plc廢水處理控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會生活及生產(chǎn)中人們對水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個國家（參與統(tǒng)計(jì)國家中），我國人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國水資源時空分布極不均衡，全國500多個城市缺水，其中多個嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)

2、缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量僅有240噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國急需解決的問題[1]。</p><p>　　中國水資源人均占有量少，空間分布不平衡。隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。在這樣的背景下，廢水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，目前與來自

3、水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要的地位。本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為《某電鍍廠廢水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，我選用的是SBR廢水處理系統(tǒng)和PLC相結(jié)合的方法[2]。</p><p>　　由于SBR廢水處理系統(tǒng)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、乘務(wù)降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。正是SBR工藝這些特殊性使其具有一下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）理想的推流過程使生化反應(yīng)推動力增

4、大，效率提高，池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好。</p><p>　?。?）運(yùn)行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好。</p><p>　?。?）耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機(jī)污物的沖擊。</p><p>　　（4）工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)行靈活。</p&g

5、t;<p>　?。?）處理設(shè)備少，構(gòu)造簡單，便于操作和維護(hù)管理。</p><p>　?。?）反應(yīng)池內(nèi)存在DO、B0D5濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹。</p><p>　　（7）SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利于廢水處理廠的擴(kuò)建和改造。</p><p>　　（8）工藝流程簡單、造價(jià)低。主體設(shè)備只有一個序批式間歇反應(yīng)池，無二沉池、污泥回流系統(tǒng)、

6、調(diào)節(jié)池、初沉池也可省略、布置緊湊、占地面積省。</p><p>　　由于上述技術(shù)特點(diǎn)，SBR廢水處理系統(tǒng)進(jìn)一步拓寬了活性污泥法的適用范圍。根據(jù)其技術(shù)條件和特點(diǎn)，SBR 廢水處理系統(tǒng)更適合以下情況： </p><p>　?。?）中小城鎮(zhèn)生活污水和廠礦企業(yè)的工業(yè)廢水，尤其是間歇排放和流量變化</p><p><b>　　較大的地方。</b><

7、/p><p>　?。?）需要較高出水水質(zhì)的地方，如風(fēng)景游覽區(qū)、湖泊和港灣等，不但要去除</p><p>　　有機(jī)物，還要求出水中除磷脫氮，防止河湖富營養(yǎng)化。</p><p>　?。?）水資源緊缺的地方。SBR 系統(tǒng)可在生物處理后進(jìn)行物化處理，不需要增</p><p>　　加設(shè)施，便于水的回收利用。</p><p>　　（4

8、）用地緊張的地方。SBR 污水處理系統(tǒng)占地面積小，有效地節(jié)省土地從而</p><p>　　為用地緊張的地方的污水處理提供了有效地解決辦法。</p><p>　?。?）非常適合處理小水量，間歇排放的工業(yè)廢水與分散點(diǎn)源污染的治理[3]。</p><p>　　2.SBR廢水處理控制系統(tǒng)的工藝要求及分析</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求&l

9、t;/p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)要求</p><p>　?。?) 控制裝置選用PLC作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配PLC機(jī)型和I/O接口。</p><p>　?。?) 可執(zhí)行手動/自動兩種方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時整定參數(shù)。</p><p>　　（3) 電動閥上驅(qū)動電動機(jī)為正、反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行，因此要在PLC控制回路加互鎖

10、功能。</p><p>　?。?) PLC的接地應(yīng)按手冊中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說明。</p><p>　?。?) 為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，如電動機(jī)過熱保護(hù)、控制系統(tǒng)短路保護(hù)等。</p><p>　?。?) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路，編制PLC的I/O接口功能表。</p><p>　?。?) 選擇

11、電器元件、編制元器件目錄表。</p><p>　　（8) 繪制接線圖、電控柜布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。</p><p>　?。?) 采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序[4]。</p><p>　　2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　（1）分析SBR廢水處理工作原理與過程，制定控制方案</p><p&

12、gt;　?。?）繪制工作流程圖或順序功能圖</p><p>　?。?）繪制PLC的硬件接線圖及電氣原理圖</p><p>　?。?）相關(guān)元器件的計(jì)算與選型，制定原件明細(xì)表與I/O分配表</p><p>　?。?） 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　（6）控制系統(tǒng)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)上位

13、機(jī)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　SBR廢水處理系統(tǒng)由污水處理池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動閥門和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開關(guān)組成。SBR污水處理系統(tǒng)工藝流程圖如圖2-1所示[5]。<

14、/p><p>　　圖2-1所示SBR污水處理系統(tǒng)工藝流程圖</p><p>　　當(dāng)污水處理池處于低水位時，電動閥打開，納入污水直到污水處理池處于高水位。</p><p><b>　　↓</b></p><p>　　電動閥關(guān)閉，排空電磁閥開啟，羅茨風(fēng)機(jī)延時空載啟動，排空電磁閥關(guān)閉，污水處理池開始曝氣。經(jīng)過6個小時的曝氣后，排空

15、電磁閥開啟，羅茨風(fēng)機(jī)空載關(guān)閉，排空電磁閥延時關(guān)閉。</p><p><b>　　↓</b></p><p>　　沉淀后，1#清水泵啟動，向清水池注水，直到清水池到達(dá)高水位。</p><p><b>　　↓</b></p><p>　　1#清水泵關(guān)閉，當(dāng)中水箱處于低水位時，2#清水泵開啟，上水電磁閥開

16、啟，向中水箱中注水，直到中水箱處于高水位，2#清水泵關(guān)閉，上水電磁閥關(guān)閉。</p><p><b>　　↓</b></p><p>　　當(dāng)中水箱處于高水位時，下水電磁閥開啟，排除清水[6]。</p><p>　　3. SBR廢水處理控制系統(tǒng)的硬件部分</p><p>　　控制系統(tǒng)硬件部分主要指PLC控制部分所用到的元器件

17、及其接線，它在整個系統(tǒng)中起到了連接測試系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的作用，是電磁閥耐久性檢測臺的重要組成部分和控制部分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。本章通過對系統(tǒng)I/O點(diǎn)的分析，選擇出了符合設(shè)計(jì)要求的元器件，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了其接線圖，完成了整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[7]。</p><p>　　3.1 元器件的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電器元件，編制原理圖的元器件目錄表，如表3-1所示。</p&g

18、t;<p>　　表3-1 SBR廢水處理系統(tǒng)元器件目錄</p><p><b>　　主要元器件的選擇：</b></p><p><b>　?、?PLC的選型</b></p><p>　　①實(shí)時性。由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間</p><p>　　短，速度快?；?/p>

19、于信號處理和程序運(yùn)行的速度，PLC 經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)。更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目[8]。</p><p>　?、诟呖煽啃?。所有的I/O 輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外</p><p>　　電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C 濾波器。各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。良好的自診斷功能，一旦電源或

20、其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大[9]。</p><p>　　③安裝簡單，維修方便?？梢栽诟鞣N工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時只需將</p><p>　　現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，</p><p>　　因此一旦某模塊發(fā)

21、生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行[10]。</p><p>　?、苜|(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高.</p><p>　　基于PLC 控制系統(tǒng)的以上優(yōu)勢以及廢水處理系統(tǒng)所處的復(fù)雜環(huán)境，所以本系統(tǒng)采用PLC 進(jìn)行控制。</p><p>　?、?斷路器QF脫口電流</p><p>　　斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)載

22、交流電動機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動機(jī)起動電流的1.7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)有3kW負(fù)載電動機(jī)一臺，起動電流較大，其余三臺為1.1kW以下，起動電流較小，而且工藝要求4臺電動機(jī)單獨(dú)起動運(yùn)行，因此可根據(jù)3kW電動機(jī)選擇自動開關(guān)QF脫扣電流IQF：</p><p>　　IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A，選用IQF＝10A的斷路器[11]。</p><p>&l

23、t;b>　?、?熔斷器FU</b></p><p>　　熔體額定電流IFU以曝氣風(fēng)機(jī)為例，IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A，選用5A的熔</p><p>　　體。其余熔體額定電流的選擇，按上述方法選配?？刂苹芈啡垠w額定電流選用2A。</p><p>　?、?熱繼電器的選擇請參考有關(guān)技術(shù)手冊，自行計(jì)算參數(shù)[12]。</p>

24、<p>　　3.2 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的I/O分配</p><p>　　如下表3-2、3-3為SBR廢水處理控制系統(tǒng)PLC輸入輸出分配表。</p><p>　　表3-2 廢水處理控制系統(tǒng)PLC輸入分配表</p><p>　　表3-3 SBR廢水處理控制系統(tǒng)PLC輸出接口功能表</p><p>　　3.3 SBR廢水處理控制系

25、統(tǒng)的電氣控制設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　SBR廢水處理控制系統(tǒng)主電路圖如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 SBR廢水處理控制系統(tǒng)主電路圖</p><p><b>　　主電路說明：</b></p><p>　　（1）主回路中交流接觸器KM1、K

26、M2、KM3分別控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機(jī)M3；交流接觸器KM4、KM5控制電動閥電動機(jī)M4，通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。</p><p>　?。?）電動機(jī)M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。電動閥電動機(jī)M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對閥門電動機(jī)M4實(shí)現(xiàn)雙重保證。</p><p>　?。?） QF為電源總開關(guān)，既可

27、完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使用和維修方便。</p><p>　?。?） 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護(hù)[13]。</p><p>　　3.3.2 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　SBR廢水處理系統(tǒng)控制電路圖如圖3-2所示</p>

28、<p>　　圖3-2 SBR廢水處理控制系統(tǒng)控制電路</p><p><b>　　控制電路說明：</b></p><p>　?。?）控制電路中由電源提示燈LD1對電源情況進(jìn)行提示，PLC控制電路的供電回路采用隔離變壓器進(jìn)行調(diào)整，以防止電源的干擾保證控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定的工作[14]。</p><p>　?。?）1#清水泵、2#清水泵、羅

29、茨風(fēng)機(jī)、電動閥開啟、電動閥關(guān)閉、上水電磁閥、下水電磁閥分別由運(yùn)行提示燈LD2～LD8進(jìn)行提示，并由KM1～KM7接觸器的敞開輔助觸點(diǎn)進(jìn)行控制[15]。</p><p>　　（3）4個電動機(jī)的過載保護(hù)分別由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4來實(shí)現(xiàn)。將他們的常開觸點(diǎn)并聯(lián)與中間繼電器KA連接構(gòu)成過載保護(hù)信號，同時中間繼電器還起到了電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流24V電壓信號傳送入PLC中實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)控

30、制功能[16]。</p><p>　　（4）1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、上水電磁閥、電動閥開啟、電動閥關(guān)閉、下水電磁閥的開關(guān)機(jī)電器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7分別由繼電器開關(guān)M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7進(jìn)行控制。并且將KM5、KM6進(jìn)行互鎖保證電動閥開啟或關(guān)閉間的相互隔離。而KM3的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在KM1繼電器中是為了保證1#清水泵在羅茨風(fēng)機(jī)停止工作時工作，從而使得1#清

31、水泵泵入的水源的使用安全[17]。</p><p>　　3.3.3 PLC外部接線圖設(shè)計(jì)</p><p>　　由以上所選元器件，結(jié)合本設(shè)計(jì)的原理，可作出PLC的外圍電路接線圖。如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 PLC外部接線圖</p><p>　　4 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的下位機(jī)程序設(shè)計(jì)</p><p>

32、;　　本節(jié)將對PLC編程軟件及順序功能圖編程語言進(jìn)行簡單介紹，并重點(diǎn)對控制程序中的典型環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。</p><p>　　針對西門子 S7-200 PLC,我們選擇STEP7-Micro/WIN32編程軟件作為開發(fā)工具。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用于開發(fā)程序，也可用于適時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可在全漢化的界面下進(jìn)行操作。按照設(shè)計(jì)

33、要求編寫程序，能使PLC 完成對現(xiàn)場設(shè)備的良好控制[18]。</p><p>　　4.1 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的順序功能圖</p><p>　　根據(jù)控制要求，建立SBR廢水處理控制流程圖如圖4-1所示，表示出各控制對象的動作關(guān)系順序，相互間的控制關(guān)系。</p><p>　　圖4-1 SBR廢水處理順序流程圖</p><p>　　4.2 P

34、LC的順序功能圖</p><p>　　數(shù)字量控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)方法有很多種：梯形圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)梯形圖方法和順序控制設(shè)計(jì)法。根據(jù)對本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)分析決定選用順序控制設(shè)計(jì)法為本次設(shè)計(jì)方法。如圖4-2為PLC的順序功能圖。</p><p>　　圖4-2 SBR廢水處理控制系統(tǒng)PLC順序功能圖</p><p>　　4.3 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)</

35、p><p>　　硬件設(shè)計(jì)確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　圖4-3 自動控制開啟</p><p>　　如圖4-3所示：按下自動控制按鈕I1.2，按下啟動按鈕I0.0，Q0.0為自動</p><p>　　控制起動信號，并自鎖，I0.1為停止按鈕。</p><p>　　圖4-4

36、向污水池注水過程</p><p>　　如圖4-4所示：當(dāng)污水池中的水位是低水位狀態(tài)時I0.2，電動閥門開啟Q0.1,向污水池注水，直至污水池中的水位是高水位狀態(tài)時I0.3，電動閥門關(guān)閉Q0.2。</p><p>　　圖4-5 曝氣過程</p><p>　　如圖4-5所示：開啟排空電磁閥I0.4，Q0.3羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動，羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動后，排空電磁閥關(guān)閉I0.5，曝氣一段

37、時間，當(dāng)曝氣結(jié)束后，排空電磁閥再次開啟I0.4,羅茨風(fēng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動Q0.4。</p><p>　　圖4-6 清水池注水過程</p><p>　　如圖4-6所示：當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)后，排空電磁閥關(guān)閉I0.5,然后開始沉淀，T38開始作用，沉淀結(jié)束后，當(dāng)清水池中的水位處于低水位的狀態(tài)時I0.6,1#清水泵開始轉(zhuǎn)動，直至清水池中的水位處于高水位的狀態(tài)時I0.7,1#清水泵停止轉(zhuǎn)動Q0.6。</

38、p><p>　　圖4-7 中水箱注水過程并排出清水</p><p>　　如圖4-7所示：當(dāng)中水箱中的水位處于低水位的狀態(tài)時I1.0,2#清水泵、上水電磁閥開始轉(zhuǎn)動，直至中水箱的水位處于高水位的狀態(tài)時I1.1，2#清水泵、上水電磁閥停止轉(zhuǎn)動。然后下水電磁閥開啟，向外部排出清水，直至中水箱中的水位處于低水位的狀態(tài)，下水電磁閥關(guān)閉。</p><p>　　以上就是SBR廢水處

39、理自動控制程序的全部過程。當(dāng)污水處理池中的水位處于低水位的狀態(tài)時，電動閥門會自動打開繼續(xù)向污水處理池納入污水。如此循環(huán)往復(fù)。</p><p>　　手動控制則是先按下手動按鈕→啟動按鈕→開啟電動閥控制按鈕→關(guān)閉電動閥控制按鈕→開啟排空電磁閥→開啟羅茨風(fēng)機(jī)控制按鈕→關(guān)閉排空電磁閥控制按鈕→此時曝氣開始，過一段時間，曝氣結(jié)束，排空排空電磁閥開啟→關(guān)閉羅茨風(fēng)機(jī)→關(guān)閉排空電磁閥→沉淀一段時間后開啟1#清水泵控制按鈕→關(guān)閉1

40、#清水泵控制按鈕→開啟2#清水泵控制按鈕，上水電磁閥控制按鈕→關(guān)閉2#清水泵控制按鈕，上水電磁閥控制按鈕，開啟下水電磁閥控制按鈕→關(guān)閉下水電磁閥控制按鈕。此時SBR廢水處理手動程序完成。</p><p><b>　　4.4 調(diào)試程序</b></p><p>　　為了保證系統(tǒng)能夠順利運(yùn)行，我用仿真軟件對PLC程序進(jìn)行了調(diào)試。強(qiáng)制給PLC輸入量，得到了預(yù)想的輸出。見圖4-

41、8經(jīng)調(diào)試后，證明PLC程序無錯誤，都達(dá)到了預(yù)期效果，符合工藝要求。如圖4-8為仿真調(diào)試的效果圖。</p><p>　　圖4-8 仿真調(diào)試的效果圖</p><p>　　5 SBR廢水處理控制系統(tǒng)的上位機(jī)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　可編程邏輯控制器在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和控制，要和上位機(jī)進(jìn)行通訊，以交換系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在上位機(jī)中，監(jiān)控軟件的首要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)與主控人

42、員之間良好的人機(jī)接口，以文字和圖形實(shí)時地反映了整個系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀。此外要及時地向下級PLC傳遞系統(tǒng)的設(shè)定和操作命令。本系統(tǒng)上位機(jī)采用MCGS組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能[19]。</p><p>　　5.1 MCGS組態(tài)軟件</p><p>　　MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平臺的,用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組

43、態(tài)軟件系統(tǒng),可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。</p><p>　　MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺,能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件,幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)

44、。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程,以用戶指定的方式運(yùn)行,并進(jìn)行各種處理,完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能[20]。 </p><p>　　MCGS組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）,由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立,又緊密相關(guān)。 MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境,由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持,其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組

45、態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后,生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件,又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫,其與MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起,構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng),統(tǒng)稱為“工程” 。 MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境,由可執(zhí)行程序McgsRun.exe支持,其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對工程的控制工作。 MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)

46、行策略五部分構(gòu)成,每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作,完成不同的工作,具有不同的特性。</p><p>　　主控窗口:是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口,負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。</p><p>　　主要的組態(tài)操作包括:定義工程的名稱,編制工程菜單,設(shè)計(jì)封面圖形,確定自動啟動的窗口,設(shè)定動畫刷新周期,指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。 </p&

47、gt;<p>　　設(shè)備窗口:是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備,注冊設(shè)備驅(qū)動程序定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。</p><p>　　用戶窗口:本窗口主要用于設(shè)置工程中的人機(jī)交互界面實(shí)時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。

48、</p><p>　　運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序，選用各種功能構(gòu)件，如數(shù)據(jù)提取、定時器、配方操作、多媒體輸出等[21]。</p><p>　　5.2 MCGS組態(tài)畫面設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)在用戶窗口區(qū)創(chuàng)建完新窗口并命名為“廢水處理主程序”，雙擊進(jìn)入并開始設(shè)計(jì)上位機(jī)圖形畫面。如圖5-1為工具箱。</p><p

49、><b>　　圖5-1 工具箱</b></p><p>　　雙擊圖庫內(nèi)的元器件，則此元器件出現(xiàn)在組態(tài)界面的左上角。單擊邊線修改其大小并單擊拖動到需要設(shè)計(jì)的相應(yīng)位置，據(jù)此可作出本設(shè)計(jì)的組態(tài)畫面設(shè)計(jì)見圖5-2。</p><p>　　圖5-2 組態(tài)畫面</p><p>　　5.3 建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫和動畫連接</p><p&

50、gt;　　實(shí)時數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的核心，構(gòu)件分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。選擇實(shí)時數(shù)據(jù)庫選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊新增對象。數(shù)據(jù)對象分為：開關(guān)型數(shù)據(jù)對象、數(shù)值型數(shù)據(jù)對象、字符型數(shù)據(jù)對象、事件型數(shù)據(jù)對象、組對象和內(nèi)部數(shù)據(jù)對象。按設(shè)計(jì)需要對數(shù)據(jù)對象的屬性進(jìn)行設(shè)置。如圖5-3為實(shí)時數(shù)據(jù)界面。</p><p>　　圖5-3 實(shí)時數(shù)據(jù)界面</p><p>　　建立完實(shí)時數(shù)據(jù)庫，回到組態(tài)畫面設(shè)計(jì)界面，雙擊元器件進(jìn)行元器件和

51、實(shí)時數(shù)據(jù)庫的鏈接，在動畫連接選項(xiàng)卡中進(jìn)行動畫連接設(shè)置，讓畫面“動起來”，使圖形在畫面上隨PLC數(shù)據(jù)的變化而活動起來。</p><p>　　5.4 組態(tài)設(shè)備窗口設(shè)計(jì)</p><p>　　5.4.1 MCGS與PLC設(shè)備的連接</p><p>　　在MCGS系統(tǒng)中，由設(shè)備窗口負(fù)責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接，使得MCGS能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)

52、對應(yīng)工業(yè)過程的實(shí)時監(jiān)控。因此，MCGS與PLC設(shè)備的連接是通過設(shè)備窗口完成的，具體操作如下：</p><p>　　當(dāng)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。</p><p>　　雙擊工作臺窗口中的設(shè)備窗口，然后再單擊工具欄上的工具箱按鈕，將彈出如圖4-3所示的設(shè)備工具箱窗口，需要說明的是，在MCGS中PLC設(shè)備是作為子設(shè)備掛在串口父設(shè)備下

53、的，因此在向設(shè)備組態(tài)窗口中添加PLC設(shè)備前，必須先添加一個串口父設(shè)備，當(dāng)直接用串口進(jìn)行本地通訊時，我們添加“串口通訊父設(shè)備”，因此雙擊其中的串口通訊父設(shè)備，在設(shè)備組態(tài)窗口中添加一個串口通訊設(shè)備。</p><p>　　圖5-4 設(shè)備工具箱窗口</p><p>　　現(xiàn)在就可以向設(shè)備組態(tài)窗口中添加所需的PLC設(shè)備了，如果所需設(shè)備沒有出現(xiàn)在設(shè)備工具箱中，按下“設(shè)備管理”按鈕，在彈出的設(shè)備管理對話框

54、中選定所需的設(shè)備，然后雙擊就可以將它添加到設(shè)備工具箱中，如下圖4-4所示。</p><p>　　圖5-5 設(shè)備管理對話框</p><p>　　5.4.2 對PLC的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫</p><p>　　在組態(tài)工作臺界面中，進(jìn)入設(shè)備組態(tài)窗口，在此窗口中通過設(shè)備工具箱添加通用串口父設(shè)備和西門子S7_200PPI兩個設(shè)備，然后把定義的變量與PLC具體的I/O分配連接，完成設(shè)備

55、連接，見圖5-4。根據(jù)設(shè)備通訊要求和連接情況，完成對話框中相關(guān)的參數(shù)設(shè)置。同時完成通道連接和設(shè)備調(diào)試設(shè)置。S7_200PLC在梯形圖中的輸入用I符號表示，但是因?yàn)镸CGS中I寄存器只能設(shè)置為只讀，所以要把梯形圖中的輸入I全部換成M的形式。防止上下位機(jī)不能實(shí)現(xiàn)通信[22]。</p><p>　　圖5-6 設(shè)備窗口設(shè)置</p><p>　　6 SBR廢水廢水處理控制系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試</p&

56、gt;<p>　　首先打開西門子PLC編程軟件，再確認(rèn)程序無誤后，下載到PLC，并使PLC進(jìn)入RUN狀態(tài)。然后打開MCGS組態(tài)軟件，確認(rèn)設(shè)備地址與PLC的下位機(jī)地址一致后，進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，經(jīng)調(diào)試運(yùn)行正常，能監(jiān)控SBR廢水處理的運(yùn)行情況，達(dá)到控制要求。運(yùn)行環(huán)境見圖6-1。</p><p>　　圖6-1 SBR廢水處理運(yùn)行狀況</p><p><b>　　附錄</b

57、></p><p>　　SBR廢水處理控制系統(tǒng)主電路圖</p><p>　　SBR廢水處理控制系統(tǒng)控制電路圖</p><p><b>　　PLC的外部接線圖</b></p><p>　　SBR廢水處理順序流程圖</p><p>　　SBR廢水處理控制系統(tǒng)PLC順序功能圖</p>

58、<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 程瑞豐.混氰型電鍍廢水處理工藝的研究.學(xué)士學(xué)位論文.武漢.武漢理工學(xué).2007</p><p>　　[2] 李金城.PLC在城市污水處理中的應(yīng)用[J] 《自動化與控制》 2005（1）:154</p><p>　　[3] 劉昌明,曹英杰.我國水污染狀況及其對人類健康的

59、影響與主要對策 .《科學(xué)對社會的影響》2009(2):25</p><p>　　[4] 西門子S7-200PLC工程應(yīng)用設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2011</p><p>　　[5] AUTOCAD2010電氣設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程，清華大學(xué)出版社 2010</p><p>　　[6] 廖常初，PLC編程及應(yīng)用[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005（6）</p>

60、<p>　　[7] 廖常初，可編程控制器的編程方法與工程應(yīng)用[M]，重慶：重慶大學(xué)出版社，2001（2）</p><p>　　[8] 周美蘭，PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)[M]，北京：科學(xué)出版社，2003</p><p>　　[9]孫衛(wèi)娜，基于PLC的污水處理系統(tǒng)研究,沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（6）</p><p>　　[10]楊曹爭、毛海亮，污水處

61、理廠中的PLC及自控系統(tǒng)，交通環(huán)保，1997（5）</p><p>　　[11]李瑞桂、孟凡華、孟祥廷，PLC在工業(yè)污水處理自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，應(yīng)用技術(shù)，2008（4）</p><p>　　[12]李國厚、楊青杰、洪源，PLC原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)，2003（3）</p><p>　　[13]劉琨，污水處理廠自動控制應(yīng)用及系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)用技術(shù)，2006（4）</p&g

62、t;<p>　　[14]董淑冷、茅紅偉、唐曉俊，PLC在污水泵站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，制造業(yè)自動化，2008（6）</p><p>　　[15]徐慶華，PLC在污水處理廠砂泵自動控制中的應(yīng)用，技術(shù)與應(yīng)用，2008（3）</p><p>　　[16]趙芳、李從冰，基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006（4）</p><p>　　[17]任萍、

63、王創(chuàng)新，基于PLC的污水處理模糊控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，2006（1）</p><p>　　[18]凌軍、朱德勝、劉明全，PLC在污水處理提升泵房自控系統(tǒng)中的應(yīng)用，機(jī)電工程技術(shù)，2008（4）</p><p>　　[19]張建根，PLC在中水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，資源與環(huán)境，2008（4）</p><p>　　[20]楊帆，基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)，武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2

64、007（4）</p><p>　　[21]劉貫華，基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用技術(shù)，2008（1）</p><p>　　[22]胡青龍、朱洋君，基于PLC控制的污水凈化處理系統(tǒng)，冶金行業(yè)應(yīng)用，2006（4）</p><p>　　[23] MNdegwa P,Wang L,K,Vaddella V.Potential strategies for proc

65、ess control and monitoring of stabilization of dairy wastewaters in batch aerobic treatment systems[J]. Process Biochemistry. 2007 </p><p>　　[24] Carlos G,Francisco M,Enrique R,Juan M L.Fuzzy-based control o

66、f an anaerobic reactor treating wastewaterscontaining ethanol and carbohydrates. Industrial & Engi-neering Chemistry Research,. 2007 </p><p>　　[25] Kang Jiayu,Mi Linan.An Expert System for Anaerobic Wast

67、ewaterTreatment Process[C]. IEEE International Conference on InformationAnd Automatic,. 2009 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　時光飛逝，當(dāng)我在寫下這段話的時候，我才豁然發(fā)現(xiàn)自己的大學(xué)時代也即將終結(jié)。在四年的大學(xué)生活中，我的綜合能力得到了不斷提高，

68、這一切都離不開學(xué)校和院系的領(lǐng)導(dǎo)們，還有我的導(dǎo)師和同學(xué)們給予我的指導(dǎo)和幫助。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時間讓我對基于PLC控制的廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了清晰的認(rèn)識，同時讓我對PLC在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的應(yīng)用有了更深層次的了解。從一開始的課題分析，工藝的確定，到元件的選型，再到硬件的設(shè)計(jì)和軟件的調(diào)試。一路走來，我將課本上的理論知識與實(shí)踐聯(lián)系到了一起，同時還學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的知識，提高了自己的動手能力。通

69、過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件編程等能力，自身的各方面的素質(zhì)也得到提高。同時培養(yǎng)了我的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也提高了自學(xué)能力與軟件應(yīng)用能力，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以我要感謝所有的任課老師，是您們的教育和培養(yǎng)，才使我學(xué)有所獲。 </p><p>　　最重要的是我要真誠的感謝我的指導(dǎo)老師xx老師。在設(shè)計(jì)工程中，xx老師嚴(yán)格督促我的畢業(yè)設(shè)計(jì)速度，及時的幫我解決我在設(shè)計(jì)中遇到的各種問題和困難，在設(shè)計(jì)中

70、一直對我嚴(yán)格要求，并在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中都給我耐心的指導(dǎo)和講解，并主動為我提供各種相關(guān)技術(shù)資料，在xx老師的幫助和指導(dǎo)下我順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也讓我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中受益匪淺，在此向xx老師致以深切的謝意！</p><p>　　再次由衷地感謝所有關(guān)心和幫助過我， 以及和我共同渡過這段難忘歲月的老師、同學(xué)和朋友們！</p><p>　　最后，向在百忙中抽出時間對本文進(jìn)行評審并提出寶貴意見的