基于PLC的污水處理系統(tǒng)

常州工程學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書SJ006-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY畢 業(yè) 設 計 說 明 書題目： 基于PLC的污水處理系統(tǒng) 二級學院： 電子信息與電氣工程學院 專 業(yè)： 自動化 班級： 10自二 學生姓名： 孫凱 學號： 10020624 指導教師： 高敏 職稱： 講師 評閱教師： 職稱： 2014年 5 月3摘 要 本論文研究的主要是用PLC控制污水的處理。環(huán)境問題隨著城市的快速發(fā)展也顯得越發(fā)的嚴重。其中一個重要因素是污水的破壞，污水處理自控系統(tǒng)在國內(nèi)相對落后，經(jīng)污水站排放的污水水質(zhì)并不好，而且污水處理的成本很高，所以具有重要的意義是建立有效的自控系統(tǒng)以及優(yōu)化其運行效果。文章介紹了PLC控制系統(tǒng)的工作原理，硬件結(jié)構(gòu)以及設計設計PLC系統(tǒng)控制的步驟和基本原理。然后為了說明PLC在污水處理過程中的應用，以SBR污水處理工藝做為例子。先根據(jù)污水處理要求，設計了主要包括設備的啟停、狀態(tài)信號等設備的電氣控制與自動控制線路。最后按照工藝要求設計包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以及按照污水處工藝編制PLC程序等的PLC控制系統(tǒng)，。 為了可以加強整個系統(tǒng)的可靠性、準確性，節(jié)約能源和降低處理成本，減少勞動強度，可以建立高度自動化污水處理站。污水處理站的自控處理系統(tǒng)的建設具有了如上的優(yōu)點后將會很大力度的使國內(nèi)的環(huán)境及經(jīng)濟改觀。關(guān)鍵詞：污水處理；硬件配置；PLC；軟件設計AbstractThis thesis is mainly controlled by PLC sewage treatment. With the rapid development of urban environmental problems also becomes more serious . One important factor is the destruction of sewage , sewage treatment automatic control system in China is relatively backward , sewage station after discharge effluent quality is not good , but the high cost of wastewater treatment , so has important significance is to establish an effective and optimized automation system its operating results.This paper introduces the working principle of the steps and the basic principles of PLC control system hardware architecture and Design PLC system control . To illustrate the application of PLC and the sewage treatment process to SBR wastewater treatment process as an example. According to the first sewage treatment requirements, the design of the equipment including start and stop , status signals and other electrical control equipment and automatic control circuits. Finally, in accordance with the requirements of the design process , including the selection of PLC, configure system resources and process wastewater prepared in accordance with procedures of PLC PLC control system .To be able to strengthen the overall system reliability , accuracy, save energy and reduce processing costs, reduce labor intensity , you can create highly automated wastewater treatment plant . Building automation processing system having a sewage treatment plant after the above advantages will be a great effort to make the country s environmental and economic change.Key words : sewage treatment ; hardware configuration ; PLC; software design目錄摘要Abstract第1章 緒論11.1課題背景11.2 課題研究目的和意義11.3本文研究的主要內(nèi)容2第2章 污水處理的工藝流程32.1 常用的污水處理工藝32.2 SBR的結(jié)構(gòu)及工作原理32.3 污水處理工藝過程闡述42.4 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)的總體設計5 2.4.1 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)設計要求5 2.4.2 設計過程5 2.4.3 控制系統(tǒng)方案設計6 2.4.4 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計71. 主電路設計72. 攪拌機電路的設計7第3章 電氣控制系統(tǒng)方案的選擇及硬件設計93.1 PLC的簡單介紹9 3.1.1 PLC的工作原理9 3.1.2 循環(huán)掃描技術(shù)93.2 PLC的總體設計9 3.2.1 PLC的選型9 3.2.2 Fx2n的簡介10 3.2.3 PLC的I/O分配11 3.2.4 I/O設備確定133.3 交流控制電路設計133.4 主要參數(shù)計算153.5 PLC控制電路設計153.6 電控箱布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖的設計16第4章MCGS組態(tài)軟件在本系統(tǒng)中的應用184.1對上位機監(jiān)控軟件的要求184.2上位機設計18 4.2.1定義數(shù)據(jù)對象19 4.2.2主畫面的設計204.2.3 實時報警234.2.4 設備與變量連接234.2.5 程序調(diào)試運行及安全機制244.4 本章小結(jié)25第5章總結(jié)26參考文獻27附錄28I緒論第1章 緒論1.1課題背景地球上雖然有70.8的面積被水所覆蓋，但淡水資源極其有限，人類真正能夠利用的只有江河湖泊和地下水中的一部分，這僅占地球總水量的0.26，且分布不均。全世界每天約有200噸垃圾倒進河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染8升淡水。世界上許多國家正面臨水資源危機： 12億人用水短缺，30億人缺乏用水衛(wèi)生設施1。我國污水處理行業(yè)概況:(1) 我國水資源的人均占有量較少，空間的分布不平均。隨著我國城市化以及工業(yè)化的不斷加速，水資源需求缺口也在日益增大。在這樣背景下面，污水處理業(yè)成為了新興產(chǎn)業(yè)，與自來水的生產(chǎn)、供水、中水回用、排水行業(yè)處于同等重要的地位。(2) 雖然國家與各級政府對環(huán)境的保護重視的程度不斷提高，我國污水處理業(yè)正在迅速增長，污水處理的總量在逐年增加，城鎮(zhèn)污水的處理率不斷的提高。但目前我國污水處理業(yè)仍然處于發(fā)展初級階段。(3) 一方面，我國目前污水處理的能力跟不上用水的規(guī)模迅速擴張，污泥處理、管網(wǎng)等配套設施建設的嚴重滯后。另外一方面，我國的污水處理率和發(fā)達國家相比較，還是存在著明顯差距，而且處理設施負荷率比較低。(4) 因此我國應不斷完善污水處理政策法規(guī)，創(chuàng)建比較合理的污水處理的收費體系，建立監(jiān)管體制，扶植國內(nèi)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展從而推進污水處理業(yè)的市場化和產(chǎn)業(yè)化。污水處理業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。我國污水處理業(yè)因此迎來了高速發(fā)展期。1.2 課題研究目的和意義 我國污水處理的電耗為0.365kWh/m3、日本為0.304 kWh/m3、美國為0.243kWh/m3，因此建設符合我國具體情況的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會、保持我國經(jīng)濟高速發(fā)展具有重要意義。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴重。隨著社會的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設備對水質(zhì)要求越來越高。眾多跡象表面，水資源的短缺無疑將成為制約經(jīng)濟持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國越來越重視水的再利用和水處理，通過各類技術(shù)進一步的提高供水的質(zhì)量，提高經(jīng)濟的效益。而且工業(yè)污水處理的過程中，通過厭氧及好氧的處理，污水中沼氣、熱量等再生能源便可以為工業(yè)的生產(chǎn)提供二次的能源，從而真正的實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、變廢為寶目的。伴隨著環(huán)境保護這些呼聲愈來愈高，工業(yè)污水的處理已然體現(xiàn)出它的緊迫性與必要性，對于各類污水進行處置之后排放成為了各企業(yè)的基本要求。在工廠工業(yè)廢水處理的過程中，廢水來源不穩(wěn)定及工廠中的各種污水成分的復雜性，對于工業(yè)廢水處理工藝及控制方式等提出了較高的要求。PLC作為一種新型的工業(yè)控制器,以其通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴展方便、性能價格比高等一系列優(yōu)點,在工業(yè)控制中得到越來越廣泛的應用,在自來水處理中也得到一定程度的推廣，而且在其穩(wěn)定性、高自動化程度的不斷加強，使得其成為城市自來水處理自動化方面的首選。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文論述了污水處理工藝及污水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)的設計， 主要由以下內(nèi)容組成：(1) 介紹了污水處理的基本內(nèi)容，包括污水處理的發(fā)展及污水處理的工藝流程。(2) 介紹了PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對污水處理控制系統(tǒng)進行設計分析。(3) 具體設計污水處理的硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)。37污水處理的工藝流程第2章 污水處理的工藝流程2.1 常用的污水處理工藝常見的污水處理方法物理法：機械或物理的分離進程。積淀,過濾, 上浮,離心分離等化學法：參加化學物質(zhì)與污水中有害物質(zhì)發(fā)生的化學反映轉(zhuǎn)化過程。氧化, 中和,還原,混凝, 分解,化學沉淀等物理化學法：有物理化學分離過程。吹脫,氣提, 萃取,吸附,離子交換, 反滲入滲出,電解電滲析等生物法：有微生物在廢水中對于有機物進行了氧化,分解新陳代謝的過程。生物濾池,活性污泥, 氧化塘,生物轉(zhuǎn)盤,厭氣消化等污染物的生物化學轉(zhuǎn)化技巧：1、活性污泥法：SBR、AO、AAO、氧化溝等2、生物膜法：生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化池等3、厭氧生物處理法：厭氧消化、水解酸化池、UASB等4、天然前提下的生物處理法：穩(wěn)定塘、生態(tài)體系塘、土地處理法污染物的化學轉(zhuǎn)化技術(shù)：1、中和法：酸堿中和2、化學沉淀法：氫氧化物沉淀、鐵氧體沉淀、其他化學沉淀3、氧化還原法：藥劑氧化法、藥劑還原法、電化學法4、化學物理消毒法：臭氧、紫外線、二氧化氯、氯氣、次氯酸鈉溶解態(tài)污染物的物理化學分離技術(shù)：1、吸附法2、離子交換法3、膜分離法：擴散滲析、電滲析、反浸透、超濾、納濾、微濾4、其余分離方法：吹脫和藹提、萃取、蒸發(fā)、結(jié)晶、冷凍2.2 SBR的結(jié)構(gòu)及工作原理本文中的污水處理采用SBR污水處理工藝，即序批式間歇活性污泥法。SBR采用時間分割的操作方式替代傳統(tǒng)的空間分割方式，可以適應工業(yè)生產(chǎn)連續(xù)產(chǎn)生大量污水的特點。SBR廢水處理系統(tǒng)分別由粗細格柵除污池、集水池、SBR反應池、儲泥池、水泵、鼓風機和電動閥門等部分組成，在粗細格柵除污池、集水池、SBR反應池、儲泥池中分別設置液位開關(guān)，用以檢測水池與水箱中的液位。本文采用4個SBR池循環(huán)處理的工藝，并結(jié)合PLC技術(shù)，以實現(xiàn)廢水處理的過程實時檢測及控制，從而保障生產(chǎn)的過程的連續(xù)性，從而降低勞動的強度。這種工藝是由四個池組成的，每一個SBR的處理周期都包括進水、沉淀、生化反應（曝氣）、排放等等工序，按照該序列中的SBR廢水間歇地進入每個反應步驟。曝氣使有氧，缺氧和厭氧狀態(tài)交替，最終達到脫碳，氨和氮的去除的目的。也有保證由風SBR的量。 SBR布局如圖2-1所示。圖2-1 SBR池布置圖在去除有機物池與傳統(tǒng)的活性污泥相同的氧合階段SBR反應機理。所不同的是操作，水，反應，沉淀，排水和污泥負荷步驟5運行在相同的反應容器中周期性地SBR。當污水進入反應罐，攪拌罐和廢水的有機物吸附膠團的污泥負荷，并開始可生物降解的。后上部的水沉淀后的反應逐漸變得清晰，使用水從潷析器將最終排出的污泥。2.3 污水處理工藝過程闡述(1) 進水進水閥門打開，污水通過粗格柵，經(jīng)過水泵，然后再經(jīng)過細格柵過濾，污水到達集水池，再根據(jù)控制要求，將集水池中的污水分步驟逐次地注入各個SBR反應池。(2) 反應反應工序是SBR工藝最重要的一道工序。當污水注入達到預定容積后，停止進水，空氣閥門打開，鼓風機啟動，開始曝氣，同時潛水攪拌機和回流污泥泵運行，可開始反應操作，如驅(qū)除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等7。根據(jù)反應需要達到的程度，進行曝氣和攪拌，并決定反應時間的長短。潛水攪拌機與曝氣系統(tǒng)混合使用，使能耗大幅度降低，充氧量明顯提高，創(chuàng)建水流，加強攪拌功能，防止污泥沉淀，有效防止沉淀。(3) 沉淀當SBR池停止曝氣以后，空氣閥門關(guān)閉，同時潛水攪拌機、回流污泥泵也停止運行。開始重力沉淀和泥水分離。(4) 排水SBR池達到高水位，并經(jīng)過沉淀工藝以后，上清液由潷水器緩慢排除池外。當池水位達到設定的最低水位時，潷水器停止運行。同時，剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至儲泥池。系統(tǒng)有4臺潷水器，分別位于4個SBR反應池內(nèi)。潷水器通過PLC可編程控制器實現(xiàn)自動控制。當SBR反應池的靜置時間結(jié)束，且液位滿足要求時，潷水器開始運行。2.4 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)的總體設計 2.4.1 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)設計要求(1) 系統(tǒng)的控制核心選用PLC，根據(jù)工藝的要求合理選配PLC機型和I/O接口。(2) 執(zhí)行自動工作方式，應能按照工藝要求編輯程序并可實時整定參數(shù)。(3) 驅(qū)動攪拌機為正、反轉(zhuǎn)雙向運行，因此要在PLC控制回路加互鎖功能。(4) PLC的接地應按手冊中的要求設計，并在圖中表示或說明。(5) 為了設備安全運行，考慮必要的保護措施，如電動機過熱保護、控制系統(tǒng)短路保護等。(6) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路。(7) 選擇電器元件、編制元器件目錄表。(8) 繪制接線圖、電控箱布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。(9) 采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序。2.4.2 設計過程(1) 系統(tǒng)由一臺粗格柵除污機，由時間間隔控制其開或者停。為了調(diào)試方便，設置開5S，關(guān)5S。粗格柵池有兩個浮球開關(guān)，分別標示著池中污水的液位上限值和下限值。如果液位達到上限值，前面的水泵1關(guān)閉，如果液位達到下限值，后面的水泵2關(guān)閉。(2) 兩臺水泵，水泵2和水泵3，由時間和浮球開關(guān)同時控制，當粗細格柵除污機工作時，水泵不工作，當粗格柵除污機不工作時兩臺水泵工作。細格柵池水位高時，關(guān)閉水泵3。(3) 細格柵除污機，由時間控制其開或者停。為方便調(diào)試，設置開5S，關(guān)5S。細格柵池有兩個浮球開關(guān)，分別標示著池中污水的液位上限值和下限值。如果液位達到上限值，前面的水泵3關(guān)閉，如果液位達到下限值，后面的調(diào)節(jié)閥2關(guān)閉，以維持系統(tǒng)的正常運行。(4) 皮帶運輸機在粗格柵除污機工作一定時間后開始工作，設置粗格柵除污機工作2S后，皮帶運輸機開始工作。粗細格柵除污機同用一臺皮帶運輸機。(5) 污水經(jīng)過細格柵除污機后進入集水池，當集水池處于低水位時，關(guān)閉集水池后面與其相連的所有閥門。集水池中應用4個浮球開關(guān)，實時監(jiān)測集水池中水位的變化，當水位非常高時，發(fā)報警信號。(6) 4個SBR池，每個池中都有2個浮球開關(guān)監(jiān)測池水的水位。SBR池內(nèi)進水閥門依次開啟，當1#SBR池水位升到一定液位后關(guān)閥門，然后開2#SBR池進水閥門，2#SBR池水位升到一定液位后關(guān)閥門，然后開3#進水閥門，依次類推。(7) 進水閥門關(guān)閉后，空氣閥門開啟，潛水攪拌器和回流污泥泵同時開啟。S B R池的水位有限制，水位太高會溢出池外，水位太低則不能滿足曝氣的要求， 因此設置水位保護。在進水階段，如達到高水位則停止進水，如水位太低則不曝氣重新進水。一定時間后關(guān)閉空氣閥門，潛水攪拌器和回流污泥泵也隨之關(guān)閉。(8) 空氣閥門關(guān)閉5S后，潷水器開始運行，將池內(nèi)的上清液排出，當SBR池液位下降到一定高度后停止運行。(9) 剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至儲泥池。儲泥池液位達到高液位后停止運行。(10) 當開啟一個空氣閥門時開啟一臺鼓風機，開啟兩個或三個空氣閥門時開啟兩臺鼓風機。(11) 脫水機按水處理工藝要求工作，單體為自動化組。2.4.3 控制系統(tǒng)方案設計(1) SBR廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機均由交流接觸器完成起、停控制，攪拌機要采用正、反轉(zhuǎn)控制。(2) 粗細格柵除污池、集水池、SBR反應池、儲泥池等的液位檢測開關(guān)，在選型時考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。(3) 粗細格柵除污機、各個水泵、鼓風機電動機、攪拌機分別采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護，其熱繼電器的常開觸點通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC的輸入信號，用以完成各個電動機系統(tǒng)的過載保護。(4) 鼓風機的控制要求在無負載條件下起動或停機，需要在曝氣管路上設置空氣閥。(5) 主電路用斷路器，各負載回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器，實現(xiàn)短路保護。(6) 電控箱設置在控制室內(nèi)?？刂泼姘迮c電控箱內(nèi)的電器板用BVR型銅導線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。(7) PLC選用繼電器輸出型。(8) PLC自身配有24V直流電源，外接負載時考慮其供電容量。PLC接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。2.4.4 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計1. 主電路設計 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖3-1所示。圖3-1 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分別控制格柵除污機M1、潷水器M2、鼓風機M3、剩余污泥泵M4、回流污泥泵M5；交流接觸器KM6、KM7控制潛水攪拌機M6，KM8、KM9控制集水池攪拌機，兩個攪拌機通過正、反轉(zhuǎn)完成對污水的攪拌功能。電動機M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7實現(xiàn)過載保護。 QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電源的作用，使用和維修方便。熔斷器Fu1、Fu2、Fu3、Fu4、Fu5、Fu6、Fu7分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。2. 攪拌機電路的設計在集水池中要用到攪拌機，主要實現(xiàn)的功能是使集水池的污水中所含物質(zhì)分布均勻，以便PH檢測傳感器能夠正確的檢測到水池中污水的PH值。攪拌機電路如圖3-3所示。圖3-3 攪拌機電路電氣控制系統(tǒng)方案的選擇及硬件設計第3章 電氣控制系統(tǒng)方案的選擇及硬件設計3.1 PLC的簡單介紹3.1.1 PLC的工作原理PLC與繼電器構(gòu)成控制的裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式的不同，并行運行是繼電器的控制方式，即輸出線圈如果斷電或通電，該線圈觸點立即動作，有幾個電器同時動作時就表示形成電流通路，但是PLC采用循環(huán)掃描技術(shù)則不同，它只有線圈斷電或通電，并且只有當程序掃描到線圈時，該線圈的觸點才會動作，而且每次只能執(zhí)行一條指令，這也就是說明PLC是以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的控制的觸點競爭和時序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個階段才能完成控制過程。3.1.2 循環(huán)掃描技術(shù)PLC循環(huán)掃描可分為3個階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設備）。(1) 輸入階段在這個階段中，PLC先進行自我診斷，然后與編程器或計算機進行通信，同時中央處理器掃描各個輸入端并讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們放到合適的輸入存儲單元。(2) 執(zhí)行程序的階段在此階段，PLC按照從頂部逐步執(zhí)行程序指令的底部的順序。從相應的輸入存儲單元讀出輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后基于該狀態(tài)程序內(nèi)部繼電器，定時器，計數(shù)器，數(shù)據(jù)寄存器和所得的計算結(jié)果數(shù)據(jù)的邏輯運算，并存儲相應的輸出存儲器單元的結(jié)果。實施這一階段進入輸出級后。在此程序的執(zhí)行，對輸入信號和該數(shù)據(jù)的狀態(tài)保持不變。(3) 輸出階段在這個階段，PLC輸出對應于輸出模塊發(fā)送和發(fā)送的輸出信號到外部設備的操作結(jié)果存儲單元中，通過輸出外部設備啟動控制模塊。3.2 PLC的總體設計3.2.1 PLC的選型本系統(tǒng)一共需要24個輸入/出點，設計中用到的是三菱公司出產(chǎn)的FX2N系列中的FX2N-48MR型號。FX2N系列是三菱PLC是FX家族中比較先進的系列。具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應用提供最大的控制能力和靈活性，F(xiàn)X2N高速度，所有的性能和方便的超小型編程器FX系列，檔次最高的等價的。除了第16至第25個點分開的目的，但也可以應用到該連接，模擬控制，定位控制，如一個數(shù)字特殊的目的，被設定為滿足不同的PLC的廣泛需要的基本部件之間的輸入。 3.2.2 Fx2n的簡介FX2N系列FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2N系列具有以下特點：最大范圍的包容性的標準功能，運行速度更快，全面補充了世界各地不同的國家，以滿足電力和很多特殊功能模塊的個性化需求，這對于通信功能的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。特殊功能為大量實際應用和發(fā)展制定了一系列特殊功能模塊，以滿足不同-模擬I / O ，高速計數(shù)器的各種需求。定位控制多達16個軸的脈沖串輸出或J和K型熱電偶或Pt開發(fā)的溫度傳感器模塊。對于每個FX2N主單元可配置總計8特殊功能模塊。網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡CC-Link的， PROFIBUS DP和DeviceNet網(wǎng)絡或者使用傳感器的水平來解決您的通信需求。其他特點內(nèi)置的24V直流電源24V， 400毫安直流電源可用于外圍設備，如傳感器或其它元件?？焖贁嚅_端子塊因為采用優(yōu)良的可維護性快速斷開端子塊，即使這樣，電纜可更換單元。時鐘功能和小時表功能在兩個實時時鐘所有的FX2NPLC標準。時間設置和比較指令易于操作。過程跟蹤和機器維護電度表功能提供了有價值的信息。連續(xù)掃描工作周期定義為應用程序需要連續(xù)掃描的時間。輸入濾波器的功能，可用于調(diào)整輸入信號的輸入濾波器的電平（在基本單元X000到X017 ） 。注釋記錄元素注解可以記錄在程序寄存器中。在線程序不會損失工作時間來改變程序或停止生產(chǎn)運行在線編輯。運行/停止開關(guān)到RUN / STOP開關(guān)面板上操作方便。遠程維護遠處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信，上載或卸載程序和數(shù)據(jù)進行監(jiān)測密碼保護使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序3.2.3 PLC的I/O分配表3-1 模擬量輸出地址分配表X0總開關(guān)開啟X1總開關(guān)停止X2SQ16X3SQ17X4集水池浮球LT10aX5集水池浮球LT10bX6集水池浮球LT10cX7集水池浮球LT10dX101#SBR池浮球LT20a高液位X112#SBR池浮球LT20b高液位X123#SBR池浮球LT20c高液位X134#SBR池浮球LT20d高液位X141#SBR池浮球LT20a低液位X152#SBR池浮球LT20b低液位X163#SBR池浮球LT20c低液位X174#SBR池浮球LT20d低液位X20儲泥池浮球LT30a高液位X24SQ12X25SQ13X26SQ14X27SQ15表3-2 數(shù)字量輸出地址分配表Y0粗柵格除污機Y1調(diào)節(jié)閥7Y2水泵2Y3水泵3Y4細柵格除污機Y5調(diào)節(jié)閥8Y6皮帶運輸機Y7排泥閥1Y10集水池液位報警Y11調(diào)節(jié)閥3Y12調(diào)節(jié)閥4Y13調(diào)節(jié)閥5Y14調(diào)節(jié)閥6Y151#SBR池空氣閥門、潛水攪拌機、回流污泥泵Y162#SBR池空氣閥門、潛水攪拌機、回流污泥泵Y173#SBR池空氣閥門、潛水攪拌機、回流污泥泵Y204#SBR池空氣閥門、潛水攪拌機、回流污泥泵Y211#SBR池潷水器Y222#SBR池潷水器Y233#SBR池潷水器Y244#SBR池潷水器Y251#SBR池剩余污泥泵Y262#SBR池剩余污泥泵Y273#SBR池剩余污泥泵Y304#SBR池剩余污泥泵Y311#鼓風機Y322#鼓風機Y33水泵1Y34調(diào)節(jié)閥2Y35酸液罐無藥液Y36堿液罐無藥液Y37排泥閥2Y40備用Y41PH值6.57.5Y42PH值34Y43PH值45Y44PH值56Y45PH值66.5Y46PH值7.58Y47PH值89Y50PH值910Y51PH值10113.2.4 I/O設備確定可編程控制器（PLC） 三菱 FX2N-48mr電機（水泵） 江林泵業(yè) WQ型 液位變送器 西安力敏 ND-21余氯儀 諾博科技 NSC100數(shù)字顯示儀表 力敏 LXMT600污泥泵 藍升 ZW排污泵3.3 交流控制電路設計 SBR污水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖3-2所示。圖3-1 SBR污水處理系統(tǒng)交流控制電路控制電路有電源指示HL。PLC供電回路采用隔離變壓器TC，以防止電源干擾。隔離變壓器TC的選用根據(jù)PLC耗電量配置，可以配置標準型、變比1：1、容量100VA隔離變壓器。粗細格柵除污機、潷水器1、潷水器2、潷水器3、潷水器4、鼓風機1、鼓風機2、剩余污泥泵1、剩余污泥泵2、剩余污泥泵3、剩余污泥泵4、回流污泥泵1、回流污泥泵2、回流污泥泵3、回流污泥泵4、潛水攪拌機1、潛水攪拌機2、潛水攪拌機3、潛水攪拌機4、集水池攪拌機，都有運行指示燈HL1HL21，由KM1KM9接觸器常開輔助觸點控制。幾臺電動機M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7的過載保護，分別由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7實現(xiàn)，將其常閉觸點并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護信號，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)換成直流24V信號送入PLC完成過載保護控制功能。3.4 主要參數(shù)計算斷路器QF脫扣電流。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載交流電動機，斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)有3kW負載電動機兩臺，起動電流較大，其余五臺為1.1kW以下，起動電流較小，而且工藝要求7臺電動機單獨起動運行，因此可根據(jù)3kW電動機選擇自動開關(guān)QF脫扣電流IQF：IQF1.7IN=1.76A10.2A10A，選用IQF10A的斷路器。熔斷器FU熔體額定電流IFU。以鼓風機為例，IFU2IN22.5A5A，選用5A的熔體。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。3.5 PLC控制電路設計 包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制原理電路設計。硬件結(jié)構(gòu)設計。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、負載的性質(zhì)等；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等；選擇適合的PLC機型及外設，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路原理圖，繪制PLC控制電路，編制I/O接口功能表。圖3-4為SBR污水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖。 圖3-2 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖PLC輸入回路中，信號電源由PLC本身的24V直流電源提供，所有輸入COM端短接后接入PLC電源DC24V的（）端。輸入口如果有有源信號裝置，需要考慮信號裝置的電源等級和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流電源，以防止電源過載損壞或影響其他輸入口的信號質(zhì)量。PLC采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為AC250V，2A。表1和表2分別為SBR污水處理系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。 3.6 電控箱布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖的設計電控箱電器板原件布置圖如圖3-5所示，電控箱電器面板元件布置圖如圖3-6所示。 圖3-3電控箱電器板元件布置圖 圖3-4電控箱電器面板元件布置圖常州工程學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書第4章MCGS組態(tài)軟件在本系統(tǒng)中的應用4.1對上位機監(jiān)控軟件的要求組態(tài)軟件上主要實現(xiàn)以下功能：(1) 對工藝系統(tǒng)進行集中監(jiān)控，實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、以及實時曲線、歷史曲線和報表輸出等；(2) 完成SBR內(nèi)相關(guān)設備的程序啟動、時間啟動等；(3) 實現(xiàn)集水池中酸堿液的自動添加；(4) 實現(xiàn)參數(shù)報警，使操作員在線了解各池中液位的變化情況。由于PH檢測傳感器、液位檢測傳感器等檢測到的模擬量不能傳入組態(tài)中，因此用數(shù)字量分段顯示污水的PH值。用浮球開關(guān)檢測污水的上下限值15。對監(jiān)控軟件的要求主要為：(1) 組態(tài)現(xiàn)場工藝流程畫面，要求生動、形象；(2) 在自動方式下，在現(xiàn)場有關(guān)條件滿足的情況下，可以通過中控室遠程控制各個開關(guān)；(3) 被控對象的參數(shù)要求加以范圍限制，超出范圍要求報警；(4) 要求顯示污水PH值的范圍。4.2上位機設計上位機設計包括：(1) 污水處理遠程計算機控制系統(tǒng)。它采用MCGS組態(tài)軟件來控制和管理組態(tài)軟件是用于構(gòu)建計算機監(jiān)控系統(tǒng)，并生成，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和顯示，報警處理，多種直觀的方式，如過程控制和報表輸出到用戶提供解決方案，以解決實際問題。 (2) 整個項目的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程監(jiān)控對象的特點，主要監(jiān)測要求和技術(shù)要求。(3) 工程的總體規(guī)劃和設想的擬定組建，主要是包括系統(tǒng)需要實現(xiàn)哪些功能?？刂屏鞒滩捎檬裁捶绞綄崿F(xiàn)，需要用的用戶的窗口界面，實現(xiàn)什么樣的動畫效果以及如何定義實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)變量等環(huán)節(jié)。還需要分析工程設備輸出通道的數(shù)據(jù)采集和實時數(shù)據(jù)庫和定義的變量之間的關(guān)系，變量必須分清哪些是與設備，哪些變量是用來傳遞用于實現(xiàn)動畫顯示數(shù)據(jù)和內(nèi)部軟件和連接等。上位機監(jiān)控畫面的設計：程序運行時首先進入主畫面，顯示污水處理的整個工藝流程，電機狀態(tài)畫面顯示各個開關(guān)量的狀態(tài)，液位報警窗口顯示各個污水池水位的高低，并發(fā)出報警信號，PH值顯示窗口顯示集水池中污水的PH值范圍，以便適時加入酸液或者堿液。期間如果用戶想對畫面進行操作，包括控制和更改參數(shù)，必須有操作員或者管理員的權(quán)限。在登入狀態(tài)下，不同的用戶有不同的權(quán)限，可以對給予授權(quán)的參數(shù)進行修改。在中央控制室的操作人員都可以對現(xiàn)場設備進行啟、?？刂啤?.2.1定義數(shù)據(jù)對象需要系統(tǒng)之前定義的數(shù)據(jù)對象來進行分析，以確定所需要的變量。數(shù)據(jù)對象是實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立一個定義過程數(shù)據(jù)對象的實時數(shù)據(jù)庫的過程。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：(1) 指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型等；(2) 確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。本系統(tǒng)需要的變量如圖5-1所示。（續(xù)圖）圖4-1 數(shù)據(jù)對象的定義4.2.2主畫面的設計主畫面顯示整個污水處理廠的工藝流程。顯示畫面顯示各個開關(guān)量的狀態(tài)。如果想知道的層面，電機狀態(tài)污水池的情況下，你可以切換到分屏。點擊“系統(tǒng)管理”下拉菜單中會出現(xiàn)“用戶窗口管理”，“退出系統(tǒng)”，點擊你想要實現(xiàn)的功能。在主屏幕上會出現(xiàn)“顯示窗口的PH值”，“水平顯示”，“電機狀態(tài)窗口”，“報警數(shù)據(jù)”，“數(shù)據(jù)”，“歷史數(shù)據(jù)”等菜單，點擊屏幕進入相應的操作。1. 編輯畫面首先進入畫面編輯環(huán)境，利用“插入元件”工具從元件庫中選擇所需要的閥門、泵、電機等設備，調(diào)整大小及位置，然后保存。畫完后如圖5-2所示。圖4-2 工藝流程主畫面2. 動畫連接(1)液位實時顯示動畫效果的制作插入滑動輸入器，雙擊設置，在操作屬性中設置“對應數(shù)據(jù)對象的名稱”為液位1，滑塊在最左面時對應的值為0，在右面時對應的值為10。刻度與標注屬性設置如圖5-3所示。運行時，將光標移至液位1滑動輸入的指針處，光標變成手形，按住鼠標想右拖動指針，液位顯示隨之發(fā)生變化。用這種方法可以人為模擬液位變化。圖4-3 刻度與標注屬性設置(2)液位升降動畫效果制作1) 在水位監(jiān)控畫面中雙擊粗格柵除污池，彈出屬性設置窗口，進入“動畫連接”頁如圖5-4所示。圖4-4 將水罐進行動畫連接2) 選中“折線”，右端出現(xiàn)的。3)單擊進入屬性設置窗口。在“大小變化”頁按圖5-5進行屬性設置。圖4-5 縮放連接4)單擊“確認”按鈕，完成粗格柵除污池的設置。5)用同樣的方法建立細格柵池與液位2之間的動畫連接。注意設置參數(shù)，表達式：液位2；最大變化百分比對應表達式的值：6。6)單擊“保存”按鈕。7)進入允許環(huán)境，拖動液位滑動器指針，可觀察到水罐水位的升降變化的動畫效果。同理?？稍O置其他幾個水池的升降動畫效果。4.2.3 實時報警實際運行時，可能會發(fā)生參數(shù)越極情況。報警顯示是最基本的安全手段。實時報警可提示操作人員進行及時處理，避免事故發(fā)生。歷史報警能對指定時間內(nèi)的所有參數(shù)越限情況進行記錄、顯示和打印，以便對系統(tǒng)運行情況進行分析。特別是在事故發(fā)生后，這種分析對于調(diào)查事故發(fā)生的原因很重要，本系統(tǒng)需設置報警的數(shù)據(jù)對象是液位組（包括液位1-9）。首先對組對象進行定義，然后雙擊“用戶窗口”中的“水位監(jiān)控”窗口，進入該畫面。選取“工具箱”中的“報警顯示”構(gòu)件。如圖5-6所示。圖4-6 報警窗口雙擊報警窗口，彈出屬性設置窗口，如圖5-7所示。圖4-7 報警窗口屬性設置4.2.4 設備與變量連接在工作臺“設備窗口”中雙擊“設備窗口”進入，點擊工具條中的“工具箱”圖標，點擊“設備管理”按鈕。在通用設備中選擇“通用串口父設備”和“三菱_FX系列編程口”，點擊確認。在設備管理中先雙擊“通用串口父設備”再雙擊“三菱_FX系列編程口”。使“三菱_FX系列編程口”成為“通用串口父設備”的子目錄。雙擊“通用串口父設備”設置如圖5-8所示。圖4-8 通用串口父設備屬性編輯4.2.5 程序調(diào)試運行及安全機制將PLC和組態(tài)環(huán)境進行連接，模擬調(diào)試是否滿足控制要求。工業(yè)過程控制中，應該盡量避免現(xiàn)場人為誤操作所引去的故障或事故，因為某些誤操作所帶來的后果可能是致命性的。安全機制是為防止人為誤操作建立的。避免操作的方法是對不同的操作、不同的人員規(guī)定不同的操作權(quán)限，使不具備操作權(quán)限的人員無法進行操作，從而使操作人員各司其職，減少誤操作的發(fā)生，提高系統(tǒng)安全性。 在MCGS中：(1) 可以定義無限多個用戶組；(2) 每個用戶中可以包含無限多個用戶；(3) 同一個用戶可以隸屬于多個用戶組。下面介紹安全機制的建立步驟：選擇工具菜單中的“用戶權(quán)限管理”，打開用戶管理器。默認定義的用戶：負責人；默認定義的用戶組：管理員組，如圖5-9所示。圖4-9 用戶權(quán)限設置 (1) 雙擊負責人，彈出“用戶屬性設置”窗口。設置用戶密碼和確認密碼；隸屬用戶組為：管理員組。單擊“確定”按鈕，回到“用戶管理器”窗口。(2) 單擊用戶組名列表域內(nèi)任意一個位置，進入用戶組編輯狀態(tài)，在窗口左下放出現(xiàn)“新增用戶組”按鈕。(3) 單擊“新增用戶組”按鈕，彈出“用戶屬性設置”對話框。進行如下設置，用戶組名稱：操作員組；用戶組描述：成員僅能進行一般操作；在用戶組成員組成員列表域的“負責人”前不打鉤，即負責人。(4) 單擊“確認”按鈕，回到“用戶管理器”窗口。此時用戶組列表多了一個操作員組。下面要為操作員組增加一個成員。(5) 單擊用戶名列表域任意位置，“新增用戶組”按鈕變成“新增用戶”按鈕，單擊，彈出“用戶屬性設置”對話框，設置參數(shù)。4.4 本章小結(jié)本章主要是按照上位機的設計要求，要考慮到保密及安全機制，對組態(tài)軟件進行編輯，對模擬環(huán)境進行設計。設計完成后與PLC相連，實現(xiàn)模擬調(diào)試?？偨Y(jié)第5章總結(jié)我之前在學校的圖書館里上網(wǎng)查找了有關(guān)方面的一些資料，搜集了很多關(guān)于污水處理方面的資料，包括污水處理的發(fā)展、現(xiàn)狀、工藝以及很多污水處理廠的信息。同時，我也借閱了一些PLC相關(guān)的書籍，進行了較為細致的分析，詳細了解被控制對象和控制要求，這樣才能真正明白自己所要完成的任務是什么。所以我首先對污水處理的工藝進行了細致的分析。通過學習得知污水處理有很多工藝，我選擇了一種自動化程度較高，工藝比較簡單的SBR法來進行我的設計。PLC集順序控制和過程控制于一體，具有可靠性高，使用方便、靈活，組網(wǎng)簡單的特點，是實現(xiàn)中小規(guī)模工業(yè)自動化的有力工具。在污水處理中，基于PLC的控制系統(tǒng)在實時性、可靠性、準確性等方面滿足了設計要求。本次設計利用了PLC的特點，對粗細格柵除污機、水泵、各種閥門等進行控制，從而實現(xiàn)了污水處理的自動化，保證了污水處理的順利進行。由于本設計基于理論來完成，再加上本人知識有限，在系統(tǒng)設計中還有很多缺陷。由于污水處理為滯后系統(tǒng)，實際運行和控制效果可能不會像理論這樣完善，還需要進一步對污水處理原理部分進行研究。致 謝這次畢業(yè)設計是在導師高敏的悉心指導和監(jiān)督下完成的，導師以其嚴謹?shù)膽B(tài)度以及淵博的知識為我指明了前進的道路，同時開拓了我的思路，豐富了所用的專業(yè)知識。在我完成畢業(yè)設計期間，高老師對我們的關(guān)心無微不至，從前期的選課題，撰寫開題報告，查找外文文獻以及后來的在實驗室調(diào)試等等，高老師都給予了我極大的幫助。在我遇到瓶頸的時候，高老師還給予了我極大的鼓舞。高老師的敬業(yè)精神與做人的原則是有目共睹的。所以，在這里我要由衷的感謝高老師，是她的諄諄教導讓我能夠順利的完成畢業(yè)設計，再次感謝高老師。這里還要感謝母校，母校的圖書館以及網(wǎng)上圖書館對我們的開放給予了我們極大的幫助，如果沒有圖書館理面豐富的資料，我想我的畢業(yè)設計不會這么順利的。感謝本文參考的論文文獻作者，有了你們提供文獻，就大大開拓了我的研究思想，這里對你們表示由衷的感謝。在完成論文的過程中，我還要感謝著整個電氣學院自動化的所有老師，感謝你們對我的培養(yǎng)。在大學的四年里，你們讓我受益匪淺。感謝同學們的幫助，有你們的陪伴讓我在遇到困難的時候可以毫不畏懼。感謝閱讀和評閱本文的老師們。最后，由衷的感謝參加答辯的老師，教授們！在這里祝福各位工作順利，生體健康。常州工程學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書參考文獻1夏宇聞.Verilog數(shù)字系統(tǒng)設計教程M.北京:北京航空航天大學出版社,2003.2王冠,黃熙,王鷹.VerilogHDL與數(shù)字電路設計M.北京:機械工業(yè)出版社,2005.3MichaelJohnSebastianSmith.Application-SpecificIntegratedCircuitsM.電子工業(yè)出版社,2004.4謝永瑞.VLSI概論M.北京:清華大學出版社,2002.5閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎M.北京:高等教育出版社,2002.6褚振勇,翁木云.FPGA設計與應用M.西安:西安電子科技大學出版社,2002.7徐欣.基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計M.北京:清華大學出版社,2004.8徐新陽,等.污水處理工程設計M.北京:化學工業(yè)出版社,2003.9廖常初.57-300/400PLC應用技術(shù)M.北京:機械工業(yè)出版社,2005.10丁桓如.工業(yè)用水處理工程M.北京：清華大學出版社，2005：188-24511錢達中.發(fā)電廠水處理工程M.北京：中國電力出版社，1998：151-19912胡雪林.可編程控制教程（提高篇）.M.北京：電子工業(yè)出版社，2005：5-3013高欽和.可編程控制器應用技術(shù)與設計實例M.北京：人民郵電出版社，2004：251-25814龔立新，方立友.工業(yè)組態(tài)軟件實用技術(shù)M.北京：清華大學出版社，2005：20-45附錄主程序梯形圖（續(xù)）主程序梯形圖（續(xù)）主程序梯形圖（續(xù)）主程序梯形圖（續(xù)）主程序梯形圖（續(xù)）主程序梯形圖（續(xù)）主程序梯形圖（續(xù)）主程序梯形圖（續(xù)）主程序梯形圖（續(xù)）