生物來吸附、分解、氧化污水中的有機(jī)物，把不穩(wěn)定的有機(jī)物降解為穩(wěn)定無害的物質(zhì)，從而使污水得到凈化。在活性污泥法的預(yù)處理中，污水中的大型垃圾由格柵機(jī)攔截下來，在調(diào)節(jié)池中，污水中大的有機(jī)污染物被分解成小分子有機(jī)物。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是自動化水平的提高，對污水處理過程進(jìn)行全自動化的管理和監(jiān)控稱為可能。污水流入的方式主要有3種，即進(jìn)水、進(jìn)水同時曝氣、進(jìn)水同時緩速攪拌，至于選用哪一種方式，則根據(jù)設(shè)計要求而選定。（3）沉淀工序使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)行泥、水分離，沉淀時間一般需進(jìn)行1小時。（5）SBR法在沉淀階段屬于靜止沉淀，由于不采用污泥回流，所以沉淀效果好，并可以維持反應(yīng)階段較高的污泥濃度，以提高處理效率。而當(dāng)水被有機(jī)污染物污染后，水中的溶解氧的濃度要降低，因為水中的溶解氧不僅要為水中的微生物呼吸和水中的好氧微生物在分解水中有機(jī)物時所消耗掉，還要被水中的硫化物、亞鐵離子和亞硝酸根等還原性物質(zhì)所消耗。 污水一級處理（污水預(yù)處理）污水一級處理，一般可以分為四段：格柵段、調(diào)節(jié)段、除砂段和初沉段。而在污水通過粗格柵，進(jìn)入細(xì)格柵前，要設(shè)置兩臺提升泵，和兩臺備用泵將粗格柵處理后的污水提升至細(xì)格柵渠道，依靠重力流經(jīng)后續(xù)構(gòu)筑物。在沉淀過程中，顆粒自由沉淀，互不干擾；沉淀圖呈直線；顆粒形狀及大小密度等不會發(fā)生變化。（2）用于化學(xué)處理或生物處理后，分離化學(xué)沉淀物、分離活性污泥或生物膜。SBR池是污水廠污水處理系統(tǒng)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此其控制量較多、控制較復(fù)雜。即可向?qū)?yīng)的二次沉淀池注水。儲泥池負(fù)責(zé)接收剩余污泥泵輸送來的剩余污泥，儲存到一定的量后，啟動污泥處理設(shè)施進(jìn)行污泥處理。在污水二級處理（生物處理）中，PLC主要對進(jìn)水閥門、提升泵、攪拌器、鼓風(fēng)機(jī)、污泥回流泵、潷水器和剩余污泥泵等進(jìn)行監(jiān)測和控制。當(dāng)曝氣結(jié)束，PLC鼓風(fēng)機(jī)和污泥回流泵關(guān)閉。在污水處理過程中采集和控制的信號有:（1）數(shù)字輸入信號，污水處理設(shè)備的反饋狀態(tài)，指示設(shè)備的起停和手動、自動開關(guān)狀態(tài)的輸入信號；（2）數(shù)字輸出信號，根據(jù)輸入信號對其進(jìn)行相應(yīng)的控制；（3）模擬輸入信號，如液位值，PH值和溶氧值（DO值）。提升泵：4臺，兩臺備用。大部分的污泥流入二次沉淀池，再由污泥回流泵，將活性污泥打回到曝氣池中，進(jìn)行活性污泥的循環(huán)使用；小部分污泥通過剩余污泥泵流入濃縮脫水機(jī)房和從二次沉淀池中流出的污泥一起，進(jìn)行污泥的濃縮脫水，最后排出。PLC上電完成后進(jìn)入掃描工作過程。目前，PLC在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用于汽車裝配、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械制造、電力石化、冶金鋼鐵、交通運(yùn)輸、輕工紡織、污水處理等各行各業(yè)。SIMATIC控制器提供了面向未來的投資，可以做到主動、柔性、經(jīng)濟(jì)的響應(yīng)新挑戰(zhàn)，能給用戶帶來如下好處[13]：（1）高速CPU和強(qiáng)大的工藝功能可以帶來更高的生產(chǎn)率。S7300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成[14]。（6）采用無限制的模塊化結(jié)構(gòu)，便利的連接系統(tǒng)，易于安裝維護(hù)。模擬輸入模塊將擴(kuò)展過程中的模擬信號轉(zhuǎn)化為S7300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。 PLC I/O分配I/O口分配表 I/O口分配表1I/O粗格柵自動方式4I/O粗格柵1除污機(jī)粗格柵手動方式粗格柵2除污機(jī)1除污機(jī)運(yùn)行反饋粗柵渣輸送機(jī)2除污機(jī)運(yùn)行反饋粗格柵進(jìn)水閥粗柵渣輸送機(jī)運(yùn)行反饋粗格柵報警提升泵自動控制1提升泵提升泵手動控制2提升泵1提升泵運(yùn)行反饋3提升泵2提升泵運(yùn)行反饋4提升泵3提升泵運(yùn)行反饋提升泵報警4提升泵運(yùn)行反饋細(xì)格柵1除污機(jī)細(xì)格柵自動方式細(xì)格柵2除污機(jī)細(xì)格柵手動方式細(xì)柵渣輸送機(jī)1除污機(jī)運(yùn)行反饋曝氣池進(jìn)水閥門2除污機(jī)運(yùn)行反饋曝氣沉淀池提升泵細(xì)柵渣輸送機(jī)運(yùn)行反饋曝氣沉淀池攪拌器2I/O曝氣沉淀池自動方式5I/O曝氣沉淀沉淀池鼓風(fēng)機(jī)曝氣沉淀池手動方式曝氣沉淀池污泥回流泵進(jìn)水閥門反饋曝氣沉淀池潷水器提升泵反饋曝氣沉淀池剩余污泥泵攪拌器反饋污泥處理池進(jìn)水閥門鼓風(fēng)機(jī)反饋1污泥投加泵污泥回流泵反饋2污泥投加泵潷水器反饋1濃縮脫水機(jī)剩余污泥泵反饋2濃縮脫水機(jī)污泥處理池自動方式1加藥泵污泥處理池手動方式2加藥泵進(jìn)水閥門反饋污泥輸送機(jī)1污泥投加泵反饋粗格柵壓榨機(jī)2污泥投加泵反饋細(xì)格柵壓榨機(jī)1濃縮脫水極反饋/2濃縮脫水極反饋/ 3I/O1加藥泵反饋6AIPIW336粗格柵前液位輸入2加藥泵反饋PIW338粗格柵后液位輸入污泥輸送機(jī)反饋PIW340細(xì)格柵液位輸入粗格柵進(jìn)水閥門反饋PIW342曝氣沉淀池液位輸入粗格柵壓榨機(jī)PIW344曝氣沉淀池DO儀輸入細(xì)格柵壓榨機(jī)PIW3346曝氣沉淀池PH值輸入/PIW348污泥處理池液位輸入/PIW350污泥處理出PH值輸入 部分電路設(shè)計 主回路硬件設(shè)計圖31 部分主回路接線圖圖31的部分主電路圖中，QF為電源斷路器，F(xiàn)U為熔斷器，KM為接觸器開關(guān)，F(xiàn)R為熱繼電器。 S7300數(shù)字量輸入模塊原理圖圖33至圖35為S7300PLC的數(shù)字量及模擬量輸入模塊的原理圖。自動控制通過PLC、工控機(jī)實現(xiàn)[18]。在選擇傳感器時，需要全面綜合考慮，需要注意一下幾點(diǎn)[20]：（1）精確度：傳感器在正常工作情況下，所測量結(jié)果的精準(zhǔn)度，誤差越小，精度越高。（4）電源：四線制的傳感器電源為220VAC、50Hz，兩線制的傳感器電源為24VDC。：現(xiàn)場可以提供什么電源，是220VAC還是可以提供24VDC。這個區(qū)域稱為盲區(qū)，而盲區(qū)的大小與超聲波液位計的型號有關(guān)。 在測量中脈沖超聲波由不同換能器發(fā)出，聲波經(jīng)物體表面反射回來被發(fā)射的換能器接收并轉(zhuǎn)換成電信號，然后經(jīng)過內(nèi)部微處理器根據(jù)換能器接收到反射信號時間差進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)算，計算出液位的高度差。技術(shù)參數(shù)為：測量范圍：0～14pH；樣品壓力：0～；測量精度：；樣品溫度：15℃～130℃供電電壓：24VDC或220VAC均可；輸出信號：4～20mA。1%FS；分辨率：。硬件診斷用于診斷自動化系統(tǒng)的狀態(tài)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟為[26]：（1）系統(tǒng)規(guī)劃：根據(jù)工藝流程分析控制要求和任務(wù)書中的技術(shù)條件來明確控制任務(wù)；確定所需要的用戶輸入設(shè)備（按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機(jī)、電磁閥等），估算PLC的I/O點(diǎn)數(shù)；選擇合適的PLC類型；特殊模塊的選擇，包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）格柵除污機(jī)運(yùn)行30秒后，啟動?xùn)旁斔蜋C(jī)。（3）當(dāng)處于超高液位時，報警。（4）當(dāng)設(shè)備工作20分鐘后，停止工作，1小時候繼續(xù)工作。（4）曝氣達(dá)到要求時間后，停止鼓風(fēng)機(jī)和污泥回流泵，并靜置1小時。污泥回流系統(tǒng)PLC控制流程如圖45所示：圖45 污泥回流系統(tǒng)控制流程圖 污泥處理池PLC控制程序污泥處理池主要作用是對在SBR池中反應(yīng)后所產(chǎn)生的污泥進(jìn)行處理。本設(shè)計是基于理論來進(jìn)行設(shè)計，再加上個人的知識和經(jīng)歷有限，系統(tǒng)設(shè)計中還有很多的缺陷，各個環(huán)節(jié)銜接由于所了解的知識比較片面，所以不是很融洽，也無法實現(xiàn)總水量的監(jiān)控，溫度等參數(shù)的變量。Chemical Engineering. 2004,25(46):619625[26] [M].,20(5):2023附 錄粗格柵程序梯形圖提升部分程序梯形圖細(xì)格柵程序梯形圖曝氣沉淀池程序梯形圖污泥處理池程序梯形圖。致 謝首先要感謝我的指導(dǎo)老師郎術(shù)斌老師，在老師的悉心指導(dǎo)下完成了本設(shè)計，在此期間老師雖然要求嚴(yán)格，但也很照顧我。具體控制要求為：（1）污泥通過剩余污泥泵排至儲泥池，若污泥液面高度小于設(shè)定值時，開啟污泥投加泵。打開剩余污泥泵，將污泥排至儲泥池中，工作1小時后停止。其工作方式為手動和自動工作方式，且手動工作方式優(yōu)先于自動工作方式。提升泵控制流程圖如圖42所示：圖42 提升泵控制流程圖 細(xì)格柵PLC控制程序細(xì)格柵的主要作用是過濾掉較小的雜質(zhì)，為后序的沉淀池工藝做準(zhǔn)備。（5），開啟格柵機(jī)，并關(guān)閉格柵除污機(jī)和柵渣輸送機(jī)，并實現(xiàn)循環(huán)。（3）軟件設(shè)計：分配、定義PLC的I/O口；根據(jù)狀態(tài)流程圖和電氣控制原理圖進(jìn)行編程 PLC程序自動控制部分程序設(shè)計 預(yù)處理區(qū)PLC控制程序本課題預(yù)處理區(qū)PLC控制程序主要包括粗、細(xì)格柵區(qū)和提升泵區(qū)三個子區(qū)域即污水處理工藝中進(jìn)水系統(tǒng)的自動控制程序。編程時可以自由選擇。10%，50HZ；模擬輸出：4～20mA輸出（溶解值或飽和度）20℃時的響