plc水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　學(xué)院： 系級(jí)教學(xué)單位：電子與通信工程系 </p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的

2、高速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)是一個(gè)突出的需要重視的問(wèn)題。污水處理在環(huán)境保護(hù)中又是一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)。生活污水處理過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的非線性、多變量的控制過(guò)程，傳統(tǒng)的污水處理廠的控制多采用常規(guī)的儀表控制,以手動(dòng)控制為主,依靠操作工人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。這種方式水處理質(zhì)量不穩(wěn)定。為了提高水處理質(zhì)量，降低水處理成本，必須應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)控制設(shè)備和技術(shù)，設(shè)計(jì)全自動(dòng)控制的污水處理廠。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要用的是西門子公司生產(chǎn)的S7

3、-300型號(hào)PLC,主要完成PLC控制開(kāi)關(guān)通斷達(dá)到污水凈化處理的目的，同時(shí)還要對(duì)排除后“凈水”進(jìn)行投藥處理，達(dá)到污水徹底凈化的目的。本次設(shè)計(jì)需要利用畫(huà)圖軟件Visio畫(huà)出污水處理的整體流程圖，每個(gè)反應(yīng)池的子流程圖。然后利用編程軟件Step-7對(duì)污水處理的全過(guò)程進(jìn)行編程。最后使用仿真軟件S7-PLCSIM對(duì)編寫的程序進(jìn)行仿真檢測(cè)。通過(guò)PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以看出其在工程利用中的應(yīng)用價(jià)值是十分重要的，對(duì)于解決環(huán)境污染和日益嚴(yán)峻

4、的能源危機(jī)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞　生活污水處理；控制系統(tǒng)；可編程邏輯控制器；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the high speed development of our country’s economy, the environmental protecti

5、on is already an outstanding problem which needs more attention. The treatment of live wastewater is the most important link in the environmental protection. As the characters of live wastewater treatment process is nonl

6、inear and multivariable, traditional control strategies in wastewater treatment plant have used traditional meters and manual control model. Moreover the whole control process has been dependent o</p><p>　　T

7、his design mainly uses S7-300 which is Siemens produces model PLC,mainly completes the PLC control magnetism filter as well as the swith connection or the closure,when dirt current of water after magnetism filter carries

8、 on sewage purification processing to give a dose of medicine processing with Canada,achieve the sewage thorough purification the goal. This design requires the use of software Visio to draw the whole process of sewage t

9、reatment ，Each of the reaction pool sub-flowsheet 。Then usi</p><p>　　Keywords　 Sewage treatment; Control system; PLC</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b>

10、</p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外生活污水處理情況1</p><p>　　1.2.1 國(guó)外生活污水處理情況1</p><p>　

11、　1.2.2 國(guó)內(nèi)生活污水處理發(fā)展現(xiàn)況2</p><p>　　1.3 課題研究的目的意義4</p><p>　　1.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　第2章 污水處理系統(tǒng)及PLC介紹6</p><p>　　2.1 污水處理概述6</p><p>　　2.1.1 污水的組成6</p>

12、<p>　　2.1.2 污水的生物性質(zhì)及指標(biāo)6</p><p>　　2.1.3 污水的出路6</p><p>　　2.2 可編程邏輯控制器PLC介紹7</p><p>　　2.3 PLC在電器控制中的應(yīng)用8</p><p>　　2.4軟件STEP 7簡(jiǎn)介9</p><p>　　2.5 本章小結(jié)9

13、</p><p>　　第3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 污水處理系統(tǒng)總體工藝流程及框圖設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1.1 污水處理主要設(shè)備介紹11</p><p>　　3.1.2生活污水處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖11</p><p>　　3.2 控制回路主回路電路12</p>

14、<p>　　3.2.1 正反轉(zhuǎn)控制原理圖12</p><p>　　3.2.2 直接啟動(dòng)控制原理圖13</p><p>　　3.2.3 主回路14</p><p>　　3.3 污水處理系統(tǒng)的總體流程圖15</p><p>　　3.4 硬件組態(tài)15</p><p>　　3.5 本章小結(jié)18<

15、/p><p>　　第4章 污水處理子模塊設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 格柵機(jī)控制19</p><p>　　4.2 沉淀池控制21</p><p>　　4.3 投藥池控制23</p><p>　　4.4 本章小結(jié)25</p><p>　　第5章 污水處理系統(tǒng)編程及仿真26</

16、p><p>　　5.1 SETP-7編譯環(huán)境26</p><p>　　5.1.1 梯形圖特點(diǎn)26</p><p>　　5.1.2 Step-7編譯環(huán)境26</p><p>　　5.2 部分程序28</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果30</p><p>　　5.4 本章小結(jié)33<

17、/p><p><b>　　結(jié)論34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1

18、.1 課題背景</b></p><p>　　水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會(huì)生活及生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國(guó)人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個(gè)國(guó)家(參與統(tǒng)計(jì)國(guó)家)中，我國(guó)人均淡水資源位居110位屬于淡水資源貧乏的國(guó)家，而且我國(guó)水資源時(shí)空分布極不均衡，全國(guó)500多個(gè)城市缺水，其中300多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有

19、淡水量?jī)H有240噸淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國(guó)急需解決的問(wèn)題[1]。</p><p>　　我國(guó)淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人口的增加，水環(huán)境污染成了一大難題。城市生活污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制約許多城市可持續(xù)發(fā)展的主要原因之一。目前全國(guó)城市廢水的處理率(達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的)僅有10%左右，其余90%的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我

20、國(guó)生活用水系統(tǒng)水資源利用的突出問(wèn)題。氣象學(xué)家預(yù)測(cè)，2100 年全球變暖加劇，地表將有1/3 的面積變?yōu)樯衬?，那時(shí)，干旱將威脅全球一半的大陸人類的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。</p><p>　　眾多跡象表明，水資源的短缺無(wú)疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國(guó)越來(lái)越重視水處理和水的再利用，通過(guò)各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，并且污水處理過(guò)程中，經(jīng)

21、過(guò)厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的[2]。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外生活污水處理情況</p><p>　　1.2.1 國(guó)外生活污水處理情況 </p><p>　　國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本、西歐等國(guó)，由于這些國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，并較早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。這些國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展較早而且較快，環(huán)

22、境問(wèn)題特別是水資源污染的嚴(yán)重性也較早的體現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)也得到了這些國(guó)家政府的重視，投入了大量的人力、物力進(jìn)行水處理的研究。這些國(guó)家先后投資研究高效型、智能型污水處理設(shè)備和自動(dòng)化控制儀表。一些國(guó)家經(jīng)過(guò)幾十年的努力，污水處理率已經(jīng)達(dá)到了80%~90%，成功的解決了來(lái)自城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問(wèn)題。同時(shí)一些國(guó)家開(kāi)始重視污水的回用，如以色列的污水會(huì)用率達(dá)到了90%。</p><p>　　用于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技

23、術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。同時(shí)國(guó)外較早的將SCADA技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。國(guó)外同時(shí)注重水處理中PLC的開(kāi)發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列；同時(shí)國(guó)外也很重視在線儀表的研制，如德國(guó)E+H公司，美國(guó)的哈希公司相繼研制了溶解氧DO、化學(xué)需COD

24、分析儀[3]。</p><p>　　國(guó)外污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下一個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　(1)采用集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS。按照廠區(qū)的自身情況和工藝段來(lái)劃分若干個(gè)控制站，站與站之間可以平級(jí)關(guān)系也可以使上下級(jí)關(guān)系，站與站之間一般獨(dú)立運(yùn)行。設(shè)立中控室，中控室有操作員站和工程師站，負(fù)賁全廠的數(shù)據(jù)管理與記錄、報(bào)表等工作。</p><p>　　(

25、2)大量采用在線監(jiān)測(cè)的水質(zhì)分析儀表，對(duì)全廠的水質(zhì)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并由上位機(jī)記錄下來(lái)，提高了測(cè)量精度。</p><p>　　(3)生產(chǎn)過(guò)程中不同程度上采用了智能控制．可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動(dòng)的調(diào)整相應(yīng)的控制方式。</p><p>　　(4)大量采用遙測(cè)、遙控設(shè)備；并開(kāi)始有效地利用社會(huì)信息資源，如電話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。</p><p>　　1

26、.2.2 國(guó)內(nèi)生活污水處理發(fā)展現(xiàn)況</p><p>　　解放初期由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步，當(dāng)時(shí)的污水污染程度很低，且提倡利用污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣，如著名的沈軌灌渠等，全國(guó)僅有幾個(gè)城市建設(shè)了近十座污水處理廠(還包括1921～1926年間外國(guó)人興建3座污水處理廠)，在處理工藝有的還是一級(jí)處理，處理的規(guī)模也很小，每天只有幾千立方米，最大的也只有每天5萬(wàn)立方米左右，致使污水處理

27、技術(shù)和管理水平處于較落后的狀態(tài)。</p><p>　　我國(guó)第一座大型城市污水處理廠一一天津市紀(jì)莊子污水處理廠于1982年破土動(dòng)工，1984年4月28日竣工投產(chǎn)運(yùn)行，處理規(guī)模為26月立方米/天。紀(jì)莊子污水處理廠投產(chǎn)運(yùn)行后多年來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使黑臭的污水變?yōu)榍辶?，它的誕生填補(bǔ)了我國(guó)大型污水處理廠建設(shè)的空白。在此成功經(jīng)驗(yàn)的帶動(dòng)下，北京、上海、廣東、廣硒、陜西、山西、河北、江蘇、浙江、湖北、湖南等省市根據(jù)各自的具

28、體情況分別建設(shè)了不同規(guī)模的污水處理廠。</p><p>　　與國(guó)外相比，我國(guó)污水處理自動(dòng)化控制起步較晚，七十年代開(kāi)始采用熱工儀表，實(shí)行集中巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國(guó)際貸款的大型污水處理廠的建成投產(chǎn)，我國(guó)污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了很大提高。從國(guó)外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測(cè)儀表，各種新工藝、新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用

29、。可以說(shuō)我國(guó)污水處理自動(dòng)化的現(xiàn)狀是：“手動(dòng)與自動(dòng)皆各，自制和引用并舉”可以看出我國(guó)的污水處理廠自控系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)對(duì)于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動(dòng)與自動(dòng)并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水廠自動(dòng)化程度仍然很低，仍采用人工巡檢的方式。</p><p>　　(2)國(guó)產(chǎn)在線儀表的穩(wěn)定性還沒(méi)有達(dá)到要求，所以大部分采用進(jìn)口的在線儀表，但是由于進(jìn)口儀表價(jià)

30、格昂貴，所以應(yīng)用并不是很廣泛。水質(zhì)的檢測(cè)主要是有實(shí)驗(yàn)室人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量。</p><p>　　(3)各個(gè)控制站之間完全獨(dú)立，無(wú)沒(méi)有信息的交換。并且各個(gè)控制單元由于其內(nèi)部資源的限制，只是實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的時(shí)間控制和邏輯控制。</p><p>　　(4)上位機(jī)監(jiān)控軟件很少使用，幾乎沒(méi)有中控室，不能對(duì)全廠的設(shè)備實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而一些報(bào)表的工作也主要是由廠里的工作人員手工完成。通過(guò)對(duì)比，不難看出：整體上

31、和國(guó)外相比我國(guó)污水廠的自控系統(tǒng)仍然存在很大的差距，但是我國(guó)的應(yīng)用前景卻非常廣泛、潛力很大[4]。</p><p>　　1.3 課題研究的目的意義</p><p>　　污水是造成環(huán)境污染的重要因素之一，也是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展必須解決的問(wèn)題之一。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人口的增加，自然環(huán)境普遍性地惡化，水污染問(wèn)題己經(jīng)引起了各個(gè)國(guó)家的廣泛關(guān)注，成為了人類共同的研究課題。</p><p&

32、gt;　　污水處理是一項(xiàng)緊迫性的任務(wù)，它可以避免環(huán)境惡化和更大的經(jīng)濟(jì)與資源損失。它既是防止水資源污染的重要手段，又可開(kāi)發(fā)新的水源，有著事半功倍的效果，而且污水處理的持續(xù)發(fā)展是保證水資源長(zhǎng)期不受污染和水資源持續(xù)再生的重要保證。因此，發(fā)展污水處理產(chǎn)業(yè)具有重要的社會(huì)意義。</p><p>　　未來(lái)幾年，我國(guó)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)投資將超過(guò)2500億元，提出了至2015年要求設(shè)置污水處理率不低于60%目標(biāo)。因此，為了可持續(xù)

33、發(fā)展，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)污水處理事業(yè)將是一項(xiàng)重點(diǎn)關(guān)注課題。采用先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢(shì)下，利用PLC 及組態(tài)軟件對(duì)生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)行控制，無(wú)疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。</p><p>　　1.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題以實(shí)際課題為

34、背景展開(kāi)工作，主要完成了生活污水處理的PLC自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行的工作如下：</p><p>　　第1章討論了本課題的研究背景、國(guó)內(nèi)外在這方面的發(fā)展?fàn)顩r、指明了本課題所要做的工作：設(shè)計(jì)生活污水處理控制系統(tǒng)。</p><p>　　第2章分為三個(gè)部分：第一部分分析了處理對(duì)象生活污水的成分，生物性質(zhì)及指標(biāo)以及污水處理后最終的去向。第二部分介紹了主要研究對(duì)象可編程控制器PLC內(nèi)部的構(gòu)成及工作原理

35、。最后從版本、功能兩個(gè)部分介紹了編程軟件STEP 7。</p><p>　　第3章先對(duì)污水凈化的實(shí)現(xiàn)方法的整體過(guò)程做了介紹，說(shuō)明了污水凈化主要的設(shè)備格柵間、沉淀池、投藥池。然后敘述了控制回路的實(shí)現(xiàn)，并做出詳細(xì)的說(shuō)明。最后根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行了硬件組態(tài) 。</p><p>　　第4章主要對(duì)生活污水處理子模塊的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹，分別介紹了格柵間、沉淀池、投藥池。每個(gè)子模塊都詳細(xì)說(shuō)明了其構(gòu)成

36、原理、工作過(guò)程、設(shè)計(jì)思想、畫(huà)出工作流程圖，統(tǒng)計(jì)了輸入/輸出口分配。</p><p>　　第5章講述了污水處理系統(tǒng)的編程仿真，從本次設(shè)計(jì)主要使用到的軟件Step-7編程環(huán)境開(kāi)始介紹，然后介紹了污水系統(tǒng)中主要的程序，最后說(shuō)明了主要的仿真結(jié)果。</p><p>　　第2章 污水處理系統(tǒng)及PLC介紹</p><p>　　2.1 污水處理概述 </p><

37、p>　　在人們的生產(chǎn)和生活活動(dòng)中，每天都在使用和接觸著水。在這一過(guò)程中，水受到人類活動(dòng)的影響，其物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，就變成了污染過(guò)的水，簡(jiǎn)稱為污水。</p><p>　　2.1.1 污水的組成</p><p>　　生活污水的組成它是人們?cè)谌粘Ｉ钪惺褂眠^(guò)的，并被生活廢料所污染過(guò)的水，包括廚房和衛(wèi)生間用水。成分：含有泥沙、油脂、皂液、果核、紙屑、食物屑、病菌、糞尿和雜物等，其中無(wú)機(jī)

38、物占 40%，有機(jī)物占60%，與工業(yè)廢水相比，污染物濃度較低。</p><p>　　2.1.2 污水的生物性質(zhì)及指標(biāo)</p><p>　　污水中的有機(jī)物是微生物的食物，污水中的微生物以細(xì)菌與病菌為主。污水生物性質(zhì)的檢測(cè)指標(biāo)有大腸菌群數(shù)(或稱大腸菌群值)、大腸菌群指數(shù)、病毒及細(xì)菌總數(shù)。</p><p>　　(1)大腸菌群數(shù)(大腸菌群值)與大腸菌群指數(shù) 大腸菌群數(shù)(大腸

39、菌群值)是每升水樣中所含有的大腸菌群的數(shù)目，以個(gè)/L 計(jì);大腸菌與病原菌都存在于人類腸道系統(tǒng)中，水中存在大腸菌，就表明受到了糞便的污染，并可能存在病原菌。</p><p>　　(2)病毒 污水中已檢查出的病毒有100多種。檢出大腸菌群，可以表明腸道病原菌的存在，但不能表明是否存在病毒及其他病原菌(如炭疽桿菌)。細(xì)菌總數(shù)是大腸菌群數(shù)、病原菌、病毒及其他細(xì)菌的總和，以每毫升水樣中的細(xì)菌菌落總數(shù)表示[5]。</p

40、><p>　　2.1.3 污水的出路</p><p>　　污水經(jīng)凈化處理后，最終出路有：</p><p>　　(1)排放水體 是污水的自然歸宿。從河里取用的水，回到河里是很自然的，作為水體的補(bǔ)給水。但污水排入水體應(yīng)以不破壞該水體的原有功能為前</p><p>　　提。在具體操作時(shí)，應(yīng)以排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制。這是最常用的一種污水出路，同時(shí)也是造成水體污染

41、的原因之一。</p><p>　　(2)灌溉田地 但必須符合灌溉的有關(guān)規(guī)定。如化肥廠水含Ｎ、Ｐ高，在廠內(nèi)處理后，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)可進(jìn)行灌溉。</p><p>　　(3)重復(fù)使用 城市生活用水如沖洗廁所等和市政用水如城市綠地灌溉、灑澆道路、消防用水、建筑用水和城市景觀用水等[6]。</p><p>　　2.2 可編程邏輯控制器PLC介紹</p><p&

42、gt;　　在生活污水處理系統(tǒng)中，由于運(yùn)行大部分是單向運(yùn)行，采用開(kāi)關(guān)量和模擬量控制，而可編程控制器(PLC)，針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如交流或直流、開(kāi)關(guān)量或模擬量、電壓或電流等，有相應(yīng)的I/O 模塊與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、傳感器和控制閥等直接連接。為了提高操作性能，PLC還有多種人－機(jī)對(duì)話的接口模塊。因此下面對(duì)PLC 進(jìn)行一個(gè)介紹。</p><p>　　PLC的基本結(jié)構(gòu) 編程序控制器是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的，其基本

43、結(jié)構(gòu)與典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)相同，主要由電源、中央處理器單元(CPU)模塊、I/O 模塊、編程器等部分組成。</p><p>　　(1)CPU 模塊的功能 CPU模塊是PLC的核心，由中央處理器單元(CPU)和存儲(chǔ)器組成，主要完成以下功能：</p><p>　　接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)；</p><p>　　診斷電源及P

44、LC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤；執(zhí)行用戶程序；根據(jù)程序運(yùn)行結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。</p><p>　　(2)CPU 模塊中的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。</p><p>　　RAM是易失性存儲(chǔ)器，電源掉電后，其中存儲(chǔ)的信息將丟失，工作時(shí)，用戶可以寫入，也可

45、以讀出其中的數(shù)據(jù)。ROM是非易失性存儲(chǔ)器，它的電源掉電后，其中存儲(chǔ)的信息仍將保留，但其內(nèi)容只能讀出，不能寫入，因此稱為只讀存儲(chǔ)器。PLC的程序可分為系統(tǒng)程序和用戶程序，系統(tǒng)程序相當(dāng)于PC中的操作系統(tǒng)，包括監(jiān)視程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。用戶程序即由用戶設(shè)計(jì)，使PLC完成用戶特定的要求的程序。相應(yīng)地，PLC中的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　在PLC中通

46、常使用RAM存儲(chǔ)用戶程序,RAM工作速度快,價(jià)格便宜，同時(shí)在PLC中配有鋰電池,當(dāng)外部電源斷電時(shí),可用于保存RAM中的信息。PLC的系統(tǒng)程序通常存放在ROM中,另外,PLC中的存儲(chǔ)器還有可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)和電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM),這兩種只讀存儲(chǔ)器兼有ROM的非易失性和RAM的可讀可寫的優(yōu)點(diǎn),可以用編程裝置對(duì)其編程，如果不再需要存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，可將其擦除，重新寫入新的程序，在PLC中通常使用它們來(lái)存儲(chǔ)用戶

47、程序和需要長(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)[7]。</p><p>　　2.3 PLC在電器控制中的應(yīng)用</p><p>　　PLC是先進(jìn)工業(yè)化國(guó)家通用的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大技術(shù)支柱(PLC,CAD/CAM,ROBOT)之一。目前PLC在國(guó)內(nèi)已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保以及文化娛

48、樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域，使用情況大致有：開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、模擬量的控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理以及通信和聯(lián)網(wǎng)等。</p><p>　　可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物

49、，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。PLC控用制改造其繼電器控制電路, 可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小，降低了設(shè)備故障率, 提高了設(shè)備使用效率, 運(yùn)行效果良好。隨著我國(guó)電力體制改革的深化，電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，降低資源損耗和提高管理效益成為各發(fā)電企業(yè)的迫切需求。為此，對(duì)火電廠輔助車間自動(dòng)控制水平提出了更高的要求。經(jīng)過(guò)科技人員的不斷引進(jìn)、開(kāi)發(fā)、研究, 我國(guó)大

50、型火電站的輔助系統(tǒng)(輸煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循環(huán)水泵房等)已由繼電器控制過(guò)渡到完全由PLC監(jiān)控。</p><p>　　PLC是一種專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，一般而言，無(wú)須任何保護(hù)措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行。要提高PLC控制

51、系統(tǒng)可靠性，一方面生產(chǎn)廠家要提高 PLC 的抗干擾能力；另一方面，要在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合，減少及消除干擾對(duì) PLC 的影響。在新的時(shí)代，PLC 會(huì)有更大的發(fā)展，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，通過(guò)完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備、成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需 ，PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在我國(guó)發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用[8]。</p&g

52、t;<p>　　2.4軟件STEP 7簡(jiǎn)介</p><p>　　STEP7是一種用于對(duì)SIMATIC可編程邏輯控制器進(jìn)行組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包有下列各種版本：STEP7 Micro/DOS和STEP7 Micro/

53、Win，用于SIMATIC S7．200上的簡(jiǎn)化版單機(jī)應(yīng)用程序。STEP7，應(yīng)用在S1MATIC S7—300/S7—400、SIMATIC M700/M700以及SIMATIC C7上，STEP7 V5 4 SP4是當(dāng)前STEP7編程軟件的晟高版本[9]。</p><p>　　STEP7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。在STEP7中，用項(xiàng)11來(lái)管理

54、一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、c7和WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP7各種功能所需的S1MATIC軟件工具都集成在STEP7中。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章的開(kāi)篇介紹了處理對(duì)象生活污水，具體講述了生活污水的組成，測(cè)試主要的指標(biāo)

55、，以及最終的出路。然后介紹了實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的核心器件PLC(可編程邏輯控制器)，粗略的介紹了它的組成，現(xiàn)在PLC應(yīng)用情況。最后從版本、功能兩個(gè)部分介紹了編程軟件STEP 7。</p><p>　　第3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 污水處理系統(tǒng)總體工藝流程及框圖設(shè)計(jì) </p><p>　　3.1.1 污水處理主要設(shè)備介紹</p><p

56、>　　生活污水處理整個(gè)過(guò)程主要分別有格柵間、沉淀池、液體混合池。</p><p>　　(1)格柵除污機(jī)用于濾出污水中較大的廢棄物，例如木棒、大塑料袋等。主要由傳動(dòng)裝置、除污耙、滑板、卸渣裝置、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。工作時(shí)，由減速機(jī)帶動(dòng)卷筒正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鋼絲繩帶動(dòng)除污耙上升和下降。當(dāng)除污耙下降到下限位時(shí)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將除污耙閉合，使耙齒緊貼滑板把污水中較大的污物撈起，然后齒耙提渣上升。</p><

57、;p>　　(2)沉砂池的功能是去除比重較大的無(wú)機(jī)顆粒(如泥砂，煤渣等，他們的相對(duì)密度約為2.65。沉砂池一般設(shè)于泵站、倒虹管前，以減輕無(wú)機(jī)顆粒對(duì)水泵、管道的磨損；也可設(shè)于初次沉淀池前，以減輕沉淀池負(fù)荷及改善污泥處理構(gòu)筑物的處理?xiàng)l件。其處理效果將直接影響污水處理設(shè)施的運(yùn)行壽命和維修費(fèi)用。</p><p>　　(3)液體混合機(jī)，液體的混合主要靠機(jī)械攪拌器，使待混物料受到攪動(dòng)以達(dá)到均勻混合。攪動(dòng)引起部分液體流動(dòng)，

58、流動(dòng)液體又推動(dòng)其周圍的液體,結(jié)果在溶器內(nèi)形成循環(huán)液流，由此產(chǎn)生的液體之間的擴(kuò)散稱為主體對(duì)流擴(kuò)散。當(dāng)攪動(dòng)引起的液體流動(dòng)速度很高時(shí)，在高速液流與周圍低速液流之間的界面上出現(xiàn)剪切作用，從而產(chǎn)生大量的局部性漩渦。</p><p>　　3.1.2生活污水處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　污水處理控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖 3-1。 </p><p>　　圖3-1 污水

59、處理總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。PLC具有很高的穩(wěn)定性與可靠性且抗干擾能力較強(qiáng)，很適合現(xiàn)場(chǎng)控制同時(shí)作為下位機(jī)連接污水處理設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和控制。</p><p>　　3.2 控制回路主回路電路</p><p>　　一般電氣線路中最常用的電器主要有：熔斷器、各種開(kāi)關(guān)、斷路器、交直流接觸器、各種按鈕、指示燈、各種

60、繼電器，這些電器的特點(diǎn)就是用觸電去接通和斷開(kāi)電氣線路，從而控制電機(jī)或電器的工作的狀態(tài)。并根據(jù)設(shè)備的負(fù)載來(lái)選擇元件的容量。</p><p>　　3.2.1 正反轉(zhuǎn)控制原理圖</p><p>　　污水處理的第一個(gè)階段是污水進(jìn)入格柵間進(jìn)行處理，打碎大的雜物。格柵間除污耙的上升、下降，是由對(duì)電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)的。上升、下降需要電機(jī)正傳、反轉(zhuǎn)。 </p><p>　　圖3-2 電

61、機(jī)正反轉(zhuǎn)控制回路</p><p>　　閘閥設(shè)計(jì)要求：電源指示；手動(dòng)打開(kāi)與關(guān)閉；自動(dòng)打開(kāi)與關(guān)閉。在閘閥電機(jī)的主結(jié)線圖中，通過(guò)兩個(gè)接觸器lKM與2KM來(lái)控制閘閥電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)；</p><p>　　控制電路原理圖：見(jiàn)圖 3-2?？刂齐娐分?，1HR做為電源指示，1SF為閘閥門打開(kāi)(電機(jī)正轉(zhuǎn))按鈕，2SF為閘閥門關(guān)閉(電機(jī)反轉(zhuǎn))按鈕；手動(dòng)自動(dòng)選擇由具有兩個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)與兩個(gè)常閉觸點(diǎn)的主令開(kāi)關(guān)SAK來(lái)

62、實(shí)現(xiàn)；為了防止打開(kāi)關(guān)閉兩種情況同時(shí)出現(xiàn)，造成短路的后果，用兩個(gè)接觸器的常閉觸點(diǎn)來(lái)互相限制兩個(gè)接觸器，形成任何時(shí)候，只允許一個(gè)接觸器處于吸合狀態(tài)；閘門與閥門本身提供了機(jī)械式到位限制開(kāi)關(guān)，具有常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)，例如到閥門開(kāi)到位時(shí)，開(kāi)到位限制開(kāi)關(guān)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，自動(dòng)斷開(kāi)控制電路，完成打開(kāi)控制，同時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)向PLC提供閘閥門打開(kāi)與關(guān)閉狀態(tài)。</p><p>　　3.2.2 直接啟動(dòng)控制原理圖</p><p

63、>　　液體混合裝置中為了使藥液與污水充分反應(yīng)需要用攪拌機(jī)攪拌，攪拌機(jī)的電機(jī)控制不需要電機(jī)正反轉(zhuǎn)，使用直接控制回路。</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：電機(jī)電源指示；電機(jī)自動(dòng)控制與手動(dòng)控制兩種方式；電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示；電機(jī)過(guò)載、故障自動(dòng)停機(jī)?？刂苹芈穲D見(jiàn)圖3-3</p><p>　　3-3 直接啟動(dòng)控制回路</p><p>　　控制回路：主令開(kāi)關(guān)SAK 主令開(kāi)關(guān)主要用

64、于本地控制與PLC遠(yuǎn)程控制之間的切換。主令開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)本地控制和遠(yuǎn)程PLC控制間的轉(zhuǎn)換。由控制原理圖可以看出，當(dāng)L和N之間加上220V的電壓時(shí)，紅色電源指示燈1HR亮，作為控制的電源指示。控制分為電控柜就地控制和PLC遠(yuǎn)程控制，主要通過(guò)主令開(kāi)關(guān)SAK來(lái)選擇，當(dāng)主令開(kāi)關(guān)選擇①②時(shí)(電控柜就地控制)．按動(dòng)起動(dòng)按鈕1SF，由于停機(jī)按鈕lSS和熱繼電器1KH為常閉狀態(tài)，電路導(dǎo)通，交流接觸器1KM通電動(dòng)作(吸合)，1KM的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)也動(dòng)作(變?yōu)閷?dǎo)通

65、狀態(tài)，即電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài))，同時(shí)電機(jī)運(yùn)行指示燈1HG變亮。此時(shí)，松開(kāi)起動(dòng)按鈕1SF，由于1KM的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合將1SF短接，所以交流接觸器1KM保持通電狀態(tài)，其的主觸頭導(dǎo)通，電機(jī)起動(dòng)。停機(jī)時(shí)，按動(dòng)停機(jī)按鈕1SS，由于1SS為一常閉按鈕，所以按動(dòng)時(shí)變?yōu)閿嚅_(kāi)狀態(tài)，下面的交流接觸器便停止供電，自動(dòng)斷開(kāi)，其常開(kāi)觸點(diǎn)也為斷開(kāi)狀態(tài)，電機(jī)停止運(yùn)行，運(yùn)行指示燈1HG滅。帶有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等，短路保護(hù)由FU熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。</p>

66、<p>　　如果電機(jī)運(yùn)行在過(guò)載狀態(tài)下，當(dāng)達(dá)到一定時(shí)間時(shí)，熱繼電器1KH動(dòng)作，交流接觸器1KM由于斷開(kāi)電源斷開(kāi)，電機(jī)停止，并且無(wú)法自動(dòng)起動(dòng)。</p><p><b>　　3.2.3 主回路</b></p><p>　　斷路器lQF：斷路器(曾稱自動(dòng)開(kāi)關(guān))在電路中主要起到短路和過(guò)載保護(hù)作用，還可有欠電壓保護(hù)和遠(yuǎn)距離分?jǐn)嚯娫吹裙δ?，也可以直接操作不頻繁起動(dòng)電動(dòng)機(jī)

67、和電路轉(zhuǎn)換作用。</p><p>　　3-4 直接啟動(dòng)主回路圖 3-5 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制回路</p><p>　　一般情況下，斷路器閉合，只有當(dāng)電機(jī)發(fā)生短路或者過(guò)載時(shí)，短路其動(dòng)作，斷開(kāi)線路，停止電機(jī)，起到保護(hù)作用。</p><p>　　交流接觸器1KM：接觸器主要控制對(duì)象為電動(dòng)機(jī)，也可用來(lái)控制其他電力負(fù)載。交流接觸器的觸頭有主觸

68、頭和輔助觸頭，觸頭有分為常開(kāi)觸頭和常閉觸頭，當(dāng)交流接觸器線圈動(dòng)作時(shí)，常開(kāi)觸頭閉合、常閉觸頭斷開(kāi)。對(duì)電機(jī)的控制主要通過(guò)對(duì)交流接觸器線圈的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　熱繼電器FR：電機(jī)過(guò)載時(shí)，電流變大，熱繼電器1KH動(dòng)作，切斷電路，實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)作用。</p><p>　　1FU熔斷器: 帶有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等，短路保護(hù)由FU熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。</p><p>

69、;　　主回路圖見(jiàn)3-4，3-5。</p><p>　　3.3 污水處理系統(tǒng)的總體流程圖</p><p>　　每個(gè)反應(yīng)池在工作前可以手動(dòng)/自動(dòng)，如選擇手動(dòng)退出PLC控制系統(tǒng)由工作人員自行操作，選擇自動(dòng)則啟動(dòng)PLC控制系統(tǒng)開(kāi)始工作， 首先打開(kāi)格柵間進(jìn)水電磁閥，使污水流入格柵間反應(yīng)池，并等待污水液位上升至規(guī)定液位，觸發(fā)液位傳感器，產(chǎn)生信號(hào)關(guān)閉電磁閥A。污水在格柵間反應(yīng)結(jié)束后打開(kāi)B閥，污水流向沉淀

70、池。格柵間水位低至最低水位，觸發(fā)液位傳感器關(guān)閉電磁閥B。沉淀池開(kāi)始工作，工作結(jié)束后打開(kāi)水閥C，污水流向液體混合裝置工作。沉淀池水位低于最低液位觸發(fā)液位傳感器產(chǎn)生信號(hào)，水閥C關(guān)閉，液體混合裝置運(yùn)行到結(jié)束。污水處理總體流程圖見(jiàn)圖3-6。</p><p><b>　　3.4 硬件組態(tài)</b></p><p>　　(1)PLC的選擇 由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，

71、生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣環(huán)境下可靠的工作。</p><p>　　(2) I/O模塊的選擇 PLC容量包括兩個(gè)方面，一是I/O的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲(chǔ)器的容量。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以作備用。本次設(shè)計(jì)選用西門子S7-300系列PLC，CPU314有24KB的工作內(nèi)存，0.3ms/1000條指適合本次設(shè)計(jì)工作量。不自帶輸入、輸出，需要使用外接輸入、輸出口。</p><

72、;p>　　圖3-6 污水處理整體流程圖</p><p>　　PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò) 通過(guò)I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被

73、控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)控制器又通過(guò)I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC的CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離。為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要

74、，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。</p><p>　　PLC輸入模塊用來(lái)接收，生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)參數(shù)。(啟動(dòng) 停止 用輸入)；送出可編程控制器運(yùn)算后得到的信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類控制。(執(zhí)行結(jié)果用輸出)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)一共有19個(gè)輸入量，13個(gè)輸出量，為了使

75、輸入、輸出模塊有冗余，選擇32口輸入，2個(gè)8口輸出。輸入選用直流，24V工作電壓SM 321型外接輸入口。輸出選用外圍供電，工作電壓型號(hào)SM 322外接輸出口。輸入、輸出的具體分配情況見(jiàn)第三章。</p><p>　　(3)電源模塊的選擇 電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。硬件組態(tài)圖見(jiàn)3-7。</p><p>

76、<b>　　3-7 硬件組態(tài)</b></p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要分三個(gè)部分，第一部分介紹生活污水處理的大體過(guò)程：先利用格柵機(jī)將雜物打碎，在通過(guò)沉淀池去除固體雜物，最后利用投藥池是污水徹底凈化。并且畫(huà)出工藝流程圖、整體流程圖。第二部分對(duì)控制回路、主回路做了詳細(xì)的說(shuō)明。最后通過(guò)本次設(shè)計(jì)的要求對(duì)使

77、用的器件進(jìn)行了硬件組態(tài)。</p><p>　　第4章 污水處理子模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 格柵機(jī)控制</b></p><p>　　(1) 格柵除污機(jī)的基本構(gòu)成 格柵機(jī)是一種可連續(xù)清除流體中雜物的固液分離設(shè)備，是城市污水處理、自來(lái)水廠、電廠進(jìn)水口、紡織等生產(chǎn)工藝中不可缺少的專用設(shè)備，是目前國(guó)內(nèi)普遍采用的固液篩分設(shè)備。</

78、p><p>　　設(shè)備有自動(dòng)化程度高，分離效率高。耐高溫，耐腐蝕性能好，可按需要配置各種柵隙等優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　(2)格柵除污機(jī)的設(shè)計(jì)思想 格柵除污機(jī)主要由傳動(dòng)裝置、除污耙、滑板、卸渣裝置、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。工作時(shí)，由減速機(jī)帶動(dòng)卷筒正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鋼絲繩帶動(dòng)除污耙上升和下降。當(dāng)除污耙下降到下限位時(shí)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將除污耙閉合，使耙齒緊貼滑板把污水中較大的污物撈起，然后齒耙提渣上升。在上升過(guò)程中

79、，在適當(dāng)位置給予暫停(延時(shí))，以提供充足的瀝水時(shí)間。除污耙上升到上限位后，“翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)把除污耙開(kāi)啟”，卸渣裝置將除污耙所撈污物放下。即除污機(jī)的工作為：渣耙下降一渣耙閉合一渣耙上升(適當(dāng)位置暫停)一排渣一渣耙開(kāi)啟。具體工作時(shí)，首先啟動(dòng)升降電機(jī)拖動(dòng)除污耙下降到下極限位然后啟動(dòng)翻轉(zhuǎn)電機(jī)使除污耙閉合；閉合到位后給0.1秒延遲，升降電機(jī)拖動(dòng)除污耙上升；耙上升到距離底部1．5米處時(shí)，使除污耙暫停l5秒；瀝干污水后，除污耙繼續(xù)上升到上限位排渣；渣耙下降

80、到初始位置，一個(gè)循環(huán)結(jié)束。</p><p>　　(3) 格柵間流程圖 按自動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB1，粗格柵除污機(jī)通過(guò)可編程控制器自動(dòng)運(yùn)行。KM1吸合渣耙下降；當(dāng)渣耙下降到下限位(污水池底部)時(shí)，渣耙下降極限限位傳感器檢測(cè)到信號(hào)，渣耙下降停止；格柵除污機(jī)PLC控制原理圖時(shí)后延時(shí)0.1s，KM4吸合，渣耙閉合；渣耙閉合使渣耙閉合限位傳感器檢測(cè)到信號(hào)，KM4失電，渣耙閉合結(jié)束。KM2吸合，渣耙上升至渣耙上升限位，渣耙上限位傳感

81、器檢測(cè)到信號(hào)，KM2失電，渣耙上升結(jié)束；延時(shí)0.1s后KM3吸合渣耙開(kāi)啟，直到開(kāi)啟限位傳感器檢測(cè)信號(hào)，KM3失電，渣耙開(kāi)啟結(jié)束。延時(shí)0.1s后KM1重新吸合，渣耙運(yùn)行結(jié)束。特別說(shuō)明的是格柵除污機(jī)PLC控制僅是污水處理廠智能化的一個(gè)組成部分。</p><p>　　圖4-1 格柵機(jī)流程圖</p><p>　　PLC控制柜具有手動(dòng)、自動(dòng)兩檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，自動(dòng)方式時(shí)PLC自動(dòng)控制格柵除污機(jī)。手動(dòng)方式時(shí)

82、，PLC不再控制設(shè)備，主要用于設(shè)備檢修時(shí)。</p><p>　　格柵間的流程圖見(jiàn)圖4-1</p><p>　　(4)格柵間輸入/輸出設(shè)備分析 在準(zhǔn)備好硬件后，對(duì)PLC與輸入/輸出設(shè)備之間的連接信號(hào)的進(jìn)行設(shè)置，I/O口的分配情況見(jiàn)表4-1。</p><p>　　表4-1 格柵機(jī)I/O口分配</p><p><b>　　4.2 沉淀池控

83、制</b></p><p>　　(1)沉淀池的基本構(gòu)成與原理 沉淀池一般是在生化前或生化后泥水分離的構(gòu)筑物，多為分離顆粒較細(xì)的污泥。在生化之前的稱為初沉池，沉淀的污泥無(wú)機(jī)稱為較多，污泥含水率相對(duì)于二沉池污泥低些。位于生化之后的沉淀池一般稱為二沉池，多為有機(jī)污泥，污泥含水率較高。</p><p>　　為避免短流，一是在設(shè)計(jì)中盡量采取一些措施(如采用沉淀池加蓋或設(shè)置隔墻，以降低池水

84、受風(fēng)力和光照升溫的影響)；二是加強(qiáng)運(yùn)行管理，在沉淀池投產(chǎn)前應(yīng)嚴(yán)格檢查出水堰是否平直，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，要及時(shí)修理。在運(yùn)行中，浮渣可能堵塞部分拍泥口，致使拍泥不順暢，操作人員應(yīng)及時(shí)清理拍泥口上的浮渣以保證出流均勻，減少短流。</p><p>　　(2)沉淀池的設(shè)計(jì)思想 工作時(shí)先打開(kāi)進(jìn)水閥B(格柵機(jī)出水閥),等到水位到達(dá)規(guī)定液位時(shí)，液位傳感器檢測(cè)到信號(hào)，關(guān)閉水閥B停止進(jìn)水。水池靜至30min等待雜物沉淀至池底后打開(kāi)出水閥D排

85、水，排水至中液位傳感器檢測(cè)信號(hào)，D閥停止排水。開(kāi)啟拍泥閥C，導(dǎo)出泥水。</p><p>　　(3)沉淀池的流程圖 沉淀池流程圖見(jiàn)圖4-2</p><p>　　圖4-2 沉淀池流程圖</p><p>　　(4)沉淀池輸入/輸出設(shè)備分析 在準(zhǔn)備好硬件后，對(duì)PLC與輸入/輸出設(shè)備之間的連接信號(hào)的進(jìn)行設(shè)置，I/O口的分配情況見(jiàn)表4-2</p><p>

86、;　　表4-2 沉淀池I/O口分配</p><p><b>　　4.3 投藥池控制</b></p><p>　　(1)液體混合裝置工作過(guò)程 投藥池主要是由液體混合裝置完成。液體混合裝置是一種將需要藥物按一定比例投入污水再通過(guò)傳感器控制液體的混合比例最后對(duì)混合液體進(jìn)行攪拌，使藥物污水充分反應(yīng)達(dá)到凈化污水的效果。</p><p>　　表4-3 液體

87、混合裝置輸入口分配</p><p>　　(2)設(shè)計(jì)思想 按下啟動(dòng)按鈕SB5，液體裝置開(kāi)始按以下順序工作：</p><p>　　進(jìn)液閥D打開(kāi)，待處理的污水流入容器，液位上升。當(dāng)液位上升到中液位處時(shí)，進(jìn)液閥D關(guān)閉，待處理污水停止流入，打開(kāi)進(jìn)藥液閥E，藥液A開(kāi)始流入容器。</p><p>　　液位上升到高液位處，進(jìn)液閥E關(guān)閉，藥液A停止流入，同時(shí)攪拌電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作。當(dāng)攪拌

88、電機(jī)定時(shí)攪拌10S后制動(dòng)停止攪拌。</p><p>　　F閥打開(kāi)，開(kāi)始放液，液位開(kāi)始下降。當(dāng)液位下降到低液位處時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)10秒后關(guān)閉放液閥F。</p><p>　　(3)投藥池(液體混合裝置)流程圖 投藥池(液體混合裝置)流程圖見(jiàn)4-3</p><p>　　(4)投藥池(液體混合裝置)輸入/輸出設(shè)備分析 在準(zhǔn)備好硬件后，對(duì)PLC與輸入/輸出設(shè)備之間的連接信號(hào)的進(jìn)行

89、設(shè)置</p><p>　　I/O口的輸入分配情況見(jiàn)表4-3。</p><p>　　圖4-3 投藥池流程圖</p><p><b>　　4.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對(duì)生活污水處理子模塊的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹，分別介紹了格柵間、沉淀池、投藥池。每個(gè)子模塊都詳細(xì)說(shuō)明了其構(gòu)成原理、工作過(guò)程、設(shè)計(jì)思想、畫(huà)出

90、工作流程圖，統(tǒng)計(jì)了輸入/輸出口分配。</p><p>　　第5章 污水處理系統(tǒng)編程及仿真</p><p>　　5.1 SETP-7編譯環(huán)境</p><p>　　5.1.1 梯形圖特點(diǎn)</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制

91、圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。</p><p>　　(2)梯形圖中接點(diǎn)(觸點(diǎn))只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。</p><p>　　(3)梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。</p><p>　　(4)內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存

92、器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。</p><p>　　(5) PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。功能左邊畫(huà)輸入、右邊畫(huà)輸出。</p><p>　　5.1.2 Step-7編譯環(huán)境</p><p>　　在電腦安裝Step-7后出現(xiàn)SIMATIC

93、 Manager、Automation License Manager、S7-PLCSIM Simulating Modules圖標(biāo)，首先雙擊SIMATIC Manager圖標(biāo)，進(jìn)入Step-7新建項(xiàng)目向?qū)А?lt;/p><p>　　圖5-1 進(jìn)入編程界面</p><p>　　在新建向?qū)е羞x擇CPU型號(hào)，本次設(shè)計(jì)不使用內(nèi)部插口所以選用型號(hào)為CPU 314。單擊下一步模塊選擇，模塊選擇后創(chuàng)建項(xiàng)目

94、名，名稱必須用英文數(shù)字命名。單擊完成后項(xiàng)目模塊創(chuàng)建成功后進(jìn)入界面如圖5-1。</p><p>　　單擊SIMATIC300，雙擊硬件，進(jìn)行硬件組態(tài)，操作完畢需要保存，并且單擊“下載到模塊”選項(xiàng)。第三章已經(jīng)對(duì)硬件組態(tài)進(jìn)行詳細(xì)描述，這里不再重復(fù)。</p><p>　　圖5-2 輸入/輸出口分配</p><p>　　單擊S7 程序（1）后雙擊符號(hào)進(jìn)入輸入/輸出口分配界面，

95、輸入I/O口分配情況，操作完畢后保存，單擊“保存到模塊”使I/O口分配與編程界面連接，見(jiàn)圖5-2。</p><p><b>　　5.2 部分程序</b></p><p>　　在進(jìn)行了硬件組態(tài)，I/O口的分配工作后對(duì)每一步分別保存?；氐綀D5-1界面后，雙擊“塊”進(jìn)入編程界面。下面講述污水處理系統(tǒng)中的主要程序。</p><p>　　(1)啟動(dòng)程序

96、每一個(gè)反應(yīng)池在開(kāi)始工作之前需要進(jìn)行啟動(dòng)。以格柵機(jī)啟動(dòng)為例。按下SB1啟動(dòng)按鈕后，程序自鎖，松開(kāi)啟動(dòng)按鈕后保持啟動(dòng)狀態(tài)。格柵機(jī)啟動(dòng)程序見(jiàn)圖5-3。</p><p>　　圖5-3 格柵機(jī)啟動(dòng)</p><p>　　(2)格柵機(jī)除污耙開(kāi)耙 格柵間在處理雜物時(shí)涉及到除污耙的開(kāi)耙、閉耙，開(kāi)耙、閉耙程序原理類似只介紹開(kāi)耙程序。在渣耙上限位傳感器檢測(cè)出信號(hào)后回饋PLC信號(hào)I0.5，啟動(dòng)定時(shí)器T35延時(shí)0.

97、1s后輸出信號(hào)Q0.2使渣耙張開(kāi)接觸器吸合，渣耙張開(kāi)。格柵機(jī)除污耙開(kāi)耙程序見(jiàn)圖5-4。</p><p>　　圖5-4 格柵機(jī)除污耙開(kāi)耙</p><p>　　(3)格柵機(jī)除污耙上升 格柵間在處理雜物時(shí)除污耙上升、下降過(guò)程類似，因此只介紹除污耙上升時(shí)的程序。除污耙完全閉合后傳感器檢測(cè)到信號(hào)回饋信號(hào)I0.6到PLC，輸出信號(hào)渣耙上升信號(hào)Q0.1，渣耙上升接觸器KM2吸合，渣耙上升。渣耙上升程序見(jiàn)

98、圖5-5。</p><p>　　圖5-5 格柵機(jī)除污耙上升</p><p>　　(4)液體混合裝置投藥液 在污水中加入藥液使水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)是污水處理中十分重要的一個(gè)過(guò)程，主要涉及到對(duì)液體閥門的控制過(guò)程。投藥池中液位傳感器檢測(cè)到信號(hào)反饋信號(hào)I2.3回CPU，輸出打開(kāi)藥液閥E信號(hào)Q2.0。打開(kāi)E進(jìn)藥液程序見(jiàn)圖5-6。</p><p>　　圖5-6 液體混合裝置開(kāi)E閥進(jìn)藥液

99、</p><p>　　(5)啟動(dòng)攪拌機(jī) 當(dāng)污水、藥液都在液體裝置后液體到達(dá)高液位時(shí)被傳感器檢測(cè)到，并給PLC一個(gè)輸入信號(hào)I2.2。PLC輸出開(kāi)啟攪動(dòng)電動(dòng)機(jī)接信號(hào)。啟動(dòng)攪拌機(jī)程序見(jiàn)圖5-7</p><p>　　圖5-7 啟動(dòng)攪拌機(jī)</p><p><b>　　5.3 仿真結(jié)果</b></p><p>　　在Step-7輸入

100、程序后準(zhǔn)備仿真。在不關(guān)閉輸入程序界面的情況下雙擊Step-7的“S7-PLCSIM Simulating Modules”圖標(biāo)，進(jìn)入仿真界面。在編程環(huán)境中打開(kāi)硬件組態(tài)環(huán)境，單擊“保存和編譯”選項(xiàng)。打開(kāi)I/O口分配界面，單擊“保存和編譯”選項(xiàng)。在編程界面里對(duì)編譯好的程序進(jìn)行“保存和編譯”，使數(shù)據(jù)導(dǎo)入仿真環(huán)境。在仿真界面下單擊“Open Simulation”圖標(biāo)。打開(kāi)需要仿真的項(xiàng)目。</p><p>　　下面是仿真

101、的部分截圖，以及仿真說(shuō)明。</p><p>　　(1)格柵機(jī)啟動(dòng)程序仿真 給仿真系統(tǒng)一個(gè)格柵機(jī)啟動(dòng)信號(hào)I0.0,模擬實(shí)際中的按下啟動(dòng)按鈕操作,輸出信號(hào)M0.7。仿真結(jié)果見(jiàn)圖5-8。</p><p>　　圖5-8 格柵機(jī)啟動(dòng)</p><p>　　(2)除污耙開(kāi)耙 輸入渣耙上限位傳感器信號(hào)I0.5，條件除污耙啟動(dòng)信號(hào)I0.0。T35定時(shí)器延時(shí)0.1s后輸出渣耙張開(kāi)信號(hào)Q

102、0.2。</p><p>　　圖5-9 除污耙開(kāi)耙</p><p>　　(3)除污耙上升 CPU收到傳感器檢測(cè)到渣耙閉合到極限信號(hào)I0.6,輸出渣耙上升信號(hào)Q0.1。</p><p>　　。 圖5-10 除污耙上升</p><p>　　(4)在啟動(dòng)液體混合裝置的條件下給PLC中液位傳感器檢測(cè)到的信號(hào)I0

103、.3,輸出打開(kāi)藥液閥E信號(hào)Q0.0。</p><p>　　圖5-11 液體混合裝置打開(kāi)E閥進(jìn)藥液</p><p>　　(5)在啟動(dòng)液體混合裝置的情況下輸入高液位傳感器檢測(cè)信號(hào)I2.2，得到輸出啟動(dòng)攪拌機(jī)信號(hào)Q2.2。</p><p>　　圖5-12 啟動(dòng)攪拌機(jī)</p><p><b>　　5.4 本章小結(jié)</b><

104、/p><p>　　本章主要介紹了污水處理系統(tǒng)程序的編譯、仿真。首先先對(duì)編程環(huán)境Step-7進(jìn)行做了介紹，講述了軟件使用的過(guò)程。然后對(duì)本次設(shè)計(jì)的部分主要程序的實(shí)現(xiàn)做了介紹。最后講述了仿真的過(guò)程，把部分的仿真的結(jié)果做了展示。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　我國(guó)持續(xù)、快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人民生活質(zhì)量的提高對(duì)環(huán)保提出了更高的要求

105、。污水處理作為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容，在我國(guó)得以大力展。論文以此為背景，開(kāi)展對(duì)污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究，主要完成了污水處理的電氣設(shè)計(jì)、程序編譯，得出以下結(jié)論：</p><p>　　本次對(duì)污水處理控制系統(tǒng)過(guò)程包括格柵機(jī)、沉底池、投藥池。能夠完成對(duì)污水雜物的清除，并通過(guò)藥物反應(yīng)使水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　具體的設(shè)計(jì)有：</b></p>&l

106、t;p>　　(1)了解生活污水處理的過(guò)程，大體的規(guī)劃處過(guò)程，及處理結(jié)果。然后畫(huà)出生活污水的整體流程圖</p><p>　　(2)通過(guò)主流程圖畫(huà)出了主要處理污水設(shè)備的子程序流程圖。使每個(gè)模塊連接順暢，減少重復(fù)的工作。</p><p>　　(3)根據(jù)需要設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)需要的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　(4)根據(jù)需要進(jìn)行硬件組態(tài)。確定使用S7-300系列PLC

107、，確保輸入、輸出口滿足需要并有一定富裕。</p><p>　　(5)對(duì)污水處理過(guò)程編寫程序，并且仿真。在仿真過(guò)程中完善程序，改善原先程序中的漏洞。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)存在的不足有：</p><p>　　(1)設(shè)想不完善，系統(tǒng)功能可以再次改進(jìn)，使得運(yùn)行中更加穩(wěn)定。</p><p>　　(2)每個(gè)子程序進(jìn)入下一個(gè)子程序的交接做的不夠完善

108、。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 蔣文舉.城市污水廠實(shí)習(xí)培訓(xùn)教程.北京：工業(yè)出版社，2007：34-58 189-213</p><p>　　2 李若谷.西門子S7-200系列PLC系列PLC編程指令與梯形圖快速入門.北京：電子工業(yè)出版社，2008: 16-30 94-104</p><