【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 上，并通過(guò)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(guò) PLC 程序控制外部設(shè)備。自身配有 24V 直流電源，外接負(fù)載時(shí)考慮其供電容量 [9]。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)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 。 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。 2． 進(jìn)行設(shè)備配置。 (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。 1． 編輯界面 首先進(jìn)入畫(huà)面編輯環(huán)境，利用 “插入元件 ”工具從元件庫(kù)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。 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(huà)面。 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。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 35 圖 51 S7_200主界面 5 調(diào)試 經(jīng) 過(guò)長(zhǎng)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(wú)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)試完成之后需要 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物 試驗(yàn)調(diào)試 。 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(kāi)，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(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。 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)。報(bào)警顯示是最基本的安全手段。顯示畫(huà)面顯示各個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。 7． 調(diào)試。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。設(shè)計(jì)流程圖如下： 圖 44 粗 /細(xì)格柵 設(shè)計(jì)流 圖 開(kāi)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(kāi)，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。 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(zhǎng)。 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。 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(guò)載保護(hù)，其熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)通過(guò)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(guò)載保護(hù)。 （ 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。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)。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。 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。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(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 。隨著環(huán)境保護(hù)者的呼吁，人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)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(kāi)發(fā)與利用已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性。我國(guó)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(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(yǔ)言完成系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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 。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。因此建設(shè)符合我國(guó)國(guó)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(guó)”同時(shí)又保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)又快又好的 發(fā)展具有重要意義 。 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(chǎng)設(shè)備的過(guò)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(chǎng)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)。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)。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(kāi)，鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)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(kāi)始反應(yīng)，如驅(qū)除 BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等?？梢詷?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。考慮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。 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)。 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。在此模式下，可以通過(guò)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。低水位指示燈滅， SBR 池再次進(jìn)入污水。此過(guò)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。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。在 “ 大小變化 ” 頁(yè)按圖 413 進(jìn)行屬性設(shè)置。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)。 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)。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。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”。 經(jīng)過(guò)以上設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì) MCGS 手動(dòng)界面如圖 221 所示 。使“ 西門子 _S700PPI”成為“通用串口父設(shè)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(dòng)畫(huà)連接。 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。主控窗口可以調(diào)度和管理一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。 集水池高水位指示燈 ()亮 2S 后， SBR1 池進(jìn)水閥（ ）打開(kāi)，進(jìn)水泵（ ）運(yùn)作， SBR1 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(kāi)，進(jìn)泥泵 ()運(yùn)作，計(jì)時(shí) 1 分鐘開(kāi)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。 SBR 池及進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水一體，由兩個(gè) SBR 池 構(gòu)成一組，輪流運(yùn)轉(zhuǎn)，一池一池地間歇運(yùn)行。 潷水器選型 SBR 法由于是周期排水，排水時(shí)池內(nèi)水位是變化的，進(jìn)水時(shí)水位由最低升至最高，出水時(shí)水位由最高降至最低，故 SBR 反應(yīng)池出水管位置必須設(shè)在最低 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 16 水位以下。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對(duì) 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(duì)開(kāi)關(guān)量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等；選擇適合的 PLC 機(jī)型及外設(shè)，完成 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(gè)輸入和 22個(gè)輸出。 存儲(chǔ)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(shè) 計(jì) 9 圖 32 結(jié)構(gòu)式模塊 PLC 的工作原理 PLC 與繼電器構(gòu)成的控制裝置的工作方式不同，繼電器控制器采用并行運(yùn)行方式，即線圈的觸點(diǎn)動(dòng)作與該點(diǎn)通斷電同步。 3． 沉淀 當(dāng) SBR 池停止曝氣 以后，空氣閥門與污泥閥門關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)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(lái)的一種污水處理工藝， A/A，前一個(gè) A 表 示 Anaerobic（厭氧的），后一個(gè) 表示 Anoxic（缺氧的） ，O 代表（好氧的）。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 4 2 污水處理工藝流程 常用的污水處理工藝 污水處理對(duì)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(kāi)發(fā)， 更推進(jìn)了污水處理的自動(dòng)化控制的進(jìn)程，許多價(jià)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(xué)需氧量 COD 分析儀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水資源污染，在我國(guó)約 3 億的飲水不和諧現(xiàn)象中，飲用超標(biāo)水的占 億人。 關(guān)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