基于PLC的污水处理控制系统设计 51页

..毕业设计(论文)基于PLC的污水处理控制系统设计DESIGNOFSEWAGETREATMENTCONTROLSYSTEM-.可修编.\n..摘要随着经济社会的开展，污水排放重危害到了人们的生活环境质量，设计一种有效的污水处理控制系统具有重要意义。本文通过比拟国外污水处理控制系统的根底上，设计了一种基于PLC技术的污水处理控制系统，具体容如下：(1)表达了污水处理的根本原理，完成了系统的总体设计，并绘制了系统硬件主电路图、电源控制电路图和PLC控制电路原理图；(2)应用PLC技术，完成了对总系统的手控和自控模式转换以及系统各局部启停在自控模式下运行的软件设计；(3)应用组态软件实现了对系统流程的监控和操作。仿真调试说明，本论文设计的污水处理控制系统具有生产效率高、可靠性高、工序流程易实现、操作简便等特点，可满足污水处理流程的自动控制需要。关键词污水处理；PLC；软件设计；组态软件-.可修编.\n..AbstractWiththedevelopmentofsocietyandeconomy,thedischargedsewageisseriouslyharmfultothequalityofpeople'slivingenvironment,thedesignofanefficientsewagetreatmentcontrolsystemhasimportantsignificance.paringwiththedomesticsewagetreatmentcontrolsystem,thethesisdesignedasewagetreatmentcontrolsystemthatwasbasedonthetechnologyofPLC,thespecificcontentsareasfollows:(1)Describedthebasicprincipleofsewagetreatment,pletedtheoveralldesignofthesystem,anddrawedthesystemhardwarethemaincircuit,powersupplycontrolcircuitandPLCcontrolcircuit;(2)WiththetechnologyofPLC,pletedthesoftwaredesignofatotalsystemfortheconversionbetweenhandcontrolandautomaticcontrolmode,andeachpartofthesystem'sstartingandstoppinginautomaticcontrolmode;(3)Ithadfinishedmonitoringandoperatingthesystem'sprocesses,usingthesoftwareofconfiguration.Simulationexperimentsshowedthat,thedesignofsewagetreatmentcontrolsystemhastheadvantagesofhighproductionefficiency,highreliability,easyrealizationofprocessflow,simpleoperation,andsoon.Itcanmeettheneedofautomaticcontrolofsewagetreatmentprocess.KeywordssewagetreatmentPLCsoftwaredesignconfigurationsoftware-.可修编.\n..目录1绪论11.1研究背景11.2研究意义11.3污水处理的研究现状11.4本文研究的主要容与章节安排22系统总体设计案32.1污水处理介绍32.1.1污水处理总体概念32.1.2常用污水处理根本原理32.2系统的总体设计32.2.1工艺总流程设计32.2.2系统各局部功能分析42.3本章小结53基于PLC的电气控制局部设计63.1PLC的简介63.1.1PLC选型63.2污水处理系统电气控制系统总体设计63.2.1控制系统案设计63.2.2控制系统硬件主电路设计73.2.3PLC的I/O资源配置93.3本章小结114污水处理系统软件设计124.1污水处理系统软件设计总体概述124.1.1手动控制模式124.1.2自动控制模式134.2污水处理各个局部软件的设计144.2.1粗细格栅系统程序144.2.2进水泵程序154.2.3污泥回流泵程序164.2.4模拟/数字量间的转换184.3本章小结205组态软件在本系统中的应用21-.可修编.\n..5.1对上位机监控软件的要求215.2上位机的设计215.2.1定义数据对象215.2.2主画面的设计225.2.3联机调试285.3本章小结31结论32致33参考文献34附录35-.可修编.\n..-.可修编.\n..1绪论1.1研究背景地球外表虽然被水覆盖的面积超过地球总面积的一半，但能被利用的水资源仅占其中很小很小的一局部。我国的水资源分布不均，人口数目庞大，因此我国的人均淡水资源量远远低于世界淡水人均资源量。世界上平均每天大约有200吨的垃圾被随意地倒入河流、湖泊和小溪，造成了本就短缺的淡水资源的污染，这对于很多正在面临着重缺水的无非是个大危机。和各地的管理人员应该逐渐加强在保护环境这块的意识，增加在这一块开展上的投资和建立措施。近年来，我国在污水处理这个行业上得到了快速的开展，每年处理的污水总量在不断地增加，处理的效率也在逐渐得到提高。由此，我国应制定和完善一系列的法律法规来促进污水处理产业的开展，建立一套较为完整的监控体制来保证这个行业的平稳的开展和扩大，努力将污水处理这个行业开展的更加市场化和产业化。污水处理行业在我国有着很可观的开展前景，未来我国在此行业上的道路令人憧憬[1]。1.2研究意义每个在经济得到快速的开展下，各种工业也得到相应的开展来适应人们日常生活中的各种需求，不管是人们日常还是工业生产都离不开水的供给，随之同时也产生了大量的污水。如果这些污水在没有被净化的状况下排出，必然会给遭的环境造成一定程度的污染。我国处于缺失状态的城市就有几百个，这几百个城市中有局部是长期处于重缺水状态的城市，根据有关的分析和统计，全国按照人们日常生活对水的正常需求，每年的缺水总量将达300亿立米左右，其中因为缺水而导致的经济上的损失就有几千亿人民币之多。水资源的缺乏已经对人民的日常生活造成了重的负面影响，同时对在经济建立面的也有很大的影响。污水不能随意排放，应该用一定科学的程序净化之后再合理被利用。因此，建立出符合我国开展情况的污水厂自动控制系统，对于降低污水处理本钱、改善围环境、建立可持续开展社会、保持我国经济高速开展都具有重大的意义。1.3污水处理的研究现状随着当今在自动控制技术、信息通讯技术和现场总线技术面的迅速开展，国外的污水处理厂根本在很早之前就能实现工艺的自动控制生产，也取得了相应地较好的效益。-.可修编.\n..国外的污水处理工艺主要有以下几个特点：在水质的分析面采用仪表的在线分析，能够实时地监测到整个系统生产过程中的水质变化，上位机随时将监控到的数据进展记录，水质得到及时的分析和反应；智能控制整个系统的生产过程，对应的控制式可以根据水质的变化来进展相应的调整；采用了相应的遥控设备，其中充分利用到了一些相关的社会信息资源。在国，污水处理在控制式面采用手动和自动两种控制式并用的法，同时自制和引用共同开展。国污水处理面在最初开展之际主要采用的检测工具是热工仪表，厂都采用集中巡检；在中期开展之际主要采用分析仪表和分布式控制系统这两种检测技术；在近些年开展之际，污水处理工艺主要开展向是自动控制这个面，并获得了较好的成绩。国污水处理工艺主要有以下几个特点：一些新建起的污水处理厂因为引进了国外的新技术，一般都采用了手动和自动两种控制式相结合的主要控制法。大局部早起建立的污水处理厂仍然达不到较高的自动化控制水平，并且由于国产的仪表在稳定性面还没法到达生产的要求，因此国外的仪表被较多的使用着，价格过于贵的原因导致没有得到广泛的运用。目前国的水质的检测主要还是通过实验人员对水质进展实现的检测来得到结果；污水厂里的每个控制站间没有信息的交换，完全独立完成操作；监控过程中监控系统很少被使用到，没法对全厂的每个局部进展实时监控；报表统计的工作也是由厂里的工作人员到现场手工进展记录后再统计来完成[2]。国与国外的污水处理在自动控制面的开展存在着很大的差距，但是国的自动控制这面的前景应用非常广泛，也有很大的开展前景。1.4本文研究的主要容与章节安排本文论述了污水处理系统的根本式及其流程的组成局部、PLC技术在整个系统中的合理运用，主要由以下容组成：1、根据常用污水处理的根本原理，设计了一套污水处理的总体案。2、介绍了PLC技术在污水处理工艺上的应用，设计了相关的电气控制图和主电路图。3、对系统各局部的功能在软件上的设计，及相对应的系统在组态模拟运作上的设计。本课题以实际课题为背景展开工作，主要完成了污水处理的PLC自动控制和上位机的组态监控画面设计，主要的章节安排如下:第1章介绍了选择研究本课题的背景和意义，并对此行业在国外的开展进展了比拟。第2章根据常用的污水处理的根本工作原理，介绍了本文中污水处理工艺的设计，并对流程中各局部的组成进展了详细的功能讲解。第3章介绍了本设计中的PLC选型，描述了本设计中的电气控制系统的设计、主电路图和PLC的I/O资源配置。第4章介绍了污水处理系统的软件设计局部，总体流程软件面的设计介绍与各不同局部的软件面的设计讲解。第5章介绍了组态监控软件在系统开发过程中的应用，概述了组态画面的设计和动画的连接操作。-.可修编.\n..2系统总体设计案2.1污水处理介绍污水处理是我国水污染和环境污染的主要原因，这就要求将节水和水资源的保护当做环境保护的重要策略，努力完善当前在这个污水处理这个面上的根本设施的建立。2.1.1污水处理总体概念水资源被使用产生的污水绝大多数情况下都是被直接排放到可利用的水体中，重污染了环境，同时这些没被处理过的污水中含有很多有害物质，有些甚至会使人生病。被处理过的污水一般有三个排放途径：1、排放至水体；2、灌溉田地；3、重复使用。未被处理过的污水中好氧的有机物的性质状态稳定，微生物利用自己的新代的功能将有害的有机物降解为二氧化碳、水、硝酸根离子等稳定状态的无机物。污水中的有机物在处理过程主要是靠微生物的分解作用，因此在此环节中会消耗掉水量的溶解氧2.1.2常用污水处理根本原理一般在选择适宜的污水处理工艺时要根据处理对象和处理环境的不同这两个面进展考虑。因此，要根据实际的的污水处理情况和围环境，来认真考虑决定采用种处理工艺完成污水的净化处理工作。污水处理的一般法主要有物理、化学、生物或几种混合使用的法。根据污水处理的实际情况，这些处理法可以独立地被使用，也可以几种一起使用。常用的处理法主要是生物处理法占主要局部，化学和物理那么是辅助其更充分地完成处理工作[3]。常用的污水处理中使用的生物处理法，主要是利用污水中活性污泥所含有的微生物的氧化分解作用到达净化水质的效果。污水中的有机有害物比拟不稳定，微生物吸附在有机物的上，消耗水中的溶解氧进展氧化作用，将有机物分解为稳定的无机物，再经过污水的沉淀，水中分解得到的无机物就被去除，起到了净化污水的作用。2.2系统的总体设计2.2.1工艺总流程设计本设计中污水处理工艺流程图如图2-1所示。污泥回流泵曝气风机出水进水池〔进水泵〕进水粗格栅细格栅曝气池沉淀池-.可修编.\n..搅拌机图2-1本设计污水处理工艺流程图本设计中根据传统活性污泥法的工作原理，主要采用了氧化复原处理工艺来完成对污水的杂质处理，整个流程是按“进水，氧化〔空气氧化〕，出水〞期性的进展处理工艺。本设计工作原理与传统活性污泥法一样，但是又在后者的根底上对其系统的局部功能进展了相应的改良，改良的局部主要是对污泥进展氧化处理这个步骤中，设计中在曝气池处多增加了一个搅拌机和一个曝气风机，在曝气池占地小的前提下到达对一定量污水进展一样的氧化效果；并且在氧化处理前多增加了粗细格栅机的初步处理工序，主要是完成对污水中的固体杂质进展过滤[4]。从系统的污水进入到处理后清水的排出作为整个污水处理工序的一个完整期。根本操作运行程序：进水泵开启，污水进入，经过除沙、氧化和沉淀的一系列处理工序，处理完的清水排出，没处理完的污水经过污泥回流到进水池进展二次处理。此流程中，各个电机的自动控制下的运行都是按一定的系统要求来实现的，本文采用了PLC技术来完成对电机自动控制面上的技术设计。2.2.2系统各局部功能分析根据上面所述的污水处理工艺流程可以将整个处理流程全过程分为进水系统、除砂系统、氧化系统、沉淀系统和污泥回流系统这五个主要的系统[5]。1、进水系统：系统的进水主要由水泵组成，水泵的停顿与运行是通过安装在进水池中的液位传感器对实际液位的检测来决定的。当检测到进水池中的实际液位低于系统设定要求的最低液面时，进水泵便开场工作；当检测到进水池中的实际液位高于系统设定要求的最高液位时，进水泵就停顿工作。2、除砂系统：除砂系统主要是由粗格栅和细格栅两个局部组成，主要功能是粗格栅除去污水块固体状的物体，细格栅更进一步地净化污水中较小颗粒状的物体，将污水中没有被粗格栅去除的更细小的沙粒状杂质滤除。其中两者均是根据程序设定时间进展间歇工作，即根据系统中设定的时间进展停顿和工作两个状态进展交替地工作。-.可修编.\n..3、氧化系统：氧化系统是工业污水处理中最重要的环节，主要由曝气风机和搅拌机组成，主要功能是对污水进展生化处理，分解污水中含有的有害的有机物质，使其能够到达一定的要求水质标准。其中曝气池中装有搅拌机，搅拌机的作用是使污水和活性污泥处于剧烈的搅拌状态，让它们充分混合接触，与此同时曝气风机在整个系统上电运作的全过程中一直持续工作，这样将使得污水中的活性污泥的更加充分地对不稳定的有机物进展氧化分解为稳定的无机物，能够最大限度地除去污水中含有的有害物质。4、沉淀系统：沉淀系统主要由沉淀池组成，主要功能是对氧化过的污水进展物理沉淀，将污泥和清水别离。5、污泥回流系统：此系统主要由污泥回流泵组成，主要目的是将没达标的污水输送到流程最开场环节，对污水进展二次处理。污泥回流泵的停顿与运行通过安装在沉淀池中的液位传感器对实际液位的检测来决定的。当检测到沉淀池中的实际液位低于系统设定要求的最低液面时，污泥回流泵就停顿工作；当检测到沉淀池中实际液位高于系统设定要求的最高液面时，污泥回流泵便开场工作。系统在自动控制运行模式下，氧化系统中的曝气风机和搅拌机在PLC程序的控制下是持续进展运行；进水系统中的进水泵和污泥回流系统中的污泥回流泵是根据PLC将接收到的传感器反应频率与程序要求的液位频率进展比拟后，向水泵发送运行或停顿的信号；除砂系统中的粗细格栅机是根据PLC程序设计中的停顿和运行的设定时间值，完成对粗细格栅机间歇运行的控制。2.3本章小结本章表达了常用的污水处理工艺的根本原理，介绍了系统的总体设计，并对系统各组成局部的功能进展了详细的讲解分析。-.可修编.\n..3基于PLC的电气控制局部设计3.1PLC的简介PLC〔ProgrammableLogicController〕全称为可编程控制器，是一款专为工业生产中用到的数字运算操作的电子式的装置。PLC主要是用能够编写程序的存储器来实现一系列的可操作运算，包含逻辑、数字和算术运算等，输入和输出由数字化和模拟化两种式实现，能够控制生产过程和生产中的各类机械[6]。3.1.1PLC选型根据污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等各个面的考虑，最终本设计用到的电气控制系统的开发技术选择的是由西门子公司开发的S7—200系列的产品[7]。由于污水处理的电气控制系统中涉及到较多的输入和输出端口，控制过程的实现面相对较为复杂，因此采用了CPU226的PLC机作为该控制系统涉及开发技术的主机。CPU226在污水处理系统使用到的数字量的输入点和输出点都比拟多，因此除了主机自带的那些一定量的I/O口的数量外，还需要更多些能够扩展的的I/O模块。其中的输入点和输出点正好能够充分满足本设计的系统在控制这一面对I/O口的需求量。-.可修编.\n..在本系统中，由于使用到了对模拟量面的采集和控制这两个功能的需求，因此还需要一个能够再次扩展的模拟量的输入和输出模块。西门子的S7—200系列配置了专门能后适应系统中模拟量的输入和输出模块即为EM235，该模块在分辨率面较高和在输出面有较强的驱动能力，可满足控制系统的功能要求。3.2污水处理系统电气控制系统总体设计3.2.1控制系统案设计操作面板PLC液位高度传感器显示面板各类泵运行格栅机定时运行图3-1电气控制系统框图工作过程：在手动状态下，各类设备的控制根据对操作面板上的按钮操作来控制，无逻辑控制，不根据液位高度传感器的状态和设定的时间进展控制。在自动式下进展闭环控制，系统根据检测的液位高度状态和设定的时间来对设备进展启停控制，其工作过程如下。1、系统上电电源接通后，按下自动控制按钮，自动控制式被启动，系统中的搅拌机和曝气风机随即也被启动。2、运行粗、细格栅机，进展间歇运行，即运行一段时间然后停顿一段时间，循环进展。3、进水泵根据进水池中反应得到的实际液位与系统控制要求的液位进展比拟后再决定其运行或停顿。4、污泥回流泵根据沉淀池中反应得到的实际液位与系统控制要求的液位进展比拟后再决定其运行或停顿。3.2.2控制系统硬件主电路设计1、电气控制主电路图[8]-.可修编.\n..本设计的污水处理系统的主电路如图3-2所示。图3-2污水处理系统主电路图主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分别控制进水泵、粗格栅机、细格栅机、曝气风机、搅拌机、污泥回流泵这六个电机的启动与停顿。这六个电机分别由六个相对应的热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6分别实现对各自所在的电路中确保其平安的过载保护功能。QF0为整个电路中的电源总开关，其功能是既可实现对主电路的短路保护作用，又起到了对三相交流电源进展电源分流的作用，在使用和维修面也很便。电路中安装的断路器QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6分别能够实现各自所在的与之相对应的分电路中所连接设备的平安面的过载和短路保护作用的功能。控制电源路上的熔断器FU在电流过大时熔断自身切断电路起到保护作用。其中主电路中的控制电源局部的电路图如图3-3所示。-.可修编.\n..图3-3污水处理电源控制电路图电路图的上局部连接的器件是中间继电器KA，此继电器在电路中是具有一定的带负荷能力，上图中所示的电路中的中间继电器KA主要是为了替代小型接触器来实现其后者的功能。当接触器KM的线圈在不通电的情况下，与之相对应的KM接触点也一直保持着电路断开不导通的状态；KM线圈在通电的情况下，相对应的KM触点也就被接通，从而实现了由控制电路中的送电和断电来控制主电路中的各个电动机的启动与停顿。电路中的热继电器FR在此电路中依旧是保护电路平安起到过载保护的功能。2、PLC电路控制设计根据上文中对整个工艺流程的介绍，对PLC的型号的选择，绘制的系统原理主电路图和控制电路中的电路连接图[9]，来绘制本系统的PLC控制连接电路的原理图，同时完成系统控制中的I/O口的分配工作，将其对应的功能用表格的式绘制下来。图3-4为污水处理系统PLC控制电路原理图。图中的PE为接地，输入端连接的接触器起到电路的送电和断电的作用，接触器下接入的热继电器FR那么起到保护电路的作用，输出端串联的中间继电器KA在电路中起到了消除干扰，保证了输出信号的稳定性。-.可修编.\n..图3-4污水处理系统PLC控制电路原理图3.2.3PLC的I/O资源配置根据系统的功能要求，对PLC的I/O进展配置[10]，具体分配见表3-1、表3-2。1、数字量输入局部：表3-1数字输入量地址分配输入地址输入设备输入地址输入设备I0.0进水泵接触器I0.3曝气风机接触器I0.1粗格栅机接触器I0.4搅拌机接触器I0.2细格栅机接触器I0.5污泥回流泵接触器2、数字量输出局部：-.可修编.\n..表3-2数字输出量地址分配输出地址输出设备输出地址输出设备Q0.0进水泵启动Q0.3曝气机启动Q0.1粗格栅机启动Q0.4搅拌机启动Q0.2细格栅机启动Q0.5污泥回流泵启动3、软元件设置在设计程序过程中，会用到多中间继电器、存放器、定时器等软元件，为了便于编程及修改，将用到的软元件列出，如表3-3所示。表3-3软元件设置元件意义容备注M0.0自动启动标志On有效M1.0进水泵手动启动标志On有效M1.1粗格栅机手动启动标志On有效M1.2细格栅机手动启动标志On有效M1.3曝气风机手动启动标志On有效M1.4搅拌机手动启动标志On有效M1.5污泥回流泵手动启动标志On有效M2.0进水泵自动启动标志On有效M2.1污泥回流泵自动启动标志On有效T37粗格栅机停顿时间6001minT38粗格栅机运行时间6001minT39细格栅机停顿时间6001minT40细格栅机运行时间6001minC0粗格栅机停顿中间计数器VW100-.可修编.\n..C1粗格栅机运行中间计数器VW102C2细格栅机停顿中间计数器VW104C3细格栅机运行中间计数器VW106VD208进水实际液位存放器续表3-3VD212进水要求最高液位存放器VD216进水要求最低液位存放器VD228回流实际液位存放器VD232回流要求最高液位存放器VD236回流要求最低液位存放器3.3本章小结本章在系统总设计要求根底上，完成了系统电气控制的设计，包含了系统硬件主电路图、电源控制电路图和PLC控制电路图的绘制，PLC的I/O资源配置。-.可修编.\n..4污水处理系统软件设计在本设计中主要用到的是S7-200系列的CPU226来完成系统软件面的设计，上面主要介绍了污水处理控制系统的构造、工作原理和电气控制局部的构造，硬件构造的总体设计根本完成后，下面就要介绍的是系统的软件设计局部，根据系统设计中对整个流程中每个局部控制要求和已完成的全流程的控制电路上的设计，来进展系统的软件编程设计。在软件的设计中，所有局部的软件设计过程均是先按照系统实现的功能要求画出相对应的流程框图，再根据每个不同的局部所要实现的不同的功能要求来对其进展软件编程面的设计，这样就提高了程序编写工作的效率[11]。4.1污水处理系统软件设计总体概述-.可修编.\n..根据上文中所设计系统的控制要求，整个系统的控制式主要可以分为两种控制模式：手动控制式下的控制模式、自动控制式下的控制模式。在手动控制式的控制模式下，整个系统所涉及到的每个局部的电机都可以独立被操作，单独实现其运行和停顿；在自动控制式的控制模式下，系统中所涉及到的每个局部的电机均按照系统中所要求的一定的顺序来实现其运行和停顿。如图4-1所示。手动和自动控制转换的对应梯形图如图4-2所示。开场手动？手动控制自动控制是否图4-1控制模式选择图M0.0接通后，系统有手动切换到自动，由M1.0起始的6个位〔即M1.0~M1.5〕均复位，即系统中的电机都恢复到程序的默认操作设置状态。图4-2手动自控转换梯形图4.1.1手动控制模式在手动控制模式的操作状态下，每个电机的工作状态是独立完成的，即操作人员可根据系统的实际需要随机控制电机的启动和停顿，没有一定的规律和模式所言，操作过程如图4-3所示。在此手动控制的模式下，操作人员可以通过每个电机对应的操作按钮来对格栅机、曝气风机、搅拌机、各类泵的启停进展控制。进水泵启停污泥回流泵启停手动控制粗格栅机启停细格栅机启停曝气风机启停搅拌机启停-.可修编.\n..图4-3手动控制模式流程图4.1.2自动控制模式当整个系统接通电源上电后，系统默认的是手动控制式的控制模式，只要操作人员按下手动和自动控制转换控制界面上的自动控制式的控制模式的启动按钮，系统就将在自动控制式的控制模式的状态下开场工作，其整个流程的工作过程包括以下几个面。〔1〕当系统上电后，按下自动控制模式启动按钮，启动曝气风机和搅拌机。〔2〕启动进水泵。〔3〕启动粗格栅系统。〔4〕启动细格栅系统。〔5〕启动污泥回流泵。上面所表达的工作过程并不是系统中实际电机运行的顺序控制工作式，实际的工作流程是按照PLC对检测到的传感器实际反应的状态进展分析后再控制电机的运作，其控制模式流程如图4-4所示。启动进水泵启动污泥回流泵自动控制启动粗格栅机启动细格栅机启动曝气风机启动搅拌机图4-4自动控制模式流程图4.2污水处理各个局部软件的设计在以上绘制的自动控制模式流程图中，主要调用了长个系统中各个被控制局部系统的程序，其中包含五个局部的系统程序：粗格栅系统程序、进水泵程序、细格栅系统程序、曝气氧化系统程序、污泥回流泵程序。由于自动控制模式下，在整个系统运行过程中，曝气氧化系统中的曝气风机和搅拌机持续运行，因此下面的程序软件设计中主要介绍对于粗细格栅系统、进水泵和污泥回流泵这三个局部的运行程序的工作过程进展详细设计讲解。-.可修编.\n..4.2.1粗细格栅系统程序本设计中粗细格栅系统的工作过程一样，因此下面只介绍粗格栅系统工作过程。工作过程主要有以下几个面：(1)系统的自动控制模式开启之后，粗格栅机停顿不运行，停顿状态定时时间为4min。(2)停顿的定时时间4min完毕后，粗格栅机开场运行，运行状态的设定时间为1min。(3)运行的定时时间1min完毕后，粗格栅机停顿运行4min后，再运行1min，整个操作过程如此循环运行。粗格栅机系统工作流程图如图4-5所示。其工作状态的对应梯形图如图4-6。否开场是粗格栅控制手动控制粗格栅机不运行自动控制开启？粗格栅机运行运行时间到？停顿时间到？是是否否-.可修编.\n..图4-5粗格栅系统工作流程图T37为粗格栅机停顿4min的定时器，C0为粗格栅机停顿时间的计数器，T38为粗格栅机运行1min的定时器，C1为粗格栅机运行时间的计数器。图4-6粗格栅系统工作梯形图4.2.2进水泵程序进水泵主要的功能根据进水池中的液位检测传感器反应的实际液位对进入系统的污水量的控制，其工作过程包括以下几个面：(1)自动控制开启后，进水泵开场运行，并检测液面的上下。(2)假设实际液面低于最低要求液面，进水泵持续运行。-.可修编.\n..(3)假设实际液面高于最高要求液面，进水泵停顿运行，否那么启动进水泵，如此循环运行。进水泵工作流程图如图4-7所示。对应梯形图如图4-8。开场进水泵控制高于最高要求液面？低于最低要求液面？停顿进水泵手动控制是否否是是否启动进水泵自动控制开启？图4-7进水泵工作流程图进水泵在自动控制状态下，当液位传感器检测到进水池中的实际水位VD208高于系统最高要求的水位VD212时，进水泵M2.0就复位即进水泵停顿运行工作；进水池中的水位VD208低于最低要求的水位VD216时，进水泵M2.0置位保持开启的状态，持续进水。-.可修编.\n..图4-8进水泵工作梯形图4.2.3污泥回流泵程序污泥回流泵主要功能是将未能处理的污泥回流到处理系统的起始处进展再次处理。其工作过程包括以下几个面：〔1〕自动控制开启后，污泥回流泵泵开场运行，并检测液面的上下。〔2〕假设实际液面高于最高要求液面，污泥回流泵持续运行。〔3〕假设实际液面低于最低要求液面，污泥回流泵停顿运行，否那么启动污泥回流泵，如此循环运行。污泥回流泵工作流程图如图4-9所示。对应梯形图如图4-10所示。污泥回流泵控制停顿污泥回流泵启动污泥回流泵低于最低要求液面？高于最高要求液面？自动控制开启？开场是否否是是否手动控制-.可修编.\n..图4-9污泥回流泵工作流程图污泥回流泵自动控制状态下，沉淀池中的水位VD228高于最高要求的水位VD232时，污泥回流泵M2.1置位保持运行状态，；沉淀池中的水位VD228低于最低要求的水位VD236时，污泥回流泵M2.1复位停顿运行。图4-10污泥回流泵工作梯形图4.2.4模拟/数字量间的转换在本设计中，进水泵和污泥回流泵的在自动控制下的启停由进水池和沉淀池中的液位检测器反应的实际液位值来确定。液位检测器反应的是模拟量，控制两个泵运行需要数字量，这就涉及到系统中的模拟量和数字间的转换问题。模拟量的输入和输出通用的换算法主要是A/D的转换和运算[12]。模拟量的输入/输出都可以用以下的通用换算公式换算见式〔4.1〕：Ov=[(Osh-Osl)*(Iv-Isl)/(Ish-Isl)]+Osl式〔4.1〕式中：Ov——表示换算结果；Iv——表示换算对象；Osh——表示换算结果的高限；Osl——表示换算结果的低限；Ish——表示换算对象的高限；-.可修编.\n..Isl——表示换算对象的低限。对应的梯形图如图4-11、图4-12、图4-13、图4-14、图4-15、图4-16、图4-17所示。梯形图中所示的LD0即为公式中的换算结果的高限值Osh,LD4即为公式中的换算结果的低限值Osl,LD42即为公式中的换算对象值Iv,LD12即为公式中的换算对象的低限值Isl,LD8即为公式中的换算对象的高限值Ish,LD18即为公式中的换算结果值Ov。图4-11数据类型的转换程序功能为将整数LW16转换为双整数LD46,再将LD46转换为32位的整数LD42。图4-12实现运算的程序之一LD22是换算结果高限LD0与低限LD4相减的结果，即为式〔4.1〕中Osh-Osl的运算的实现。图4-13实现运算的程序之二LD26是换算对象LD42与换算对象低限LD12相减的结果，即为式〔4.1〕中Iv-Isl的运算的实现。图4-14实现运算的程序之三-.可修编.\n..LD30是换算对象高限LD8与换算对象低限LD12相减的结果，即为式〔4.1〕中Ish-Isl的运算的实现。图4-15实现运算的程序之四LD34是LD22和LD26相乘的结果，即为式(4.1)中(Osh-Osl)*(Iv-Isl)的运算的实现。图4-16实现运算的程序之五LD38是LD34和LD30相除的结果，即为式〔4.1〕中[(Osh-Osl)*(Iv-Isl)/(Ish-Isl)]的运算的实现。图4-17实现运算的程序之六LD18是LD38和LD4相加的结果即为换算结果，即为式〔4.1〕Ov=[(Osh-Osl)*(Iv-Isl)/(Ish-Isl)]+Osl运算的实现。4.3本章小结本章根据系统设计要求，手动控制两完成了系统在自动控制和种模式间的转换、系统各局部在自动控制模式下启动和停顿以及模拟量转换为数字量相关计算的软件设计。-.可修编.\n..5组态软件在本系统中的应用5.1对上位机监控软件的要求-.可修编.\n..组态软件在整个系统设计中根据系统的控制要求的条件主要应实现的功能如下：1、对整个系统的工艺流程进展实时的监控工作，采集和处理模拟系统得到的数据等；2、完成整个控制系统电机在手动和自动控制下完成运作要求；3、实现粗细格栅机间歇性的工作监控；4、实现进水泵和污泥回流泵根据承受的液位上下来动作的监控[13]。对监控软件的要求主要为：1、组态软件的界面设计要简洁、清楚、完整和生动；2、在手动控制式下，操作人员能够通过控制界面上的相关按钮来实现生产中的电机启停的控制；3、在自动控制式下，在整个系统运行的各个项条件均满足生产要求时，可以实现远程对电机启停的控制；4、控制操作界面上能够显示模拟的水池中的实际液位的高度。5.2上位机的设计上位机设计包括：1、污水处理的远程控制系统，它主要采用的是MCGS组态软件来实现系统的控制和管理，能够通过多种直观的式向用户提供生产中实际的的运行状态；2、整个设计要求的系统组成及工艺流程，主要的一些监控和技术的要求等；3、设计系统的总体案，其中包括系统需要实现的功能，控制环节需要使用的式，用户的操作界面的设计等。上位机监控画面的设计：在程序进展模拟运行时，首先进入到监控的主画面，画面中显示了污水处理整个系统相关的组成局部，各个电机的运行状态和控制按钮的当前状态均显示，根据模拟量的输入显示进水池和沉淀池液位的上下，显示粗细格栅机在系统中被设定的启动和停顿的时间。操作人员可以根据整个生产流程中的实际运行情况对每个电机进展启动和停顿的实时控制[14]。5.2.1定义数据对象在定义数据对象之前应对整个控制系统进展详细的分析，在确定系统所需要的变量。需要定义的数据对象的主要有：1、系统中有明确被指定出的相关数据变量的名称和类型；2、明确被指出需要系统进展存盘的数据变量相关的参数。本系统需要的变量如图5-1所示。-.可修编.\n..图5-1数据对象的定义5.2.2主画面的设计监控的主画面显示的是系统流程中各个需要被控制或需明确显示的局部。画面显示了各个按钮开关量的状态，可以直观观察到水池中液位的实际高度以及各个电机是否运转等情况[15]。1、编辑画面-.可修编.\n..首先进入画面编辑环境，利用“插入元件〞工具从元件库中选择所需要的设备和不同功能的框图，调整大小及位置，然后保存。画完后如图5-2所示。图5-2污水处理工艺监控画面监控画面中左边的六个电动机图标代表流程中所用到的电机，旁边的启动和停顿按钮那么是在手动控制下对电机进展手动操作时的控制按钮；右边的滑动条那么是对进水池和沉淀池中的实际液位模拟的输入，滑动条上的椭圆框显示模拟的实际液位；中间的框显示的为电机运行和停顿的时间，水池中上下限制的液位。2、动画连接〔1〕电机状态显示动画效果的制作：①在监控界面中双击“进水泵〞这个电机的图标，界面随即弹出属性设置窗口，电机进入“动画连接〞操作页面，如图5-3所示。-.可修编.\n..图5-3将进水泵进展动画连接②选中折线，即动画连接操作界面上“连接表达式〞下显示的。③单击，进入到“动画组态属性设置〞操作窗口。对"填充颜色"、“按钮动作〞进展如图5-4、图5-5的属性设置。图5-4将进水泵动作颜色进展设置图5-5将进水泵的按钮动作进展设置④单击“确认〞按钮，就完成了对“进水泵〞的电机图标的状态显示的连接设置。⑤-.可修编.\n..用同样的法建立“粗格栅机〞“细格栅机〞“曝气风机〞“搅拌机〞“污泥回流泵〞的状态显示设置。(2)界面上需要手动控制模式下进展操作的按钮动画效果连接的制作：①双击“停顿〞的形控制按钮图标，界面上随即弹出“标准按钮构件属性设置〞的操作窗口，电机“操作属性〞进展如图5-6中的“数据对象值操作〞进展属性设置，再单击“确认〞按钮，完成界面中的“停顿〞按钮图标的设置。图5-6停顿按钮属性设置②双击“启动〞按钮，弹出属性设置窗口，对“操作属性〞如图5-7的“数据对象值操作〞属性设置，单击“确认〞按钮，完成设置。-.可修编.\n..图5-7停顿按钮属性设置③用同样的法建立“进水泵〞、“粗格栅机〞、“细格栅机〞、“曝气风机〞、“搅拌机〞、“污泥回流泵〞的停顿和启动按钮分别与M1_run、M2_run、M3_run、M4_run、M5_run、M6_run的“数据对象值操作〞的属性设置。〔3〕输入框动画效果的制作：①双击“输入框〞的形图标，随即弹出“输入框构件属性设置〞的操作窗口，电机“操作属性〞如图5-8对“对应数据对象的名称〞和“数值输入的取值围〞进展相对应的属性设置，单击“确认〞按钮，完成对界面上输入框的动画连接操作的设置。图5-8输入框的属性设置②用同样的法建立“粗格栅运行时间〞、“细格栅运行间隔〞、“细格栅运行时间〞、“进水池上液位〞、“进水池下液位〞、“沉淀池上液位〞、“沉淀池下液位〞分别与T1_M2run、T2_M3stop、T2_M3run、FL1_High、FL1_Low、FL2_High、FL2_Low的对应数据对象的连接设置。〔4〕模拟液位显示动画效果的制作：①双击根据滑动条位置显示模拟液位的显示框，立即弹出“单元属性设置〞的操作界面窗口，进入“动画连接〞页，如图5-9所示。-.可修编.\n..图5-9模拟量显示框动画连接②对显示框中的“显示输出〞下的“表达式〞“输出值类型〞和“输出格式〞进展如图5-10所示的属性设置。图5-10模拟量显示框输出显示设置③用同样的法对“沉淀池液位〞显示框与FL2进展动画连接属性设置。〔5〕滑动条动画效果的制作：①双击滑动条，弹出属性设置窗口，对滑动条的“刻度与标注属性〞进展如图5-11所示的设置。-.可修编.\n..图5-11滑动条刻度与标注属性设置②对滑动条进展如图5-12所示的“操作属性〞的属性设置。图5-12滑动条操作属性设置③用同样的法对另一个滑动条与FL2_in之间的属性设置。5.2.3联机调试-.可修编.\n..在组态软件的开发平台上，单击其中的一个选项即为“设备窗口〞选项，再单击其中的一个选项即为“设备组态〞选项按钮后，随即进入到了此时操作的设备组态的设置操作中。在“设备工具箱〞的选择项中，选中“串口通讯父设备〞和“西门子_S7-200PPI〞，加如到右边已经选择的设备并分别对这两者的属性进展设置，保证其串口端口号和通讯波特率与PLC的I/O设置保持一致。图5-13通用串口父设备属性编辑图5-14通道连接编辑窗口-.可修编.\n..图5-15设备调试编辑窗口本设计中使用的是PLC的西门子S7-200系列CPU为226型号的机子来完成控制的技术这几，其串口端口号为2,波特率为19.2,因此在组态动画连接的根本设置中的串口端口号应对应地选择1-2,通讯波特率应对应地选择8-19200。以下图5-16中显示的即为组态软件在模拟系统在自动控制模式下的操作的一个界面。图5-16自动控制下组态的显示界面-.可修编.\n..图中显示的为自动控制下的操作状态，由于第一个滑动条上显示的进水池液位为0.83m低于进水池的最低液位1m，进水泵运行；第二个滑动条上显示的沉淀池液位为3.2m高于进水池最高液位，污泥回流泵运行；粗细格栅机均在运行间隔即停顿时间4min，粗细格栅机不运行。5.3本章小结本章根据系统的设计要求，应用组态软件设计了模拟的监控画面，并实现了系统在操作运行上的仿真。-.可修编.\n..结论本次毕业设计是以污水处理控制系统设计为课题，根据系统的设计要求，绘制了系统硬件主电路图、电源控制主电路图和PLC控制电路原理图，并利用PLC技术完成了系统手动与自动模式间转换的软件设计以及系统各局部在自动模式下启停控制的软件设计，同时运用组态软件对系统进展仿真，实现了系统流程的模拟监控和操作。通过本次毕业设计，学会了如确定一个系统的设计案，案的设计不单单是参考已有的系统，还要根据实际的应用环境的需要来确定，案需要具有创新性和实用性；也学会了如将可编程控制器运用在实现系统的自动控制设计中，系统的学习了PLC的编程到运行的操作过程；同时对污水处理工艺流程也有了详细地了解。由于本人知识和能力上的限制，本系统不能确定处理后的水质是否到达标准，本毕业设计中还存在其他不完善的地，敬请各位教师批评指正。-.可修编.\n..参考文献[1]文亮.污水处理厂自动控制系统设计[D].大学，2007.[2]唐宇毅.电厂含油工业污水处理的PLC控制系统设计[M].：工业大学，2005.[3]建根.PLC在中水处理系统中的应用[J].科技创新导报，2021,4(12)：134-.[4]琳、牟道光.PLC在污水处理中的应用[J].微计算机信息,2004,20(3):42-43.[5]冉军武.PLC在污水处理工程中的应用[M].冶金，2021.[6]学林.可编程控制器教程[M].：电子工业，2005.[7]宋建成.可编程序控制器原理与应用[M].:科学,2021.[8]建明.电气控制与PLC应用[M].电子工业，2021.[9]培山、钟昆.基于PLC的工业污水处理厂自控系统的实现[J].控制系统,2006,5〔1〕：82-83.[10]英辉、豫龙、戴青云.基于PLC的中央处理系统[J].职业技术学院学报，2021,6(4)：76-78.[11]程子华.PLC原理与编程实例分析[M].国防工业，2007.[12]程玉华.西门子S7-200工程应用实例分析[M].：机械工业，2006.[13]钟承尧.污水处理厂的组态监控设计[J].师大学报,2021,23(1):36-40.[14]世敏.基于MCGS的PLC仿真系统的设计与研究[J].科技创新导报,2021,1(36):18-19.-.可修编.\n..[15]博、陆琦.MCGS在机电系统实验台中的应用[J].科技大学学报,2021,28(1):88-91.附录1、主程序梯形图：-.可修编.\n..2、子程序梯形图一〔各电机控制局部〕：-.可修编.\n..-.可修编.\n..3、子程序梯形图二〔格栅机间隔操作〕：-.可修编.\n..-.可修编.\n..-.可修编.\n..4、子程序梯形图三〔进水泵、污泥回流泵要求水位设置〕：-.可修编.\n..5、子程序梯形图四〔模拟量操作〕：-.可修编.\n..教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。-.可修编.