【導(dǎo)讀】撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。要求手動與自動控制。做好答辯準(zhǔn)備工作。制技術(shù)先進性、可擴展性，同時兼顧降低系統(tǒng)造價。數(shù)少的特點，而這些都是PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。老化，頻繁出現(xiàn)控制故障。而PLC控制器以其技術(shù)成熟、通用性好、可靠性高、這些國家經(jīng)濟發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問題特別。備還停留在仿制的水平上,對于其理論研究尚顯不足。因而,國產(chǎn)化設(shè)備將會在

　　

【正文】 控制狀態(tài)時，對于每個設(shè)備都對應(yīng)設(shè)置一組按鈕，采用觸點觸發(fā)式按鈕，即按下接通，松開復(fù)位。 6）液位傳感器和液位差計。在進水泵房和污泥回流泵房都要安裝液位傳感器，本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器，均為數(shù)字量輸入。 對格柵處的清污機進行控制，需要檢測格柵兩側(cè)的液面差，在該系 統(tǒng)中利用液位差計，選用超聲波液位差計。本次選用的液位差計也是數(shù)字量輸入到 PLC 中的，在液位差計中預(yù)先設(shè)置好設(shè)定值。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)的數(shù)值時，數(shù)字量信號輸入到 PLC 中，進而控制清污機運行，清除大顆粒的污染物，保障污水流動通暢；在液位差未超過設(shè)定值時，清污機處于停止?fàn)顟B(tài)，這樣就可大大減少設(shè)備損耗。 7）接觸器。 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)傳感器的反饋值進行動作的，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：如格柵機接觸器、清污機 接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器、潛水?dāng)嚢铏C接觸器、刮泥機接觸器等。為此該系統(tǒng)選用施耐德 LC1D0901M5C 交流接觸，其額定電壓220 V， 額定電流 9 A。其特點有：高標(biāo)準(zhǔn)：符合 IEC6094741 和 標(biāo)準(zhǔn)。長壽命：機械壽命高達 2020 萬次；電壽命高達 200 萬次。強適應(yīng)性：“ TH”防護處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。寬電壓：線圈控制電壓在 70%120%Uc 之間波動，不影響產(chǎn)品正常工作。強通用性：具有 50Hz60Hz 通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產(chǎn)品本體上可以 附加輔助觸頭，通電 /斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 — 三角起動器。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS （ 1）格柵機接觸器。格柵機接觸器包括兩個：一個是置于粗格柵處，控制粗格柵處的格柵機；一個是置于細格柵處，用于控制細格柵處的格柵機。根據(jù)程序的執(zhí)行或者操作面板上按鍵的情況，控制兩個格柵機的運行與停止。 （ 2）清污機接觸器。清污機接觸器包括兩個：一個是置于粗格柵處，控制粗格柵處的清污機；一個是置于細格柵處，用于控制細格柵處的清污機。根據(jù)格柵兩側(cè)的液位差或者操作面板上按鍵的情況，控制兩個清污機的運行與停止。 （ 3）潛水泵接觸器。潛水泵接觸器包括有兩個接觸器，分別控制兩臺潛水泵，通過進水泵房的液面高度或操作面板上按鍵的情況，控制兩臺潛水泵的運行或者停止。 （ 4）轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器。 轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器包括六個接觸器，每個轉(zhuǎn)碟曝氣機都有三個接觸器，一個是連接到工頻正轉(zhuǎn)電網(wǎng)的，一個是連接到工頻反轉(zhuǎn)電網(wǎng)的，另外一個是連接到變頻器的。根據(jù)污水中的溶氧量或操作面板上的按鍵的情況，控制兩臺轉(zhuǎn)碟曝氣機的運行及停止，以及在運行時是處于變頻還是工頻運行狀態(tài)。 （ 5）分離機接觸器。分離機接觸器是連接分離機和工頻電網(wǎng)的接觸器，分離機與轉(zhuǎn)碟曝氣 機是同步運行，通過對轉(zhuǎn)碟曝氣機的控制完成對分離機的控制。 （ 6）潛水?dāng)嚢铏C接觸器。潛水?dāng)嚢铏C接觸器是連接潛水?dāng)嚢铏C和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制潛水?dāng)嚢铏C運行與停止。 （ 7）刮泥機接觸器。刮泥機接觸器是連接刮泥機和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制刮泥機的運行與停止。 （ 8）污泥回流泵接觸器。污泥回流泵接觸器是連接污泥回流泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過污泥回流泵房中液面的高低或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制污泥回流泵的運行與停止。 （ 9）離心式脫水機接觸器。 離心式脫水機接觸器是連接離心式脫水機和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制離心式脫水機的運行與停止。 （ 10）聚合物泵接觸器。聚合物泵接觸器是連接聚合物泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行和操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制聚合物泵的運行與停止。 （ 11）污泥機及切割機接觸器。污泥機及切割機接觸器是連接污泥機及切割機和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或操作面板上按鍵的狀態(tài)，控制污泥機及切割機的運行與停止。 硬件電路 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，如表 2表 2表 2表 24 所示的 I/O 分配情況，以及圖 12 所示的電氣控制系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計出污水處理控制系統(tǒng)的硬件JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 連線圖 ， 控制面板上的手動控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時使用 ，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。本次硬件連線圖是用 AutoCAD 軟件進行繪制的，共繪有 16 張 A4 圖紙，包括主電路、 PLC 及擴展、 PLC 輸入回路和 PLC 輸出回路。 主電路 主電路是各個電機和泵與電網(wǎng)的連接。如圖 21 所示，為其中一張主電路連線圖。 圖 21 主電路 四臺電機分別為粗格柵機（ M1）、 1清污機（ M2）、細格柵機（ M3）、 2清污機（ M4）。接觸器 KM KM KM KM4 分別控制 M M M M4 的工頻運行； FR FR FR FR4 分別為四臺電機用作過載保護的熱繼電器； QF1 為主電路的開關(guān)； FU1 為主電路的熔斷器。 PLC 及擴展 PLC 采用的是 S7200 系列的 CPU226，擴展模塊包括數(shù)字量擴展模塊： 4 個EM223 和模擬量擴展模塊： 1 個 EM235。由于 PLC 和擴展模塊的 M 和 L+端子都需輸入 24V 的直流電壓，所以需采用一個直流電源 DC1。如圖 22 所示，為 PLC及擴展圖。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 圖 22 PLC 及擴展 PLC 輸入回路 如下圖 23 所示，為其中一張 PLC 輸入回路圖。導(dǎo)線 2 與直流電壓 24V 相連接； SB7~SB14 為常開按鈕輸入。 圖 23 PLC 輸入回路 PLC 輸出回路 如圖 24 所示，為其中一張 PLC 輸出回路圖。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 導(dǎo)線 2 與直流電壓 24V 相連接；導(dǎo)線 L1 N 為電網(wǎng)導(dǎo)線； HL2 HL2HL2 HL24 分別為潛水泵房報警、污泥回流泵房報警、手動方式指示燈、自動方式指示燈； KM1 KM KM KM20 分別為污泥機接觸器、 1轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻反轉(zhuǎn)接觸器、 2轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻反轉(zhuǎn)接觸器、切割機接觸器； HL1 HL HLHL20 分別為污泥機運行指示燈、 1轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻反轉(zhuǎn)運行指示燈、 2轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻反轉(zhuǎn)指示燈、切割機運行指示燈。 圖 24 PLC 輸出回路 其它詳細電路連線圖，請查看附錄 2，包括 4 張主電路、 1 一張 PLC 及擴展、8 張 PLC 輸入回路、 3 張 PLC 輸出回路。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 采用西門子公司為 S7— 200 系列 PLC 開發(fā)的 STEP 7— Micro/WIN SP8 作為編程軟件，上面介紹了污水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計基本完成后，就要開始軟件部分的設(shè)計，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計情況及 PLC 控制系統(tǒng) I/O 的分配情況，進行軟件編程設(shè)計。在軟件的設(shè)計中，首先按照需要實現(xiàn)的功能要求做出流程框圖，其次按照不同功能編寫不同功能模塊，這樣寫出的程序條例清晰，既方便編寫，也便于調(diào)試。 系統(tǒng) 控制信號 PLC 作為污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機界面的通信可完 成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。由于 PLC 的 CPU 強大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。 利用 PLC 作為控制器的污水處理系統(tǒng)主要涉及 的控制信號有 ：一是輸入 信號 ；二是輸出信號。 輸入信號 污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及 五 類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測 、電機過載保護的輸入檢測， 以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。 1）按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測， 主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水?dāng)嚢铏C啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。 2）液位差輸入檢測。檢測粗細格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機的啟動與停止。 3）液位高低輸入檢測。檢測進水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止，以及投入運行的潛水泵的數(shù)量。 4）電機過載保護的輸入檢測。電機電路中如果過載，電流過大，則熱繼電器發(fā)出一個信號，輸入到控制器中，通過程序來控制電機的停止，以免損壞電機。 5）含氧 量輸入檢測。以上 四 種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 污水中的含氧量，并通過曝氣機增加或減少其含氧量。通過將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)位置上，將檢測值反饋到 PLC 中，通過運算輸出控制曝氣機的轉(zhuǎn)速信號。當(dāng)溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當(dāng)溶解氧值偏高時，導(dǎo)致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定 的范圍內(nèi)。 輸出信號 信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。 1）數(shù)字量輸出?？刂聘黝愒O(shè)備的啟動和停止，包括：格柵機啟停、清污機啟停、潛水泵啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼?、污泥回流泵等設(shè)備。 2）模擬量輸出 。 通過 PLC 中運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機的轉(zhuǎn)速，最后達到控制污水中含氧量的要求。 系統(tǒng) 總體控制 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，總體控制是 選擇自 動 控制還是手動控制，總體控制流程如圖 31 所示。 圖 31 總體控制流程圖 系統(tǒng) 手動控制 在手動 控制 模式下，可單獨調(diào)試每個設(shè)備的運行，如圖 32 所示。 在此 控制 模式下，可以通過按鈕對格柵機、清污機、 污泥回流泵、 轉(zhuǎn)碟曝氣機、 潛水泵、離心式脫水機、潛水?dāng)嚢铏C、 刮泥機，以及各類泵進行控制，對于轉(zhuǎn)碟曝氣機的控制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度， 也可JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 以進行正反轉(zhuǎn)動， 以檢測調(diào)試性能。 圖 32 手動控制 工藝框 圖 系統(tǒng) 自動控制 處于自動 控制 方式時，系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認(rèn)后系統(tǒng)運行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個方面。 1）系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認(rèn)按鈕，啟動潛水?dāng)嚢?機 和刮泥機。 2）啟動粗格柵系統(tǒng)。 3）啟動潛水泵 系統(tǒng) 。 4）啟動細格柵系統(tǒng)。 5）啟動曝氣系統(tǒng)。 6）啟動污泥回流系統(tǒng)。 7）啟動污泥脫水系統(tǒng)。 以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照 PLC