【基于PLC的污水處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計14000字（論文）】

XIII基于PLC的污水處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u620第一章緒論 197051.1選題背景 171871.2國外污水處理現(xiàn)況 1267891.3國內(nèi)污水處理現(xiàn)況及發(fā)展趨勢 2171311.4PLC在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用及意義 2196061.4.1良好的安全性、可靠性和抗干擾能力 373721.4.2功能完備，配套設(shè)施應(yīng)有盡有，有很強適用性 31211.4.3操作簡單易用，便于基層人員學(xué)習(xí)和掌握 4175921.4.4硬件維護非常方便，易于改造，成本低 496181.5本課題的內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu) 5184141.5.1課題主要內(nèi)容及要求 5268961.5.2設(shè)計思路圖 510298第二章污水處理自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計 744742.1污水處理自動控制系統(tǒng)組成 7302582.2污水處理自動控制系統(tǒng)需求分析及其方案設(shè)計 7267712.2.1系統(tǒng)應(yīng)具備的需求功能分析 7271422.2.2系統(tǒng)的控制方式 827994第三章污水處理自動控制系統(tǒng)程序設(shè)計 9225303.1控制系統(tǒng)組成 9222903.2組態(tài)軟件的選擇 915283.3PLC中CPU的選擇 931090第四章污水處理自動控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計 11207824.1PLC變量分配地址表 11234064.2污水處理自動控制系統(tǒng)PLC流程圖 11206114.3主程序設(shè)計 1274824.4子程序設(shè)計 1515586第五章污水處理自動控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面設(shè)計 26285345.1組態(tài)軟件介紹 26313015.2污水處理自動控制系統(tǒng)點組態(tài)設(shè)計 26114275.3污水處理自動控制系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備驅(qū)動選擇 27117335.4污水處理自動控制系統(tǒng)組態(tài)畫面設(shè)計 2728496第六章總結(jié) 314768參考文獻 3332450附錄 34第一章緒論1.1選題背景在我們的日常生活中，消耗最多的物質(zhì)是水，水是我們生活中不可缺少的元素。水質(zhì)與我們的生活環(huán)境密切相關(guān)。如果被污染的水流入河流、海洋等流動水源，會引起一系列的連鎖反應(yīng)。污水，尤其是含有各種重金屬和化學(xué)物質(zhì)的污水，一旦進入河流甚至海洋，不僅會造成水污染，還會影響水體循環(huán)中的生物，積累了過多的有害物質(zhì)，難以分解。最后，食物鏈頂端的生物受影響最大。在食物鏈的頂端，不是別人，正是我們，所以我們?yōu)榱松娑艿奖Ｗo。據(jù)一些統(tǒng)計，我國年人均用水量在387立方米到477立方米之間[1](從2001年到2009年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中獲得)，也就是在我國，平均每人每年要消耗387~477噸水，可見水是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚南M品。隨著生活和工業(yè)發(fā)展的需要，用水量會不斷增加。隨著人類的發(fā)展，水污染日益成為人們不能忽視的問題。據(jù)調(diào)查，由于化學(xué)廢物造成的水污染，超過一半的河流湖泊受到了嚴重污染，許多地方出現(xiàn)了“癌癥村”。2015年，全國202個地級行政區(qū)的5118個地下水監(jiān)測點中，有60%以上水質(zhì)較差、極差，地下水質(zhì)量非常不理想。中國每年有1700多起水污染事件。[2]水污染不僅是由工業(yè)生產(chǎn)過程造成的，而且在我們的日常生活中也造成了大量的水污染。比如使用含磷洗衣粉造成的水污染會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，從而破壞水體原有的生態(tài)圈；煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫形成酸雨；丟棄電池導(dǎo)致水中重金屬超標。[3]今年，中國的水污染問題越來越受到重視，與過去相比有了很大的改善。然而，大多數(shù)污水處理是基于改變?nèi)藗兊牟涣剂?xí)慣，很少有真正的方法通過自動控制來改善水污染。1.2國外污水處理現(xiàn)況自19世紀以來，經(jīng)濟發(fā)達國家出現(xiàn)了環(huán)境污染和公害。在許多國家，河流和湖泊中的溶解氧減少，水生生物減少甚至消失。由于水環(huán)境的污染，人們的發(fā)病率增加了。政府開始意識到加強污水處理的必要性，投入大量資金建設(shè)污水處理工程[4]。經(jīng)過30多年的大力整治，情況基本得到控制，水生生物恢復(fù)生長，水環(huán)境得到改善。這次污染造成的損失是巨大的，教訓(xùn)是深刻的[5]。為此，各國政府高度重視污水處理，提供法律和建設(shè)資金，不斷探索新技術(shù)，使城市污水處理行業(yè)得以快速發(fā)展。美國擁有世界上數(shù)量最多的污水處理廠，平均5000人，其中78%為二級生物處理廠；英國約有8000家處理廠，平均7000人，幾乎都是二級生物處理廠；日本約有630家城市污水處理廠，平均20萬人，但二級處理廠和高級處理廠占98%[6]。6%;瑞典目前是污水處理設(shè)施最普及的國家，下水道普及率99%172，平均5000人，還有一個污水處理廠，其中91%為二級生物處理廠。這些國家的經(jīng)驗表明，蓬勃發(fā)展的建設(shè)得到了顯著改善；日本不符合環(huán)境標準的水域從1971年的0.6%下降到1980年的0.05%；歐洲萊茵河有機污染基本得到控制，部分河段水質(zhì)明顯改善，魚類恢復(fù)；英國泰晤士河：在泰晤士河消失了100多年的魚類重新出現(xiàn)，現(xiàn)在有119種[7]。1.3國內(nèi)污水處理現(xiàn)況及發(fā)展趨勢中國的城市污水處理始于1921年。但是，與發(fā)達國家相比，我國在城市、機械化和自動化方面仍然存在技術(shù)政策差距。雖然中國已經(jīng)有城市要求城市人口達到50萬以上，但必須建立污水處理設(shè)施；在重點流域和水源保護區(qū)，城市人口在50萬以下的中小城市和村莊，應(yīng)當按照當?shù)厮廴究刂埔蠼ㄔO(shè)污水處理設(shè)施。憲法里也有明文規(guī)定，成立了很多工廠，很多產(chǎn)品系列化[8]。但是，自動化儀器和檢測器與國外相比還有很大差距，資金不足仍然是一個根本性的問題。污水處理的發(fā)展是人類生存的需要，基于自動化的污水處理系統(tǒng)供不應(yīng)求，因此基于plc的污水處理系統(tǒng)的發(fā)展前景廣闊。隨著城市排水管道的不斷延伸和城市污水處理能力的逐步提高，城市污水處理一直是中國污水處理行業(yè)的重要細分市場之一。數(shù)據(jù)顯示，我國城市排水管道不斷延伸，城市污水處理能力也逐年提高。2018年，全國城市排水管長度68.3萬公里，同比增長8.41%；同年，中國城市污水日處理能力為1.81億立方米，同比增長6.5%[9]。從數(shù)據(jù)中可以看出，城市污水排放量逐年增加，年增長率約為6-10%，相當驚人。因此，提高污水處理效率，增加污水處理廠的數(shù)量已經(jīng)成為一大趨勢[10]。不僅在城市，還因為各種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械進入農(nóng)村，農(nóng)村的污水排放量從洗衣做飯增加到清洗農(nóng)業(yè)機械和更換機油，污水排放量也呈指數(shù)級增長，因此農(nóng)村周圍的污水處理廠亟待崛起。1.4PLC在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用及意義現(xiàn)有的污水處理方法主要是分別處理不同的污水，不僅耗時，而且繁瑣。國內(nèi)外污水處理的自動控制方法很少，因此采用自動控制方法進行污水處理是一種非常新穎的方法。采用自動控制方法實現(xiàn)污水處理，旨在以直觀可控的方式完成繁瑣的控制任務(wù)，并在控制過程中清晰了解整個控制過程[11]。綜合考慮經(jīng)濟性、可用性等因素，我認為采用PLC控制全過程是最好的選擇。選擇PLC有以下重要因素：1.4.1良好的安全性、可靠性和抗干擾能力PLC工藝嚴謹，技術(shù)過硬，可靠性高。施耐德PLC在國內(nèi)一直是比較受歡迎的選擇，因為其PLC模塊的結(jié)構(gòu)已經(jīng)擴展，所有模塊都會配備電氣插頭，任何模塊都不受插槽、機箱面板和模塊的限制，可以快速拆卸或維修[12]。同時不受感應(yīng)的電干擾。有了冗余CPU，PLC的正常工作時間會更長，故障時間會縮短，整個系統(tǒng)的可靠性也能得到保證。使用PLC的外部電路也很容易。與笨重的老式繼電器-接觸器設(shè)備相比，各種開關(guān)的電擊降低到最小允許值。失敗率有一定程度的降低。此外，PLC還可以檢測當前硬件是否有故障。如果有故障點，系統(tǒng)也可以主動報警，告訴現(xiàn)場人員現(xiàn)在肯定有問題，需要檢查維修。而且在編程軟件或監(jiān)控軟件中，需要針對現(xiàn)場具體的故障問題編寫故障自診斷程序。這樣不僅可以保護PLC，同樣可以檢查PLC以外的程序和設(shè)備。這樣，PLC等相關(guān)設(shè)備就能保證安全性、穩(wěn)定性和高可靠性。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)和嚴格的生產(chǎn)工藝，內(nèi)部電路采用先進的抗干擾技術(shù)，可靠性高[13]。比如三菱生產(chǎn)的F系列PLC，平均故障間隔時間可達30萬小時。有些帶冗余CPU的PLC平均無故障工作時間更長。就PLC的外部電路而言，與同規(guī)模的繼電器接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線和開關(guān)觸點減少到數(shù)百甚至數(shù)千倍，故障大大減少。另外，PLC具有硬件故障自檢測功能，在故障發(fā)生時能及時發(fā)出報警信息。在應(yīng)用軟件中，用戶還可以為外圍設(shè)備編寫故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路和設(shè)備也能得到故障自診斷保護。整個系統(tǒng)可靠性高不足為奇。[14]1.4.2功能完備，配套設(shè)施應(yīng)有盡有，有很強適用性PLC在溫度，位置等環(huán)境和領(lǐng)域系統(tǒng)也要有所涉及才能夠在復(fù)雜的環(huán)境中適配。因此就需要控制系統(tǒng)具有多樣化的功能來讓系統(tǒng)的控制能力更強大。隨著PLC的逐步發(fā)展，到今天為止，PLC已經(jīng)有了相當多的系列產(chǎn)品。大、中、小各種規(guī)模都應(yīng)有盡有。尤其是近幾年來，各種各樣的PLC功能單元層出不窮，各式各樣的新功能讓人眼花繚亂，能夠適用的地方也越來越多。例如位置控制、濕度控制等各種領(lǐng)域的方方面面都存在。隨著通信行業(yè)的逐步發(fā)展，PLC的開發(fā)和運用也變的更加行云流水。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域[15]。可用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合?，F(xiàn)代PLC除了具有邏輯處理功能外，還具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來，出現(xiàn)了大量的PLC功能單元，使得PLC滲透到位置控制、溫度控制、數(shù)控等各種工業(yè)控制中。隨著PLC通信能力的增強和人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。1.4.3操作簡單易用，便于基層人員學(xué)習(xí)和掌握對于一個自動控制系統(tǒng)來說，設(shè)計和操作是兩個不同的部分，所以不同的部分也需要相關(guān)人員來設(shè)計和操作。對于一個自動控制系統(tǒng)，主要分為操作員和程序員。程序員需要在了解工藝要求后設(shè)計程序，而操作員需要知道如何使用程序和各種注意事項。然而，大多數(shù)現(xiàn)場操作人員和維護人員都沒有學(xué)習(xí)計算機編程語言，這導(dǎo)致他們對算法一無所知。如果使用大量的編程語言，對現(xiàn)場維護人員來說是個大問題。這也大大提高了他們的工作難度，降低了他們的工作效率。PLC的出現(xiàn)在一定程度上解決了這個大問題。由于操作簡單，界面容易，編程中最難的部分是容易學(xué)習(xí)的梯形圖語言。PLC作為通用的工業(yè)控制計算機，本身就是工廠專用的。梯形圖的存在對于基層人員來說是一件賞心悅目的事情，其中使用的圖片和圖形的排列組合基本類似于電氣電路圖，很容易理解[16]。對于操作人員來說，他們只處理實際的設(shè)備。只要能理解基本開關(guān)值和設(shè)備代表符號，就能在一定程度上理解PLC的梯形圖編程。學(xué)習(xí)后，他們很容易知道下一步該做什么，或者哪里有問題，不會對程序和功能感到困惑。PLC作為一種通用的工業(yè)控制計算機，是工礦企業(yè)的工業(yè)控制設(shè)備。其界面簡單，編程語言容易被工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號和表達式與繼電器電路圖非常接近，只有少數(shù)PLC切換邏輯控制指令才能方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。它為不熟悉電子電路、計算機原理和匯編語言的人使用計算機進行工業(yè)控制打開了一扇方便的大門。1.4.4硬件維護非常方便，易于改造，成本低就自動控制所需的設(shè)備而言，眾所周知，電子設(shè)備永遠是消耗品，在使用過程中容易損壞，消耗快。然而，這并不意味著我們可以毫無顧忌地更換整套設(shè)備。畢竟更換整套設(shè)備會導(dǎo)致資金短缺。更何況有些零件只是局部磨損，修復(fù)后可以繼續(xù)使用。而且我國很早就出臺了相關(guān)規(guī)定，不允許一件硬件使用時間過長，必須定期檢查更換，防止設(shè)備老化造成安全問題。這時，PLC的優(yōu)勢就充分展現(xiàn)出來了。用存儲邏輯代替布線邏輯，可以減少雜亂的布線問題，縮短工期，降低維護難度。[17]PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備的外部接線，大大縮短了控制系統(tǒng)的設(shè)計和施工周期，使維護更加容易。更重要的是，通過改變程序，可以改變同樣設(shè)備的生產(chǎn)工藝。這非常適合很多品種和小批量生產(chǎn)的場合。與此同時，PLC作為控制工程自動化專業(yè)或不可缺的一門技術(shù)，在污水控制上有極大的優(yōu)勢，它可以設(shè)計出環(huán)環(huán)相扣的污水控制系統(tǒng)，這是其他軟件或者說是技術(shù)無法比擬的。選用PLC而不是其他軟件來設(shè)計污水控制系統(tǒng)，是由于每一個部分（沉淀池、除鹽池、除鱗池、漂白池）都可以使用PLC單獨設(shè)計出每一個單獨的系統(tǒng)，最后將各個系統(tǒng)連接在一起即可完成整個污水控制系統(tǒng)，如此功能是其他軟件無法比擬的。同時PLC用梯形圖表示的污水控制系統(tǒng)，每一個系統(tǒng)塊都可以直觀的看到每一個軟件端腳的作用，也可以在每一個小的系統(tǒng)環(huán)節(jié)之中加入反饋器，更大程度的保護了整個系統(tǒng)的運行安全，若投入實際使用之中，對工廠以及工人的安全能有更大的保障。同時，在使用感受的方面PLC也所有軟件中讓人感覺最舒適的，因為在枯燥的設(shè)計過程中，軟件的使用舒適度也是相當重要的一部分，若果在進行長時間大量的控制系統(tǒng)設(shè)計時，過于枯燥的軟件和毫無新意以及復(fù)雜繁瑣的設(shè)計頁面將會大大降低設(shè)計師的效率，PLC于自動控制系統(tǒng)設(shè)計師就如同CAD于機械制圖工程師的意義一般，是其他軟件無法比擬的。在自動化控制工程的設(shè)計中，PLC必然是不二的首位選擇。1.5本課題的內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)1.5.1課題主要內(nèi)容及要求(1)了解我國自動控制系統(tǒng)控制污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀和前景；(2)掌握污水處理的一般方法和原理，便于整體設(shè)計；(3)根據(jù)調(diào)查獲得的系統(tǒng)情況，研究受污染水源物質(zhì)的組成和分析，完成項目方案設(shè)計；(4)根據(jù)系統(tǒng)程序設(shè)計和污水處理的實際情況，選擇合適的主機、可編程控制器和組態(tài)設(shè)計軟件；(5)污水處理自動控制系統(tǒng)控制軟件設(shè)計：設(shè)計包括變量地址分配、PLC原理圖和PLC程序語句表；(6)配置界面設(shè)計；(7)實現(xiàn)模型與PLC的通信；(8)污水處理系統(tǒng)可靠性探討。1.5.2設(shè)計思路圖由于常見的水資源污染分別有：（1）可見固體大顆粒漂浮/沉淀物（2）水體酸化（酸雨）（3）水體富營養(yǎng)化（4）垃圾分解產(chǎn)生的大量有毒物質(zhì)。故污水處理流程思路圖如下所示：圖1.1污水處理流程圖通過沉淀、除鹽、除磷、漂白四個步驟講污水處理至可排放至河流之中的水體，以此來起來污水精華的作用，圖中步驟都將會在PLC動畫之中有所體現(xiàn)。第二章污水處理自動控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計2.1污水處理自動控制系統(tǒng)組成水污染的原因有很多，如重金屬超標、水體富營養(yǎng)化、化學(xué)物質(zhì)排放等。因此，解決水污染問題，首先是根治，即限制工廠污染物排放，提倡人們節(jié)能減排，不亂扔電池等重金屬。另一種方法是中間攔截，即將排出的污水凈化后排放，這樣就可以在污水污染水源之前解決問題。因此，解決污水處理問題就是凈化污水中的各種污染物。本篇文章對污水中幾種常見的污染物進行凈化，對不同的污染物進行分層凈化。首先是肉眼可見的常見大顆粒水污染物的凈化；其次，鹽的提純由硫化物反應(yīng)組成；然后磷的凈化使水體富營養(yǎng)化；最后，在凈化水體中加入漂白粉進行消毒殺菌，反應(yīng)結(jié)束后，將凈化后的水排出或重復(fù)使用。因此，整個污水處理自動控制系統(tǒng)主要分為五個模塊，一個是主程序模塊，直接顯示整個過程中反應(yīng)模塊的數(shù)量，接下來的四個子程序模塊是“沉淀池”、“脫鹽池”、“除磷池”和“漂白池”。這四個模塊對應(yīng)著污水凈化過程中要實現(xiàn)的上述功能。這些程序基本上是按順序控制的，需要模擬采集器從不同的池中采集數(shù)據(jù)。收集的主要數(shù)據(jù)是不同池中的水量和加入到反應(yīng)中的反應(yīng)物量，即各種反應(yīng)物的量。所以在程序中，每個子程序都要有對應(yīng)的模擬采集模塊。2.2污水處理自動控制系統(tǒng)需求分析及其方案設(shè)計2.2.1系統(tǒng)應(yīng)具備的需求功能分析污水及處理自動控制系統(tǒng)應(yīng)能完成以下功能：(1)污水水位和水質(zhì)檢測功能：時刻掌握污水量，配合相應(yīng)試劑的使用。(2)自動控制及其數(shù)據(jù)上傳功能：自動控制整個工藝流程，實時傳輸數(shù)據(jù)，供操作人員觀察操作。(3)程序開始運行后，所有設(shè)備應(yīng)立即聯(lián)動鎖定，以防發(fā)生事故時其他設(shè)備繼續(xù)運行。(4)設(shè)備出現(xiàn)故障時，能及時向操作人員報警，并顯示故障設(shè)備是什么，以便維修人員進行維修。(5)設(shè)置緊急停止按鈕，在非故障特殊情況下，便于工藝過程緊急停止，以保護設(shè)備或方便檢驗員進行系統(tǒng)檢驗。2.2.2系統(tǒng)的控制方式污水處理自動控制系統(tǒng)的控制方式主要是順序控制，即整個工藝流程按一定順序進行。對于順序控制，操作員需要隨時監(jiān)控系統(tǒng)，并在故障發(fā)生時及時做出反應(yīng)。對于順序控制來說，它的優(yōu)勢在于控制的使用，可以直觀的觀察整個過程流程，也可以直觀的知道當前的流程是什么。缺點在于順序控制過程中有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致整個工藝流程的停止。然而，在這種情況下，并不缺乏保護設(shè)備的方法。污水水質(zhì)檢測：從污水進入開始就應(yīng)設(shè)計一個報警器，因為并不是所有污水都是可以經(jīng)過沉淀除鹽除磷漂白過程后就能排入河流的，所以污水進入成電池之前先應(yīng)經(jīng)過一個報警裝置，若報警裝置觸發(fā)即表明此類污水無法進行處理，應(yīng)該另尋它法進行處理。自動控制及其數(shù)據(jù)上傳功能：在污水進入每一個流程之前應(yīng)該加入一個反饋器，用來檢測污水此階段處理是否達標，若不合格首先加入試劑進行二次處理，若處理后任然達不到要求，應(yīng)通過反饋器反饋給觀測工人，以做進一步的人工處理。在程序運行過程中單個循環(huán)鎖定聯(lián)動到整個流程鎖定，以用來保護其他裝置不被損壞。完成此步驟只需在每個流程加裝保護器，及同（2）中的反饋器連接的控制系統(tǒng)，反饋器做出反饋報警時候控制系統(tǒng)無需人控制即刻啟動將程序暫停。在設(shè)備故障時反饋器像監(jiān)測人員反應(yīng)，并且通過小燈表明是哪一環(huán)的哪一個工作器出現(xiàn)問題，利于工作人員檢修排查，此環(huán)節(jié)相較簡單。緊急停止按鈕是每一個自動控制工廠或者說是流程上必不可少的一環(huán)，為了應(yīng)對緊急突發(fā)情況，我們可以設(shè)計一個總流程上的急停按鈕，即為觸發(fā)后整個流程停止工作，防止如：工作人員掉入污水中裝置無法停止造成傷亡的情況。

第三章污水處理自動控制系統(tǒng)程序設(shè)計在本論文中，主要使用S7-200系列PLC來實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)需要的功能，根據(jù)系統(tǒng)的需求,針對整個流程中每個部分的控制要求和已完成的控制電路的整體設(shè)計,來進行系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計。3.1控制系統(tǒng)組成考慮到經(jīng)費因素和軟件的易于學(xué)習(xí)程度，本系統(tǒng)最終選用S7-226型號的上位機。PLC選用西門子公司的S7-200。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。I/O通信點PLC上位機I/O通信點PLC上位機圖3.1污水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2組態(tài)軟件的選擇監(jiān)控系統(tǒng)就是要實現(xiàn)遠程操控室和現(xiàn)場設(shè)備的快速通信,從而對任何狀況實現(xiàn)準確操作。因此選擇具備以下三項基本功能的紫金橋組態(tài)軟件：（1）數(shù)據(jù)顯示：組態(tài)界面可以顯示數(shù)據(jù)變化，能夠?qū)崟r觀測變量的變化。（2）設(shè)備控制：可以遠程操控現(xiàn)場設(shè)備。（3）事件記錄：要能自動完成對現(xiàn)場的監(jiān)控和報警處理。3.3PLC中CPU的選擇考慮到經(jīng)費，運行系統(tǒng)環(huán)境以及現(xiàn)實情況，設(shè)備配合適配程度。在經(jīng)過深度比較之后，此篇文章所用的系統(tǒng)最終確定在用德國西門子公司的S7-200系列來滿足所有的運作。由于污水處理自動控制系統(tǒng)所需要的I/O點數(shù)是可以計算的，由計算可得共有6個輸入信號，20個輸出信號，4個模擬量輸入。CPU226系列共有24個輸入信號，16個輸出信號，無模擬量輸入，無法完成系統(tǒng)所要求的點數(shù)，所以必須外接拓展模塊。在嚴謹計算之后，包括10％的冗余點數(shù)在其之中，還需增加6個輸出信號。如此說來針對污水處理自動控制系統(tǒng)即可選擇數(shù)字量擴展模塊為6ES7223-1BM22-0XA8EM22332入/32出24VDC，模擬量擴展模塊選用EM231。保證持有足夠的冗余點數(shù)。詳細的上位機及其CPU組成結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示。CPU226EM223、EM231上位機圖3.CPU226EM223、EM231上位機

第四章污水處理自動控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計4.1PLC變量分配地址表PLC變量地址分配表如表4-1所示。表4-1PLC變量分配表輸入功能輸出功能模擬量采集對象I0.0總開Q0.0總開關(guān)aiw0沉淀池I0.1總關(guān)Q0.1污水閥aiw4除鹽池I0.2沉淀池進水Q0.2小車aiw8除磷池I0.3除鹽池進水Q0.4沉淀池排水a(chǎn)iw12漂白池I0.4除磷池進水Q0.5除鹽劑添加vd0沉淀池I0.5漂白池進水Q0.6攪拌vd4除鹽池Q0.7除鹽池取樣vd8除磷池Q1.0除鹽池排水vd12漂白池Q1.1加入除磷劑Q1.2攪拌Q1.3除磷池取樣Q1.4除磷池排水Q1.5漂白粉加入Q1.6攪拌Q1.7漂白池排水Q2.0沉淀-除鹽膜更換Q2.1除鹽-除磷膜更換Q2.2除磷-漂白膜更換Q2.3報警Q2.4漂白池取樣4.2污水處理自動控制系統(tǒng)PLC流程圖污水處理自動控制系統(tǒng)PLC程序流程圖如下圖4.1所示。圖4.1總體程序流程圖4.3主程序設(shè)計Network1//起保停LDI0.0OQ0.0ANI0.1=Q0.0開啟主程序并進行自鎖程序。Network2//污水漸入沉淀池LDQ0.0AI0.2CALLCHENDIANCHI：SBR0系統(tǒng)程序?qū)⑽鬯_始放入沉淀池程序之中。Network3//污水漸入除除鹽池LDQ0.0AI0.4CALLCHUYANCHI：SBR1系統(tǒng)程序?qū)⑽鬯_始放入除鹽池程序之中。Network4//污水漸入除磷池LDQ0.0AI0.6CALLCHULINCHI：SBR2系統(tǒng)程序?qū)⑽鬯_始放入除磷池程序之中。Network5//污水漸入漂白池LDQ0.0AI1.0CALLPIAOBAICHI：SBR3系統(tǒng)程序?qū)⑽鬯_始放入漂白池程序之中。Network6LDI0.4ITDAIW4,VD4DTRVD4,VD4-R6400.0,VD4/R25600.0,VD4-R0.16,VD4除鹽池中取水體樣品檢測程序，拿出除鹽池之中的部分污水，用來檢測污水的受染程度。Network7LDI0.2ITDAIW8,VD8DTRVD8,VD8-R6400.0,VD8/R25600.0,VD8-R0.16,VD8除磷池中取水體樣品檢測程序，拿出除磷池之中的部分污水，用來檢測污水的受染程度。。Network8LDI0.2ITDAIW12,VD12DTRVD12,VD12-R6400.0,VD12/R25600.0,VD12-R0.16,VD12漂白池中取水體樣品檢測程序，拿出漂白池之中的部分污水，用來檢測污水的受染程度。Network9//污水位置超過既定標準報警LDR>=VD0,90.0OR>=VD4,90.0OR>=VD8,90.0OR>=VD2,90.0=Q2.3每污水達到系統(tǒng)能承受的百分之九十位置時還沒有停止蓄水就發(fā)出警報，且立即終止系統(tǒng)，并且亮燈顯示位置。4.4子程序設(shè)計主要程序是完整的一PLC系統(tǒng)最重要的運行方法，更細致的程序是：此程序一共擁有4個子程旭在其中，各個分為沉淀池的子程序、除鹽池的子程序、除磷池的子程序、漂白池的子程序，各個子程序做的都是和它們名稱相符合的作用功能，更顯然的程序在下面：1、CHENGDIANCHI子程序：沉淀池子的用處是把污水進行一開始的沉淀以及過濾，在能夠看到大的顆粒雜質(zhì)基本上過濾，主要的程序為：Network1//放入水記錄時間1minLDR>=VD0,70.0TONT37,600此部分網(wǎng)絡(luò)是計時器，在起始放水進入開始記錄，放入水的總量限制相當于水箱總量的百分之七十，它能夠記下的時間將用在之后的一些功能中。Network2//FUWEI程序（ZIWO復(fù)位程序，SHANGDIAN復(fù)位程序，KAIZHA復(fù)位程序）LDT37LDC0OSM0.1OQ0.4CTUC0,20程序的復(fù)位啟用條件：用計數(shù)器可記下T37的計數(shù)頻率次數(shù)，在T37記下20下的時候程序進行復(fù)位；程序上電將會是自己恢復(fù)位置；有開閥條件的時候自己恢復(fù)位置。Network3//5min達到時候開啟小車LDW=C0,5=Q0.2在整個運行過程之中，基礎(chǔ)設(shè)置沉淀池下面有一個傳送履帶在同時慢慢的工作運行，將沉淀池里面的大顆粒啊殘渣和垃圾、一些污水運到水箱下面等待的小車子里面，每過5mins，，小車車就會自己開動，在裝滿了雜質(zhì)和水污送走，送走的同時，下一個車車將會自己開到水箱的底下等著。Network4//排出污水LDC0=Q0.4 沉淀完畢然后將污水送到下一個池子之中。Network5//排出水計時間LDQ0.4TONT41,600。在提取樣品之后開始排水，排放時間為1min，1min之后自己停止排水，排出的水將會流入除鹽池之中來經(jīng)過除鹽整個過程的處理，在兩個池子接通的管道里，還安排一個除鹽膜子，放出的水將要過這個膜子來細分子再一次過濾。Network6//排水的記數(shù)LDT41LDC4OSM0.1OQ2.0CTUC4,30Network7//排水三十次之后將換膜LDC4=Q2.0完成了三十次排水任務(wù)后，將要智能更變兩池子之間的管道中的過濾的膜。Network8//停止水的信號LDR>=VD0,80.0=Q0.1如果整體的水位大于百分之八十的時候，將要終止污水閥門不讓污水繼續(xù)進入。2、CHUYAN池子子程序：除鹽池大體面對的是污水強酸化成都的S元素和它進行反應(yīng)之后的S化物的成為。主要有：Network1//進入污水計時1minLDR>=VD4,70.0TONT38,600此部分十一個記錄時間的計時器，當進入污水開啟計時，進入的污水量最多不超過總體的百分之七十，它所用來記錄的時間會用在后面的一些功能里。Network2//FUWEI程序（ZIWO復(fù)位程序，SHANGDIAN復(fù)位程序，KAIZHA復(fù)位程序）LDT38LDC1OSM0.1OQ1.0CTUC1,20程序的復(fù)位啟用條件：用計數(shù)器可記下T37的計數(shù)頻率次數(shù)，在T37記下20下的時候程序進行復(fù)位；程序上電將會是自己恢復(fù)位置；有開閥條件的時候自己恢復(fù)位置。Network3//采集樣品LDW=C1,1=Q0.7拿污水來采取樣品，放到采樣器里面去進行受污染的程度比較。Network4//LDR>=VD4,50.0=M0.0Network5//加入劑量合適的除污品LDM0.0LPSAT44=Q0.5LPPTONT44,1200在采集樣品的污水完成比較后，得到為污水污染程度大于標準值百分之五十之上，可再加除污藥兩分鐘。Network6//LDR>=VD4,10.0AR<=VD4,50.0=M0.1Network7//加藥1minLDM0.1LPSAT45=Q0.5LPPTONT45,600每每采集樣品道采集樣品器皿和標準值比較之后，得到污染程度再標準百分之是到五十之間時，加除污劑1min。Network8//一邊加入藥劑一邊攪拌LDQ0.5=Q0.6在上面兩個檢驗通過后再加如藥劑，加入藥劑的歷程之中一起開啟攪拌器一同攪拌。Network9//LDR<=VD4,10.0=Q1.0在攪拌完成以后就污水采集樣品，如果污染程度大于百分之十，那就繼續(xù)按照之前所說的2種法子加除污藥劑攪拌，如果污水的污染程度小于百分之十，就將污水排出。Network10//排水記錄數(shù)LDQ1.0TONT42,600排水記錄時間1min。Network11//排水換膜六十次。LDT42LDC5OSM0.1OQ2.1CTUC5,60Network12//LDC5=Q2.1六十次排水之后將兩池子之間的管道中的膜進行替換。Network13//止水條件LDR>=VD4,80.0=Q0.4在除鹽池蓄水箱子的位置超過百分之八十的時候止住污水閥門不讓其繼續(xù)進入污水。3、CHILIN池子子程序：除磷池子作用于的大體為污水過度營養(yǎng)化的P元素剝離。主要有：Network1//放水記錄時1minLDR>=VD8,70.0TONT39,600此部分十一個記錄時間的計時器，當進入污水開啟計時，進入的污水量最多不超過總體的百分之七十，它所用來記錄的時間會用在后面的一些功能里。Network2//FUWEI程序（ZIWO復(fù)位程序，SHANGDIAN復(fù)位程序，KAIZHA復(fù)位程序）LDT39LDC2OSM0.1OQ1.4CTUC2,20程序的復(fù)位啟用條件：用計數(shù)器可記下T37的計數(shù)頻率次數(shù)，在T37記下20下的時候程序進行復(fù)位；程序上電將會是自己恢復(fù)位置；有開閥條件的時候自己恢復(fù)位置。Network3//采集樣品 LDW=C2,1=Q1.3拿污水來采取樣品，放到采樣器里面去進行受污染的程度比較。Network4//LDR>=VD8,50.0=M0.2Network5//加入劑量合適的除污品LDM0.2LPSAT46=Q1.1LPPTONT44,1200在采集樣品的污水完成比較后，得到為污水污染程度大于標準值百分之五十之上，可再加除污藥兩分鐘。Network6//LDR>=VD4,10.0AR<=VD4,50.0=M0.3Network7//加藥1minLDM0.3LPSAT47=Q1.1LPPTONT45,600每每采集樣品道采集樣品器皿和標準值比較之后，得到污染程度再標準百分之是到五十之間時，加除污劑1min。Network8//一邊加入藥劑一邊攪拌LDQ1.1=Q1.2在上面兩個檢驗通過后再加如藥劑，加入藥劑的歷程之中一起開啟攪拌器一同攪拌。Network9//LDR<=VD8,10.0=Q1.4在攪拌完成以后就污水采集樣品，如果污染程度大于百分之十，那就繼續(xù)按照之前所說的2種法子加除污藥劑攪拌，如果污水的污染程度小于百分之十，就將污水排出。Network10//排水記錄數(shù)LDQ1.4TONT43,600排水記錄時間1min。Network11//排水換膜六十次LDT43LDC6OSM0.1OQ2.2CTUC6,60Network12//LDC6=Q2.2六十次排水之后將兩池子之間的管道中的膜進行替換。Network13//止水條件LDR>=VD8,80.0=Q1.0在除鹽池蓄水箱子的位置超過百分之八十的時候止住污水閥門不讓其繼續(xù)進入污水。4、PIAOBAI池子子程序：漂白池是為了將之前經(jīng)歷過的除鹽除P完畢后的污水在經(jīng)過殺菌消毒然后排出，主要是：Network1//放水記錄時1minLDR>=VD12,70.0TONT40,600此部分十一個記錄時間的計時器，當進入污水開啟計時，進入的污水量最多不超過總體的百分之七十，它所用來記錄的時間會用在后面的一些功能里。Network2//FUWEI程序（ZIWO復(fù)位程序，SHANGDIAN復(fù)位程序，KAIZHA復(fù)位程序）LDT40LDC3OSM0.1CTUC3,11程序的復(fù)位啟用條件：用計數(shù)器可記下T37的計數(shù)頻率次數(shù)，在T37記下20下的時候程序進行復(fù)位；程序上電將會是自己恢復(fù)位置；有開閥條件的時候自己恢復(fù)位置。Network3//采集樣品LDW=C3,1=Q2.4拿污水來采取樣品，放到采樣器里面去進行受污染的程度比較。Network4//LDR>=VD12,50.0=M0.4Network5//加入劑量合適的除污品2minLDM0.4LPSAT48=Q1.5LPPTONT48,1200在采集樣品的污水完成比較后，得到為污水污染程度大于標準值百分之五十之上，可再加除污藥兩分鐘。Network6//LDR>=VD12,10.0AR<=VD12,50.0=M0.5Network7//加除污劑1min。LDM0.5LPSAT49=Q1.5LPPTONT49,600每每采集樣品道采集樣品器皿和標準值比較之后，得到污染程度再標準百分之是到五十之間時，加除污劑1min。Network8//邊加入藥劑一邊攪拌LDQ1.5=Q1.6在上面兩個檢驗通過后再加如藥劑，加入藥劑的歷程之中一起開啟攪拌器一同攪拌。Network9//LDR<=VD12,10.0=Q1.7在攪拌完成以后就污水采集樣品，如果污染程度大于百分之十，那就繼續(xù)按照之前所說的2種法子加除污藥劑攪拌，如果污水的污染程度小于百分之十，就將污水排出。Network10//止水條件LDR>=VD12,80.0=Q1.4在漂白池子總體污水超過百分之巴士的時候終止污水閥門接著放入水。

第五章污水處理自動控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面設(shè)計5.1組態(tài)軟件介紹本文程序用的組態(tài)軟件是紫金橋?qū)Ｓ媒M態(tài)系統(tǒng)軟件，這個系統(tǒng)用的是紫金橋監(jiān)視控制組態(tài)系統(tǒng)軟件當上位置機器和PLC用操縱和表現(xiàn)。紫金橋組態(tài)的操縱頁面能夠生動創(chuàng)造、表現(xiàn)、監(jiān)控實際的運行情況、運行系統(tǒng)、現(xiàn)實的讀數(shù)和發(fā)生棘手問題的解決。它擁有許許多多的i/o口子，方便于和下面的采取集成裝置用來通訊。紫金橋組態(tài)軟件用的人和機器交流的頁面簡單好使用，可以簡潔的看到整個流程里面所需要用到的裝配設(shè)施。5.2污水處理自動控制系統(tǒng)點組態(tài)設(shè)計污水控制系統(tǒng)的組態(tài)點共有三十三個，里面有二十九個數(shù)字量，還有剩下的是四個模擬量，污水控制監(jiān)測系統(tǒng)點組態(tài)設(shè)計在圖5.1中表示。圖5.1污水處理監(jiān)控系統(tǒng)點組態(tài)5.3污水處理自動控制系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備驅(qū)動選擇污水控制自動防處理系統(tǒng)在驅(qū)動方面選擇在圖5.2中有所表示。圖5.2污水處理系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備驅(qū)動5.4污水處理自動控制系統(tǒng)組態(tài)畫面設(shè)計污水控制自動防處理系統(tǒng)在組態(tài)圖畫面在圖5.3之中有所表示。圖5.3污水處理系統(tǒng)組態(tài)畫面污水處理的自動控制系統(tǒng)組態(tài)的圖畫將包括于四個方面：總的開關(guān)、進水調(diào)節(jié)污水主要部分、警示反饋部分和在污水同步監(jiān)視部分，以下來著重于說處理污水、警示反饋和監(jiān)視部分。5.4.1污水處理主要流程介紹污水處理的主要流程在圖5.4之中表示，主要流程圖主要由四個水箱組成，是程序中對應(yīng)的四個污水處理池，從上到下分別是沉淀池、脫鹽池、除磷池和漂白池。每個水池對應(yīng)著PLC程序中不同的子程序，每個水箱都配有數(shù)字水位顯示器和旁邊的儀表水位機，可以直觀清晰地顯示水箱當前的水位。沉淀池中，在池底設(shè)置了一條移動緩慢的傳送帶，負責將沉淀等大型垃圾和沉淀池中沉淀產(chǎn)生的部分污水通過管道輸送到下方的小車上，以保持沉淀池底部的清潔，以免沉淀在底部卷起，造成沉淀后的污水排放時對水體造成二次污染。沉淀過程結(jié)束后，污水將排放到下一個水箱，即，。脫鹽罐，排水管由帶過濾膜的管道排出，沉淀池和脫鹽罐之間的過濾膜用于吸收不能直接沉入沉淀池的輕質(zhì)漂浮物，使用一段時間后，過濾膜會自動更換。在淡化池中，淡化池的主要凈化對象是導(dǎo)致水體酸化的鹽類物質(zhì)，水中含硫物質(zhì)的增加會使水體呈酸性，大多數(shù)生物無法在酸性環(huán)境中生存，酸性水對人體的危害也很大，水體酸化后會破壞水體中的生態(tài)系統(tǒng)，從而影響整個水環(huán)境。脫鹽池的工作方式是：當污水來自沉淀池時，首先對水體進行采樣，采樣功能是判斷水體的污染程度，采樣后的水體進入檢測器后，將水體的污染程度與檢測器中設(shè)定的額定值進行比較，如果采樣水體的污染程度超過額定值50%以上，直接反饋效果會在加試劑的時間上超過50%，加試劑的時間是兩分鐘，如果比較結(jié)果在10%和50%之間，加試劑的時間是兩分鐘，邊加試劑邊攪拌，攪拌后再取樣水，如果取樣結(jié)果還是和上面兩個結(jié)果一樣，繼續(xù)加藥攪拌，如果最終取樣結(jié)果低于10%，污水將被排放到下一個水箱，即除磷池的水箱，排放水管由帶過濾膜的管道排放，脫鹽池和除磷池之間的過濾膜用于吸附脫鹽池中反射后產(chǎn)生的硫化物固體和酸性溶液。過濾膜在使用一段時間后會自動更換。在除磷池中，主要的凈化物質(zhì)是磷，磷作為洗衣粉中使用的物質(zhì)在日常生活中被廣泛使用，但是如果使用含磷洗衣粉和其他含磷物質(zhì)后的水沒有除磷，很容易導(dǎo)致富營養(yǎng)化，但富營養(yǎng)化會導(dǎo)致水中藻類急劇增加，白天會大量結(jié)合產(chǎn)生氧氣，但由于藻類對水面的大面積覆蓋，產(chǎn)生的氧氣無法滲透到水中，在夜間，藻類會消耗水中大量的氧氣，造成惡性循環(huán)，使水中的生物因缺氧而死亡，死亡的動物尸體會被細菌分解，造成更嚴重的污染，因此除磷對污水處理非常重要。除磷池采用的方法與脫鹽池大致相同，當污水來自脫鹽池時，首先對水體進行采樣，采樣功能主要是判斷水體的污染程度，采樣后的水體進入檢測器后，將水體的污染程度與檢測器中設(shè)定的額定值進行比較，如果采樣水體的污染程度超過額定值50%以上，則直接反饋給加試劑時間50%以上，加試劑時間兩分鐘，如果檢測結(jié)果在10%到50%之間，加試劑時間兩分鐘，邊加試劑邊攪拌，攪拌后，再次對水進行采樣，如果采樣結(jié)果仍然與上述兩個結(jié)果相同，繼續(xù)加藥攪拌，如果最終采樣結(jié)果低于10%。污水將被排放到下一個水箱，即漂白槽的水箱，排水管由帶過濾膜的管道排出，脫磷槽和漂白槽之間的過濾膜用于吸收脫磷槽中反射后產(chǎn)生的雜質(zhì)和其他大分子物質(zhì)。過濾膜在使用一段時間后會自動更換。脫磷處理后，水將流入漂白池，這是污水凈化的最后一步，在漂白池中，為了保證反應(yīng)的充分進行，還采用了與除鹽池和除磷池相同的方法。最后的漂白處理是為了消毒殺菌，前兩部分凈化后，大部分化學(xué)物質(zhì)被去除，而污水中存在的各種細菌和微生物需要通過漂白池處理進行殺菌，以保證水體的安全，殺菌過程結(jié)束后，會取樣，水樣的目的是檢測漂白后的水是否達到國家標準，然后處理后的污水達到標準值后允許排放。圖5.4污水處理主流程圖5.4.2報警部分介紹報警的部分在圖5.5中表示，在報警部分，主要由兩部分組成，一部分是報警指示燈，一部分是報警記錄表。在報警部分，主要針對水箱水位的檢測和報警，即如果達到系統(tǒng)的額定水箱水位，當污水仍在放入水箱時，會產(chǎn)生報警信號，此時報警指示燈會閃爍，系統(tǒng)會強制停止整個工藝流程，關(guān)閉排污閥，保護設(shè)備。等待修理工完成修理，重新啟動即可。圖5.5報警部分5.4.3實時監(jiān)控部分實時監(jiān)控的部分在圖5.6表示，實時監(jiān)控曲線主要用于顯示工藝流程的實時動態(tài)，包括水位和試劑添加量。圖5.6實時監(jiān)控圖

第六章總結(jié)目前，世界上可供人們使用的淡水資源很少。雖然地球的70%被海洋覆蓋，但水資源是人類賴以生存的物質(zhì)。保護水資源是保護人類的根本物質(zhì)。今年以來，隨著人類工業(yè)過程的不斷發(fā)展，在發(fā)展地圖上，發(fā)展帶來的問題逐漸浮出水面，一個是能源問題，一個是環(huán)境污染問題。在環(huán)境污染問題中，最嚴重的兩個是空氣污染和水污染，這兩個問題都與人們的生活密切相關(guān)，所以現(xiàn)在人們越來越重視污染問題，尤其是環(huán)境污染和水污染。造成水污染的因素很多，比如垃圾直接排放造成的直接污染；廢棄電池亂扔造成的地下水源重金屬；各種化學(xué)品特別是含硫化學(xué)品造成的汽車尾氣排放和水酸化；含磷洗衣液引起的水體富營養(yǎng)化。了解水污染的原因后，結(jié)合所學(xué)知識，特編此文。本文介紹了當前水污染控制的環(huán)境，說明水污染已經(jīng)成為一個不容忽視的問題。目的是利用PLC自動控制程序完成污水的凈化處理。以除磷、除硫和消毒殺菌為例，制定了一套適用于處理生活污水和部分工業(yè)污水的處理程序。為了便于理解，本文對程序進行了系統(tǒng)的描述。為了操作方便，設(shè)計了符合程序的組態(tài)監(jiān)控軟件，利用組態(tài)對污水處理過程進行操作和監(jiān)控。最終達到凈化污水的目的。在系統(tǒng)設(shè)計初期，由于軟件理解不透徹，使用困難，編寫了錯誤的程序，將污水處理過程和煙氣處理過程結(jié)合起來，未能實現(xiàn)污水處理功能。經(jīng)過一系列網(wǎng)上查詢和相關(guān)文獻，初步確定了流程。在編程過程中，由于使用了大量的順序控制，如何確定工藝順序也是一個關(guān)鍵點。而且因為自動控制，硬件的選擇也很重要。在考慮了經(jīng)濟性和實用性等諸