【正文】 Engineering Chemistry Research,. 2007 [20] Kang Jiayu,Mi Expert System for Anaerobic WastewaterTreatment Process[C]. IEEE International Conference on InformationAnd Automatic,. 2009 附錄 污水處理硬件連線圖1）主電路12）主電路2 3）主電路3 4）主電路4 5）PLC及擴展 6）PLC輸入回路1 7）PLC輸入回路?！　‖F(xiàn)在的自己已經不再是剛進大學時的那個小男生了，四年的磨礪讓我的肩頭多了一份責任和承擔，即將踏入社會開始工作的我，面臨的抉擇和困難也非常之多，但是不管前途多么的未知和艱難，我會毫無畏懼地前行。四年來，快樂的事情因為有你們的分享而更快樂，失意的日子因為有你們的關懷能忘卻傷痛，堅強前行。人生是那么的不確定，學生絕對不會甘于平庸和妥協(xié)。老師們一直以來對我們鼓勵和支持，跟我們一起討論我們共同的興趣愛好，并在我陷入困境的時候給予我最中肯的指點。再次對您表示感謝，師恩偉大，無以回報。在論文的不斷修改中，我也努力做到及時積極地跟楊老師交流，因為我覺得這樣可以使得我的論文更加完善。首先要衷心地感謝我的指導老師楊老師，您嚴謹的治學態(tài)度，開闊的思維，循循善誘的指導一直給我很大的幫助。致謝 天下沒有不散的宴席，雖然大四的生活多半時間還是呆在學校里，但是論文致謝語寫的那一刻也真正標志著我與這所學校就此別離了，沒有傷感，更多的是遺憾，但是總歸不如意事十有八九，過去的不能挽回，人應該大膽向前看，所以這段文字應該像它的標題一樣充滿感恩和致謝，感謝四年來在我的成長道路上扶持過我，指點過我的人。調試時，可根據功能模塊分類分別調試，最后進行總體調試。主要問題在于程序編寫完畢后，需要首先在電腦上對程序進行軟件仿真，主要檢查是否存在各種錯誤，可利用西門子公司配套的仿真軟件。由于輸出都是何接觸器等元件連接，接觸器的突然斷開和閉合會形成突波對PLC的輸出端子造成損壞，因此需要加裝一些保護裝置，以增加觸點的壽命。污水處理系統(tǒng)中，主要的硬件問題包括機械結構、硬件選型和PLC的外圍電路設計和接線處。在電氣控制方面的要求比較多，需要檢測大量的數字量，而且還需采集模擬量。雖然自己完成了設計，但由于能力條件有限，在本設計中，仍有一些問題需要解決和有些方面需要注意，及工程安裝調試方面需謹慎。在這個過程中，使我學到了很多知識，積累了許多寶貴的經驗，鍛煉了自己的獨立思考能力和實踐動手能力，進一步加深了解了PLC在實踐當中的應用。本文詳細闡述了污水處理工藝流程、控制系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬件實現(xiàn)。結束語本設計在充分了解國內外污水處理自動控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的基礎上，深入查閱污水處理工藝的方法和特點，根據參觀的武漢湯遜湖污水廠的設備和過程，采用了氧化溝的污水處理工藝，結合系統(tǒng)功能的要求進行總體方案設計。圖46 一個通道已設置圖，依此類推可建立其它的通道，單擊“確認”按鈕回到設備屬性設置對話框，在設備屬性設置對話框單擊“通道連接”選項卡，此時設備屬性對話框變成如下圖47所示。然后建立一個對PLC輸出寄存器只讀操作的通道，單擊“增加通道”按鈕，彈出如下圖45所示的增加通道對話框。圖43 設備工具箱窗口 現(xiàn)在就可以向設備組態(tài)窗口中添加我們所需的PLC設備了，如果所需設備沒有出現(xiàn)在設備工具箱中，請按下“設備管理”按鈕，在彈出的設備管理對話框中選定所需的設備，然后雙擊就可以將它添加到設備工具箱中，如下圖44所示。因此，MCGS與PLC設備的連接是通過設備窗口完成的，具體操作如下： 當我們打開MCGS組態(tài)環(huán)境，新建了一個MCGS工程后，在用戶編輯窗口中將會出現(xiàn)一個工作臺窗口。具體界面如下圖42所示。雙擊曲線，彈出“實時曲線構件屬性設置”窗口，根據所需的曲線要求進行屬性設置。這樣更能清楚地監(jiān)測實時的溶解氧濃度。2）在整個污水處理控制系統(tǒng)，最主要的就是對曝氣池中溶解氧的控制。經處理的污水進入沉淀池中，在刮泥機的作用下進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用更加容易沉降。潛水攪拌機的作用是推進水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。對污水進行除油、消毒、調整PH值。在除砂系統(tǒng)中細格柵和清污機進一步凈化污水中的細小顆粒物體，將污水中的細小沙粒濾除，并由分離機對沉砂池中的沙粒進行排除后進入氧化溝反應池。污水處理系統(tǒng)運行界面如下圖41所示。當用戶想結束繪制時，雙擊鼠標左鍵即可。移動鼠標至窗口的預定位置，（鼠標的光標變?yōu)槭中螤睿?，點擊一下鼠標左鍵，移動鼠標，在鼠標光標后形成一道虛線，拖動一定距離后，點擊鼠標左鍵，生成一段流動塊。流動的水是由MCGS動畫工具箱中的“流動塊”構件制作成的。 系統(tǒng)組態(tài)界面設計 1）單擊“工具”菜單，選中“對象元件庫管理”或單擊工具條中的“工具箱”按鈕，則打開動畫工具箱，工具箱中的“插入元件”，則會彈出“對象元件庫管理”。l 運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。l 實時數據庫：是工程各個部分的數據交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數據變量。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數據庫存盤文件名稱及存盤時間等。l 主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，又稱為組態(tài)結果數據庫，其與MCGS 運行環(huán)境一起，構成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。兩部分互相獨立，又緊密相關。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。圖311 USS_INIT指令4 系統(tǒng)的MCGS組態(tài) 軟件簡介MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。 在本次系統(tǒng)程序設計中，Mode的輸入值為1，指定Port 0為USS協(xié)議并使用該協(xié)議；Baud設置波特率為9600；Active指示為16；；錯誤代碼存于VB104。Baud設置波特率為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200。USS_INIT指令：當EN輸入接通時，每一循環(huán)都執(zhí)行該指令。（2）USS通訊協(xié)議庫。USS協(xié)議指令在STEP7—MICRO/WIN SP8指令樹的庫文件夾中，STEP7—MICRO/WIN SP8指令庫提供14個子程序、3個中斷程序和8條指令來支持USS協(xié)議。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時給所有從站發(fā)送報文，從站在接收到報文并做出相應的響應后可不回送報文。USS協(xié)議（Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口協(xié)議）是SIEMENS 公司所有傳動產品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進行數據通訊的協(xié)議。表32地址注釋表地址注釋自動方式啟動標志T37粗格柵機運行時間粗格柵機停止標志粗格柵機過載粗格柵機運行標志C1粗格柵機2h定時中間計數器粗格柵機定時脈沖計數T38粗格柵機停止時間定時急停粗格柵液位差機1清污機過載1清污機運行標志粗格柵機接觸器1清污機接觸器 粗格柵系統(tǒng)梯形圖程序指令如下圖310所示。由于程序較多，所以在此只對粗格柵系統(tǒng)的梯形圖程序進行闡述說明。 軟元件的定義在設計程序過程中，會用到許多寄存器、定時器等軟元件，為了便于編程及修改，在程序編寫前應先列出可能用到的軟元件，如表31所示。2）定時到，啟動聚合物泵，啟動定時。圖39 污泥脫水系統(tǒng)流程圖污泥脫水系統(tǒng)程序主要控制離心式脫水機等設備的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面。污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖38所示。5）若液面高于最高位傳感器時，啟動定時。3）若液面處于最高位和最低位之間時，啟動污泥回流泵。1）自動過程開始首先檢測液面高低，若低于最低位傳感器，啟動定時。 曝氣系統(tǒng)工作流程圖如圖37所示。 4）若含氧量大于設定值，則2轉碟曝氣機工頻轉變頻運行。 2）檢測含氧量和變頻器速度，若含氧量小于設定值且變頻器速度大于等于100%，則1轉碟曝氣機變頻轉工頻運行，2轉碟曝氣機變頻運行。圖36 潛水泵系統(tǒng)流程圖 曝氣系統(tǒng) 曝氣系統(tǒng)程序主要對兩臺轉碟曝氣機運行、調速及停止的控制，其工作過程包括以下幾個方面。6）若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報警信號。4）檢測液面處于中位和高位傳感器之間時，開始定時防止誤判。2）檢測液面高度，低于最低位傳感器時，開始定時防止誤判。圖35 細格柵系統(tǒng)流程圖 潛水泵系統(tǒng)潛水泵程序主要控制2臺潛水泵的運行和停止，其工作過程包括以下幾個方面。5）液面差低于設定值，停止2清污機運行。3）2h定時到，運行細格柵機20min，循環(huán)進行。1）自動過程開始，啟動細格柵機，定時20min。粗格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖34所示。4）同時檢查液面差，若超過設定值則啟動1清污機。2）定時到，停止運行粗格柵機2h。圖33 自動控制工藝框圖 粗格柵系統(tǒng)粗格柵系統(tǒng)程序主要控制粗格柵機和1清污機的運行，工作過程包括以下幾個方面。以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照PLC檢測到傳感器狀態(tài)進行啟動，如圖33所示。6）啟動污泥回流系統(tǒng)。4）啟動細格柵系統(tǒng)。2）啟動粗格柵系統(tǒng)。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。圖31 總體控制流程圖 系統(tǒng)手動控制在手動控制模式下，可單獨調試每個設備的運行，如圖32所示。通過PLC中運算后的數據，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速，最后達到控制污水中含氧量的要求?？刂聘黝愒O備的啟動和停止，包括：格柵機啟停、清污機啟停、潛水泵啟停、潛水攪拌器啟停、污泥回流泵等設備。 輸出信號信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數字量輸出，即各類設備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。通過將溶解氧儀設置在適當位置上，將檢測值反饋到PLC中，通過運算輸出控制曝氣機的轉速信號。以上四種都為數字量輸入，該輸入為模擬量輸入。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。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量。檢測粗細格柵兩側液位差，用來控制清污機的啟動與停止。大多數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、潛水攪拌機啟動按鈕、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。 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。由于PLC的CPU強大的網絡通信能力，使得污水處理系統(tǒng)的數據傳輸與通信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。 系統(tǒng)控制信號PLC作為污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。3 系統(tǒng)軟件設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)的結構、工作原理和電氣控制部分的結構，硬件結構的總體設計基本完成后，就要開始軟件部分的設計，根據控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設計情況及PLC控制系統(tǒng)I/O的分配情況，進行軟件編程設計。導線2與直流電壓24V相連接；導線L1N為電網導線；HL2HL2HL2HL24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；KM1KMKMKM20分別為污泥機接觸器、1轉碟曝氣機工頻反轉接觸器、2轉碟曝氣機工頻反轉接觸器、切割機接觸器；HL1HLHLHL20分別為污泥機運行指示燈、1轉碟曝氣機工頻反轉運行指示燈、2轉碟曝氣機工頻反轉指示燈、切割機運行指示燈。導線2與直流電壓24V相連接；SB7~SB14為常開按鈕輸入。如圖22所示，為PLC及擴展圖。 PLC及擴展PLC采用的是S7200系列的CPU226，擴展模塊包括數字量擴展模塊：4個EM223和模擬量擴展