【正文】 畢 業(yè) 設 計 10 上，并通過輸出模塊向外部設備傳送輸出信號和指令，控制外部設備動作，既而實現(xiàn)通過 PLC 程序控制外部設備。自身配有 24V 直流電源，外接負載時考慮其供電容量 [9]。第二類為非接觸式液位計，主要分為超聲波液位計，雷達液位計等。 根據(jù)設計要求，本設計主要針對中小型城市污水處理廠 ，所以在潷水器性能合適的同時 ，降低成本很重要 。 3 SBR 反應池設計 本設計由 2 個 SBR 池，每個池中都有 2 個液位傳感器監(jiān)測池水的水位。 2． 進行設備配置。 (2) 要達到預期的監(jiān)控目標，需要綜合考慮系統(tǒng)的整體構成、工藝流程以及被監(jiān)控對象的具體特征。 1． 編輯界面 首先進入畫面編輯環(huán)境，利用 “插入元件 ”工具從元件庫中選擇所需要的閥門、泵、電機等設備，調整大小及位置，然后保存。 首先對組對象進行定義，然后 雙擊“用戶窗口”中的“水位監(jiān)控” 窗口，進入該畫面。 圖 419 通道屬性設置 畢 業(yè) 設 計 32 西門子 _S7200PPI 驅動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 中間存儲器、 V 數(shù)據(jù)存儲器、 SM 特殊寄存器、 AI 寄存器、AQ 寄存器、 T 時間寄存器、 C 計數(shù)寄存器、 HC 寄存器。 畢 業(yè) 設 計 35 圖 51 S7_200主界面 5 調試 經 過長時間的前期準備工作， 在電腦上進行模擬仿真，確定程序無誤，考慮到軟件模擬與現(xiàn)實中存在一定的誤差，在模擬調試完成之后需要 進入實驗室進行實物 試驗調試 。 圖 55 SBR2池進水 SBR1池設備動作 SBR2 池到達高水位，高水位指示燈 ()亮，鼓風機 (Q11)啟動，進泥閥（ ）打開，如圖 56 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 SBR 池間歇進水、反應、出水，當集水池到達低水位時，集水池重新進水，整個系統(tǒng)運行正常。 圖 417 通信設備初始化失敗圖 畢 業(yè) 設 計 31 選擇“設備工具箱”添加“西門子 _S7200PPI”驅動。報警顯示是最基本的安全手段。顯示畫面顯示各個開關量的狀態(tài)。 7． 調試。模擬運行環(huán)境是將目標應用程序被裝入計算機內存并投入實時運行所依賴的環(huán)境。設計流程圖如下： 圖 44 粗 /細格柵 設計流 圖 開始 自動運行？ 粗 /細格柵機運行 運 行 時 間到達？ 粗 /細格柵停止，排污口打開，傳送帶運行 運 行 時 間到達？ 結束 手動模式 Y N Y N Y N 集水池高水位 畢 業(yè) 設 計 20 根據(jù)粗 /細格柵設計流圖編寫梯形圖程序如下： 圖 45 粗 /細格柵梯形圖 粗細格柵機 ()運行 10S 停止，排污傳送帶 ()運行 10S 停止，循環(huán)運行。 2． 虹吸式潷水器 優(yōu)點是成本低，可靠性高，不易故障；缺點是潷水器下端應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，其沉淀時間比較長。 其他資源配置 要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機及其擴展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設備。 3． 粗 /細格柵除污機、各個水泵、鼓風機電動機分別采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護，其熱繼電器的常開觸點通過中間繼電器轉換后，作為 PLC 的輸入信號，用以完成各個電動機系統(tǒng)的過載保護。 （ 2）執(zhí)行程序階段 進入此階段， PLC 由上而下按次序一步一步執(zhí)行程序指令。其流程如圖 24 所示： 圖 24 SBR法流程圖 粗 / 細格柵機 集水池 SBR池 鼓 風 機 進泥泵 原污水 清水排入河道 畢 業(yè) 設 計 8 3 硬件設計 PLC 的介紹 PLC 的結構 PLC 的 硬件結構基本上與微型計算機基本相同，是 一種 專 用于工業(yè)控制的計算機。其濾除污染物的機理與傳統(tǒng)的活性污泥法除操作方式外基本相通。 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 計 6 4． A/B 法。常用的污水處理工藝主要有以下幾種。所以由于人為處理的延遲性與滯后性 ， 難免對系統(tǒng)的準確性造成影響 ， 不但 出水質量難以保證， 而 且 人 工 操作 繁瑣 ，容易發(fā)生錯誤， 造成 設備和裝置不能 完全利用 。隨著環(huán)境保護者的呼吁，人們的環(huán)保意識越來越高，城市污水處理未經處理直接排放是絕對不能容忍的，因此污水處理自動化系統(tǒng)的開發(fā)與利用已經體現(xiàn)出其必要性和緊迫性。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。系統(tǒng)主要由 PLC、液位傳感器、進水泵、潷水器、進泥泵及抽泥泵組成，分為手動和自動兩種控制方式，使用梯形圖語言完成系統(tǒng)對現(xiàn)場的控制；使用 MCGS 監(jiān)控組態(tài)軟件設計監(jiān)控界面，不僅可以模擬演示系統(tǒng)工作狀況，而且還可以對現(xiàn)場工作情況進行實時監(jiān)控，并對系統(tǒng)進行遠程控制，完成 SBR 污水處理法的自動運行 。如何有效快速的對城市污水進行處理，提高水資源利用率，已經刻不容緩。因此建設符合我國國情的污水廠自動控制系統(tǒng)對 有效的改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展 和諧社會、 構建“美麗中國”同時又保持我國經濟又快又好的 發(fā)展具有重要意義 。 主要設計內容 本設計面向中、小型城市污水處理廠，采用 PLC 作為控制系統(tǒng)實現(xiàn)污水處理自動 /手動控制，完成對現(xiàn)場設備的過程監(jiān)控功能，并利用組態(tài)軟件設計監(jiān)控界面，完成現(xiàn)場設備狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、工業(yè)參數(shù)設置、報警顯示等功能。但此硝化 /反硝化反應系統(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。而且對污水濃度也有要求，若濃度較低， B 段很難發(fā)揮優(yōu)勢。當污水注入達到 SBR 反應池預定水位時，停止進水，高水位指示燈亮，空氣閥門打開，鼓風機啟動，開始曝氣，在此同時污泥泵往 SBR 反應池中打入活性污泥，開始反應，如驅除 BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等?？梢詷嫵刹煌刂埔?guī)模和功能的 PLC，但同時價格也比較高?？紤]到輸入電路和輸出電路的延時，所以最短響應時間應大于一個掃描周期。 2． PLC 控制電路設計 包括 PLC 硬件結構配置及 PLC 控制原理電路設計。 圖 35 投入式液位 計 投入式液位計 利用流體靜力學原理測量液位 ，其 中間帶有通氣導管 電纜及專門的密封技術，既保證了傳感器的水密性，又使得參考壓力腔與環(huán)境壓力相通，從而保證了測量的高精度和高穩(wěn)定性。在此模式下，可以通過按鈕對粗 /細格柵 機、鼓風機，潷水器，以及各類泵進行控制。低水位指示燈滅， SBR 池再次進入污水。此過程在用戶窗口實現(xiàn)，主要用于完成工程中人機交互的界面，如：水池水位變化的動態(tài)顯示、高低水位報警輸出、水位歷史數(shù)據(jù)與曲線圖表等。在登入狀態(tài)下，不同的用戶有不同的權限，可以對給予授權的 畢 業(yè) 設 計 26 參數(shù)進行修改。在 “ 大小變化 ” 頁按圖 413 進行屬性設置。在通用設備中選擇“通用串口父設備”和“ 西門子 _S700PPI”，點擊確認。 圖 420 添加腳本圖 為使界面能夠單獨運行，所以在集水池、 SBR1 池、 SBR2 池進 /出水需要用到腳本程序，其中鼓風機運作時間控制需要用到定時器或者延時函數(shù)。限于該軟件條件的限制，需修改 PLC 程序中部分 I/O 端口再進行模擬仿真。使用該軟件模擬之前需要將已經編寫好的 PLC 程序在“ STEP 7 MicroWIN SP6”軟件環(huán)境中“編譯”并“導出”。 經過以上設計，最終設計 MCGS 手動界面如圖 221 所示 。使“ 西門子 _S700PPI”成為“通用串口父設備”的子目錄。 (5) 用同樣的方法建立 SBR1 池與液位 2 及 SBR2 與液位 0 之間的動畫連接。 定義數(shù)據(jù)對象 先對系統(tǒng)進行分析后，再確定需要定義的數(shù)據(jù)對象。主控窗口可以調度和管理一個設備窗口和多個用戶窗口的打開或關閉。 集水池高水位指示燈 ()亮 2S 后， SBR1 池進水閥（ ）打開，進水泵（ ）運作， SBR1 池到達高水位時，指示燈（ ）亮，鼓風機 ()運作，進泥閥 ()打開，進泥泵 ()運作，計時 1 分鐘開始，計時到達，鼓風機、進泥泵停止， 靜置 30S 后 潷水器 ()運作，到達低水位，低水位指示燈 ()亮 2S 后重新進水。 SBR 池及進水、反應、沉淀、排水一體，由兩個 SBR 池 構成一組，輪流運轉，一池一池地間歇運行。 潷水器選型 SBR 法由于是周期排水，排水時池內水位是變化的，進水時水位由最低升至最高，出水時水位由最高降至最低，故 SBR 反應池出水管位置必須設在最低 畢 業(yè) 設 計 16 水位以下。了解各個控制對象的驅動要求，如：驅動電壓的等級、負載的性質等；分析對 象的控制要求，確定輸入 /輸出接口（ I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等；選擇適合的 PLC 機型及外設，完成 PLC 硬件結構配置。 畢 業(yè) 設 計 11 表 31 I/O口分配 PLC I/O 口分配 在此控制系統(tǒng)中，共用到 14個輸入和 22個輸出。 存儲器 輸入 /輸出單元 中央處理器（ CPU） 編程器 系 統(tǒng) 總 線 電源 畢 業(yè) 設 計 9 圖 32 結構式模塊 PLC 的工作原理 PLC 與繼電器構成的控制裝置的工作方式不同，繼電器控制器采用并行運行方式，即線圈的觸點動作與該點通斷電同步。 3． 沉淀 當 SBR 池停止曝氣 以后，空氣閥門與污泥閥門關閉，鼓風機與污泥泵停止。 5． SBR 法。 A/A/O 法也是 基于 傳統(tǒng)活性污泥法 發(fā)展起來的一種污水處理工藝， A/A，前一個 A 表 示 Anaerobic（厭氧的），后一個 表示 Anoxic（缺氧的） ，O 代表（好氧的）。 畢 業(yè) 設 計 4 2 污水處理工藝流程 常用的污水處理工藝 污水處理對象不同，環(huán)境不同，需要的污水處理工藝不同。一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元 PLC 的開發(fā)， 更推進了污水處理的自動化控制的進程，許多價格合理、功能全面的 PLC 相繼研制出了，如 AB 公司的 SLC 系列、 Siemens的 S7 系列、 Schneider 的 TSX Quantum DO、化學需氧量 COD 分析儀。據(jù)統(tǒng)計，由于水資源污染，在我國約 3 億的飲水不和諧現(xiàn)象中，飲用超標水的占 億人。 關鍵詞： PLC 城市污水處理 MCGS 組態(tài)軟件 SBR The Design of Urban Sewage Treatment Controlled System Based on PLC Abstract With the quickening pace of urban modernization, urban sewage treatment control system has increasingly been developed and improved. The urban sewage treatment control system is a very important part of the urban modernization. It has the vital significance to improve the image of cities ,to improve people’s life and to protect the environment. The paper discusses the important application of the PLC control system in the