【正文】 隨之同時也產(chǎn)生了大量的污水。我國處于缺失狀態(tài)的城市就有幾百個，這幾百個城市中有部分是長期處于嚴(yán)重缺水狀態(tài)的城市，根據(jù)有關(guān)的分析和統(tǒng)計，全國按照人們?nèi)粘Ｉ顚λ恼Ｐ枨?，每年的缺水總量將達(dá)300億立方米左右，其中因為缺水而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)上的損失就有幾千億人民幣之多。污水不能隨意排放，應(yīng)該用一定科學(xué)的程序凈化之后再合理被利用。 污水處理的研究現(xiàn)狀隨著當(dāng)今在自動控制技術(shù)、信息通訊技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)方面的迅速發(fā)展，國外的污水處理廠基本在很早之前就能實現(xiàn)工藝的自動控制生產(chǎn)，也取得了相應(yīng)地較好的效益。在國內(nèi)，污水處理在控制方式方面采用手動和自動兩種控制方式并用的方法，同時自制和引用共同發(fā)展。國內(nèi)污水處理工藝主要有以下幾個特點(diǎn)：一些新建起的污水處理廠因為引進(jìn)了國外的新技術(shù)，一般都采用了手動和自動兩種控制方式相結(jié)合的主要控制方法。目前國內(nèi)的水質(zhì)的檢測主要還是通過實驗人員對水質(zhì)進(jìn)行實現(xiàn)的檢測來得到結(jié)果；污水廠里的每個控制站間沒有信息的交換，完全獨(dú)立完成操作；監(jiān)控過程中監(jiān)控系統(tǒng)很少被使用到，沒法對全廠的每個部分進(jìn)行實時監(jiān)控；報表統(tǒng)計的工作也是由廠里的工作人員到現(xiàn)場手工進(jìn)行記錄后再統(tǒng)計來完成[2]。 本文研究的主要內(nèi)容與章節(jié)安排本文論述了污水處理系統(tǒng)的基本方式及其流程的組成部分、PLC技術(shù)在整個系統(tǒng)中的合理運(yùn)用，主要由以下內(nèi)容組成：根據(jù)常用污水處理的基本原理，設(shè)計了一套污水處理的總體方案。對系統(tǒng)各部分的功能在軟件上的設(shè)計，及相對應(yīng)的系統(tǒng)在組態(tài)模擬運(yùn)作上的設(shè)計。第2章根據(jù)常用的污水處理的基本工作原理，介紹了本文中污水處理工藝的設(shè)計，并對流程中各部分的組成進(jìn)行了詳細(xì)的功能解說。第4章介紹了污水處理系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分，總體流程軟件方面的設(shè)計介紹與各不同部分的軟件方面的設(shè)計解說。2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 污水處理介紹污水處理是我國水污染和環(huán)境污染的主要原因，這就要求國家將節(jié)水和水資源的保護(hù)當(dāng)做環(huán)境保護(hù)的重要策略，努力完善當(dāng)前在這個污水處理這個方面上的基本設(shè)施的建設(shè)。被處理過的污水一般有三個排放途徑：排放至水體；灌溉田地；重復(fù)使用。污水中的有機(jī)物在處理過程主要是靠微生物的分解作用，因此在此環(huán)節(jié)中會消耗掉水中大量的溶解氧 常用污水處理基本原理一般在選擇合適的污水處理工藝時要根據(jù)處理對象和處理環(huán)境的不同這兩個方面進(jìn)行考慮。污水處理的一般方法主要有物理、化學(xué)、生物或幾種混合使用的方法。常用的處理方法主要是生物處理方法占主要部分，化學(xué)和物理則是輔助其更充分地完成處理工作[3]。污水中的有機(jī)有害物比較不穩(wěn)定，微生物吸附在有機(jī)物的上，消耗水中的溶解氧進(jìn)行氧化作用，將有機(jī)物分解為穩(wěn)定的無機(jī)物，再經(jīng)過污水的沉淀，水中分解得到的無機(jī)物就被清除，起到了凈化污水的作用。污泥回流泵曝氣風(fēng)機(jī)出水進(jìn)水池（進(jìn)水泵）進(jìn)水粗格柵細(xì)格柵曝氣池沉淀池攪拌機(jī)圖21 本設(shè)計污水處理工藝流程圖本設(shè)計中根據(jù)傳統(tǒng)活性污泥法的工作原理，主要采用了氧化還原處理工藝來完成對污水的雜質(zhì)處理，整個流程是按“進(jìn)水，氧化（空氣氧化），出水”周期性的進(jìn)行處理工藝。從系統(tǒng)的污水進(jìn)入到處理后清水的排出作為整個污水處理工序的一個完整周期。此流程中，各個電機(jī)的自動控制下的運(yùn)行都是按一定的系統(tǒng)要求來實現(xiàn)的，本文采用了PLC技術(shù)來完成對電機(jī)自動控制方面上的技術(shù)設(shè)計。 進(jìn)水系統(tǒng)：系統(tǒng)的進(jìn)水主要由水泵組成，水泵的停止與運(yùn)行是通過安裝在進(jìn)水池中的液位傳感器對實際液位的檢測來決定的。 除砂系統(tǒng)：除砂系統(tǒng)主要是由粗格柵和細(xì)格柵兩個部分組成，主要功能是粗格柵除去污水中大塊固體狀的物體，細(xì)格柵更進(jìn)一步地凈化污水中較小顆粒狀的物體，將污水中沒有被粗格柵去除的更細(xì)小的沙粒狀雜質(zhì)濾除。氧化系統(tǒng)：氧化系統(tǒng)是工業(yè)污水處理中最重要的環(huán)節(jié)，主要由曝氣風(fēng)機(jī)和攪拌機(jī)組成，主要功能是對污水進(jìn)行生化處理，分解污水中含有的有害的有機(jī)物質(zhì)，使其能夠達(dá)到一定的要求水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。沉淀系統(tǒng)：沉淀系統(tǒng)主要由沉淀池組成，主要功能是對氧化過的污水進(jìn)行物理沉淀，將污泥和清水分離。污泥回流泵的停止與運(yùn)行通過安裝在沉淀池中的液位傳感器對實際液位的檢測來決定的。系統(tǒng)在自動控制運(yùn)行模式下，氧化系統(tǒng)中的曝氣風(fēng)機(jī)和攪拌機(jī)在PLC程序的控制下是持續(xù)進(jìn)行運(yùn)行；進(jìn)水系統(tǒng)中的進(jìn)水泵和污泥回流系統(tǒng)中的污泥回流泵是根據(jù)PLC將接收到的傳感器反饋頻率與程序要求的液位頻率進(jìn)行比較后，向水泵發(fā)送運(yùn)行或停止的信號；除砂系統(tǒng)中的粗細(xì)格柵機(jī)是根據(jù)PLC程序設(shè)計中的停止和運(yùn)行的設(shè)定時間值，完成對粗細(xì)格柵機(jī)間歇運(yùn)行的控制。3 基于PLC的電氣控制部分設(shè)計 PLC的簡介PLC（Programmable Logic Controller）全稱為可編程控制器，是一款專為工業(yè)生產(chǎn)中用到的數(shù)字運(yùn)算操作的電子式的裝置。 PLC選型根據(jù)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等各個方面的考慮，最終本設(shè)計用到的電氣控制系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)選擇的是由西門子公司開發(fā)的S7—200系列的產(chǎn)品[7]。CPU226在污水處理系統(tǒng)使用到的數(shù)字量的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都比較多，因此除了主機(jī)自帶的那些一定量的I/O口的數(shù)量外，還需要更多些能夠擴(kuò)展的的I/O模塊。在本系統(tǒng)中，由于使用到了對模擬量方面的采集和控制這兩個功能的需求，因此還需要一個能夠再次擴(kuò)展的模擬量的輸入和輸出模塊。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計 控制系統(tǒng)方案設(shè)計操作面板PLC液位高度傳感器顯示面板各類泵運(yùn)行格柵機(jī)定時運(yùn)行圖31 電氣控制系統(tǒng)框圖工作過程：在手動狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制根據(jù)對操作面板上的按鈕操作來控制，無邏輯控制，不根據(jù)液位高度傳感器的狀態(tài)和設(shè)定的時間進(jìn)行控制。系統(tǒng)上電電源接通后，按下自動控制按鈕，自動控制方式被啟動，系統(tǒng)中的攪拌機(jī)和曝氣風(fēng)機(jī)隨即也被啟動。進(jìn)水泵根據(jù)進(jìn)水池中反饋得到的實際液位與系統(tǒng)控制要求的液位進(jìn)行比較后再決定其運(yùn)行或停止。電氣控制主電路圖[8]本設(shè)計的污水處理系統(tǒng)的主電路如圖32所示。這六個電機(jī)分別由六個相對應(yīng)的熱繼電器FRFRFRFRFRFR6分別實現(xiàn)對各自所在的電路中確保其安全的過載保護(hù)功能。電路中安裝的斷路器QFQFQFQFQFQF6分別能夠?qū)崿F(xiàn)各自所在的與之相對應(yīng)的分電路中所連接設(shè)備的安全方面的過載和短路保護(hù)作用的功能。其中主電路中的控制電源部分的電路圖如圖33所示。當(dāng)接觸器KM的線圈在不通電的情況下，與之相對應(yīng)的KM接觸點(diǎn)也一直保持著電路斷開不導(dǎo)通的狀態(tài)；KM線圈在通電的情況下，相對應(yīng)的KM觸點(diǎn)也就被接通，從而實現(xiàn)了由控制電路中的送電和斷電來控制主電路中的各個電動機(jī)的啟動與停止。PLC電路控制設(shè)計根據(jù)上文中對整個工藝流程的介紹，對PLC的型號的選擇，繪制的系統(tǒng)原理主電路圖和控制電路中的電路連接圖[9]，來繪制本系統(tǒng)的PLC控制連接電路的原理圖，同時完成系統(tǒng)控制中的I/O口的分配工作，將其對應(yīng)的功能用表格的方式繪制下來。圖中的PE為接地，輸入端連接的接觸器起到電路的送電和斷電的作用，接觸器下方接入的熱繼電器FR則起到保護(hù)電路的作用，輸出端串聯(lián)的中間繼電器KA在電路中起到了消除干擾，保證了輸出信號的穩(wěn)定性。數(shù)字量輸入部分：表31 數(shù)字輸入量地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備進(jìn)水泵接觸器曝氣風(fēng)機(jī)接觸器粗格柵機(jī)接觸器攪拌機(jī)接觸器細(xì)格柵機(jī)接觸器污泥回流泵接觸器數(shù)字量輸出部分：表32 數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備進(jìn)水泵啟動曝氣機(jī)啟動粗格柵機(jī)啟動攪拌機(jī)啟動細(xì)格柵機(jī)啟動污泥回流泵啟動軟元件設(shè)置在設(shè)計程序過程中，會用到許多中間繼電器、寄存器、定時器等軟元件，為了便于編程及修改，將用到的軟元件列出，如表33所示。4 污水處理系統(tǒng)軟件設(shè)計在本設(shè)計中主要用到的是S7200系列的CPU226來完成系統(tǒng)軟件方面的設(shè)計，上面主要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，下面就要介紹的是系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計中對整個流程中每個部分控制要求和已完成的全流程的控制電路上的設(shè)計，來進(jìn)行系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計。