緒論1.1研究背景和意義人的日常生活離不開水的使用,水變得至關(guān)重要[3]。而今水的需求變得愈來愈多，但是,水資源雖然是可再生資源，由于水污染越來越嚴(yán)重，處理污水的工藝變得復(fù)雜不易執(zhí)行操作，國內(nèi)日趨成為淡水資源匱乏的國家。而且國內(nèi)的水資源分布不均勻，許多城市已經(jīng)呈現(xiàn)缺水狀況，這其中嚴(yán)重缺水的地區(qū)包括北方地區(qū),人均擁有量?jī)H有240噸。令人堪憂的是隨著淡水總量持續(xù)減少，用水的成本不斷升高,但仍有浪費(fèi)水的現(xiàn)象，且愈演愈烈。在國內(nèi)北方地區(qū)超采水資源已導(dǎo)致漏斗地勢(shì)、水位下降、湖泊干涸、河水蝦流、生態(tài)惡化等問題，因此，國內(nèi)現(xiàn)急需解決淡水資源短缺的問題[4]。人的進(jìn)步,社會(huì)的前進(jìn)發(fā)展，水資源變成了工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的影響因素之一。對(duì)水質(zhì)要求的提高使得生產(chǎn)工藝成本與生產(chǎn)設(shè)備變高，并且國內(nèi)工業(yè)用水費(fèi)用高,重復(fù)用水率低,導(dǎo)致水使用率不高[5]。目前城市的污廢水處理排放滿足標(biāo)準(zhǔn)的約為百分之十，剩余的廢污水都會(huì)直接排到河流大海中去。越來越嚴(yán)重的環(huán)境污染導(dǎo)致有限的水資源逐漸減少、水質(zhì)不斷變差,這無疑是“火上澆油”。有氣象學(xué)家預(yù)測(cè)道,2100年加劇全球變暖,戈壁灘涂會(huì)占據(jù)地表1/3的面積,到時(shí)候威脅人的生存就是大干旱，沒有水[6]。工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已刻不容緩，由于水污染的加劇。顯而易見,水資源的缺少制約了經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，是以水處理和水的再使用得到了世界各國愈發(fā)關(guān)注,經(jīng)由各種技術(shù)研發(fā)進(jìn)步加速提高了供水質(zhì)量,增加了經(jīng)濟(jì)效益。而且在工業(yè)污水處理過程期間,經(jīng)過處理厭氧和好氧,產(chǎn)生的熱量、沼氣等再生能源可為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，從而達(dá)成變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。鑒于大家支持并呼吁保護(hù)環(huán)境,工業(yè)污水的及時(shí)有效處理已突顯出其必要性和緊迫性,因此對(duì)企業(yè)的要求就是對(duì)各種污水進(jìn)行處理后排放。由于工廠中各種污水的成分分析的復(fù)雜性以及污水的源頭的不穩(wěn)定性,高要求對(duì)待工業(yè)污水處理的工藝技術(shù)和控制方式[7]。根據(jù)以上的分析設(shè)計(jì)了一套由主要控制部件為西門子S7-200PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)。本課題研究了污水處理控制系統(tǒng)PLC的硬件部分、控制方式和動(dòng)作原理以及功能的實(shí)現(xiàn)，通過控制系統(tǒng)對(duì)SBR污水進(jìn)行循環(huán)處理利用為案例。根據(jù)污水處理要求設(shè)計(jì)了一套處理電路圖以及I/O接線圖，通過列舉法列出流程圖，然后通過流程圖的實(shí)現(xiàn)編制PLC梯形圖，根據(jù)梯形圖進(jìn)行程序功能調(diào)試，最后為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫面采用了軟件組態(tài)王[8]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國在工業(yè)污水處理中很早就開始進(jìn)行研究，從“七五”到“九五”期間，我國在污水處理系統(tǒng)中研究出許多對(duì)于污水成分進(jìn)行分離的高科技成果，從最開始的集中處理，通過將污水集中到一個(gè)地方，通過對(duì)污水的沉淀，使水質(zhì)中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)進(jìn)行沉淀，再將沉淀彎成的水資源進(jìn)行其它方式的處理，使得水質(zhì)達(dá)到循環(huán)利用的標(biāo)準(zhǔn)[9]。慢慢的我國發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的處理方式無法滿足工業(yè)的巨大需求，繼而將污水處理轉(zhuǎn)換至利用生物膜對(duì)水資源進(jìn)行處理，其中最具代表性的是高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜、凈化氧化溝處理，這些高科技成果可以更有效的對(duì)污水進(jìn)行處理。這些科技在工業(yè)廢水處理中很快得到廣泛的使用。目前我國在污水處理方面取得很大的提高。國外的工業(yè)發(fā)展相對(duì)發(fā)達(dá)，他們?cè)诤茉缰熬桶l(fā)覺水污染的嚴(yán)重性，并在較早的時(shí)間就開始對(duì)水資源進(jìn)行處理，得到的成果也是很明顯的，他們的廢水處理利用率已經(jīng)高達(dá)百分之八十，其中最具完美的國家以色列污水處理已經(jīng)達(dá)到百分之九十[10]。1.3論文主要研究及安排本設(shè)計(jì)總共可分為六個(gè)部分來討論污水處理，具體如下：第一章，緒論是集中介紹了污水處理的意義及其研究背景的情況，還有污水處理的國內(nèi)外普遍發(fā)展的現(xiàn)實(shí)狀況。第二章，介紹了污水廠的系統(tǒng)組成，以及污水處理的分類，工藝流程和處理要求。第三章，使用西門子S7-200這個(gè)軟件，構(gòu)建出其主、控電路圖和外圍接線圖，并選用正確的畫圖軟件繪制出來，完成PLC的I/O分配表來達(dá)到污水被處理的目標(biāo)。第四章，定義了PLC內(nèi)部使用地址，確定實(shí)現(xiàn)控制條件，編寫程序，設(shè)計(jì)出其梯形圖。第五章，完成仿真的通信設(shè)定，建立所需的數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建完整的污水處理系統(tǒng)的畫面以及連接運(yùn)行。第六章，總結(jié)全文內(nèi)容，找出不足。

2系統(tǒng)的方案討論2.1污水處理介紹2.1.1按處理方法的性質(zhì)分通過物理降解方式處理法：首先進(jìn)行沉淀、大顆粒過濾、除去水面浮油、對(duì)廢水通氣去除雜質(zhì)、再通過離心力對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行分離、最后通過磁鐵吸附廢水中的金屬雜質(zhì)[11]。通過化學(xué)降解方式處理法：在廢水中加入凝結(jié)劑使雜質(zhì)凝結(jié)沉淀，利用酸堿中和使水質(zhì)PH達(dá)標(biāo)、加入氧化劑反應(yīng)去除有害元素[11]。通過物理和化學(xué)降解方式處理法：通過加入物質(zhì)進(jìn)行吸附、在加入化學(xué)試劑進(jìn)行離子交換、最后進(jìn)行萃取[11]。通過生物降解方式處理法：利用生物膜對(duì)廢水進(jìn)行分割，實(shí)現(xiàn)允許物質(zhì)通過，使得廢水去除大量雜質(zhì)[11]。2.1.2按照水況及處理污水的去向分Ⅰ級(jí)處理：格柵過濾處理選用不同大小的攔網(wǎng)進(jìn)行初步過濾，去除大量雜質(zhì)后對(duì)廢水進(jìn)行集中處理沉淀、在經(jīng)過集中水池去除沙礫，在對(duì)水池進(jìn)行充氣去除水中的浮游物質(zhì)[12]。Ⅱ級(jí)處理：化學(xué)中和處理（主體）通過加入不同的化學(xué)試劑將有害物質(zhì)不斷的經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換出來，對(duì)污水的危害不斷的降低[12]。Ⅲ級(jí)處理：降低污水中的雜質(zhì)和回水加工通過使用氧化劑讓污廢水中的有毒雜質(zhì)做氧化反應(yīng)，對(duì)污水沖入相應(yīng)的電位低的電子氣體進(jìn)行離子互換，通過高分子膜對(duì)重金屬離子進(jìn)行過濾[12]。對(duì)反應(yīng)不測(cè)底的污水進(jìn)行再次通過消毒池進(jìn)行二次反應(yīng)。2.1.3污水處理簡(jiǎn)化工藝流程污水處理需要經(jīng)過3個(gè)處理等級(jí)即：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)。Ⅰ級(jí)處理，通過過濾污水中的大雜質(zhì)和剩下的不能溶于水的物質(zhì)，通過簡(jiǎn)單的物理去除方式只能通過過濾或吸附去除，很難通過這種方式使得污水達(dá)到排放得標(biāo)準(zhǔn)，只能對(duì)污水進(jìn)行初步得處理[13]。Ⅱ級(jí)處理，通過技術(shù)手段使得污水中得溶解物質(zhì)吸附進(jìn)行沉淀，去除可溶物質(zhì)后，污水得雜質(zhì)基本排除，可以達(dá)到排放得標(biāo)準(zhǔn)[14]。Ⅲ級(jí)處理，這一級(jí)得處理也是很難進(jìn)行的同時(shí)也是成本耗費(fèi)最多的程序，通過一系列的化學(xué)手段和高科技的應(yīng)用，對(duì)水溶性的有害物質(zhì)進(jìn)行清除。組要方法通過離子交換法和電滲分析法等[15]。污水處理的整套流程，污水通過格柵將大顆粒進(jìn)行阻擋，在將處理的污水通過水泵抽到高處，通過流動(dòng)經(jīng)過細(xì)致過濾流到水坑進(jìn)行沉淀，這是第一步處理，然后通過科技膜對(duì)第一次處理的水坑中的水進(jìn)行可溶性物質(zhì)的降解，在流到第二個(gè)蓄水坑進(jìn)行沉淀，最后通過三級(jí)處理，對(duì)水中的有害離子繼續(xù)降解。2.2污水的Ⅰ級(jí)處理Ⅰ級(jí)處理：格柵過濾處理通過粗格柵及細(xì)格柵進(jìn)行過濾，對(duì)污水進(jìn)行自然沉淀和太陽光照射分解。一、調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池的作用：1.水中含有的雜質(zhì)過多，為了避免水流通過設(shè)備沉積過多導(dǎo)致設(shè)備損壞對(duì)污水進(jìn)行初步的處理。2.測(cè)試污水的PH值，為通過酸堿中和提供處理場(chǎng)地。3.露天的水池可以將高溫的污水進(jìn)行冷卻。二、格柵有不同的金屬網(wǎng)整齊的排列在污水經(jīng)過的渠道中，用來濾除污廢水中的大雜質(zhì)和不溶于水的物質(zhì)，不僅可以解決管道的堵塞問題，還可以降低人工打撈的成本。過濾的效果和格柵的間隙有關(guān)[16]。按規(guī)格分為：粗格柵的規(guī)格是50~100mm、中格柵的規(guī)格為10~40mm、細(xì)格柵的規(guī)格是3~10mm。三、沉砂池1.作用去除污水中的密度較大的雜質(zhì)，保護(hù)設(shè)備不受磨損，增加沉積物的含量，使得污泥的利用提高。2.沉砂池類型：①曝氣式沉砂池②平流式沉砂池曝氣式沉沙池：此方法使通過對(duì)水坑的一側(cè)通氣，利用氣流的推動(dòng)使得水池中的水不斷的旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程，漩渦中間的水流流動(dòng)慢，污泥沉積在中間，并且在水流旋轉(zhuǎn)的過程中，水中的懸浮物也變得更加均勻，方便后續(xù)的處理。平流式沉砂池：使水流通過一個(gè)大型的水池，水流從一端流進(jìn)水池，水池水量慢慢上升，再由另一端溢出，這樣污水流經(jīng)這個(gè)水池，污水中的顆粒會(huì)慢慢沉積在水池底部。從而達(dá)到雜質(zhì)和污水分離的目的[17]。平流式沉淀池與曝氣式沉淀池優(yōu)缺點(diǎn)：普通沉砂池的最大缺點(diǎn)不能有效的將污水中的有機(jī)物分離，使得水池中部的泥沙中含有很多的有機(jī)物，在氣溫較高的情況下，有機(jī)物夾雜在其中會(huì)發(fā)酵產(chǎn)生刺鼻的氣味，第二點(diǎn)，有機(jī)物會(huì)將雜質(zhì)攜帶漂浮在水中，不容易被旋轉(zhuǎn)的水流沉積在漩渦中部。曝氣沉砂池的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)大的水流動(dòng)力能將有機(jī)物和沙石有效的分開，在水流旋轉(zhuǎn)的情況下，有機(jī)物和沙石能更快的分離，并且充氣會(huì)使氧氣和有機(jī)物相結(jié)合更好的氧化，這種方式得到的沙石有機(jī)物含量極低，并不會(huì)產(chǎn)生太多的發(fā)酵氣體[18]。2.3處理要求污水通過進(jìn)水口流經(jīng)格柵，被格柵阻擋一些體積較大的懸浮物和雜質(zhì)，通過抽水泵將經(jīng)過格柵的污水送到除砂池中。在除砂池中使得污水再次通過孔距較小的格柵來限制水中的雜質(zhì)通過，在過濾掉基本的可見雜質(zhì)后將污水排放到氧化溝進(jìn)行處理。氧化溝通過在水池中加入不同的試劑進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)污水中的有毒雜質(zhì)進(jìn)行降解這里需要通過一系列的試劑來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。大部分的污水處理廠使用的化學(xué)試劑主要為復(fù)合堿。通過化學(xué)手段將水中不能通過一級(jí)處理方式過濾的雜質(zhì)進(jìn)行吸附沉淀，使得一些漂浮物快速的沉淀清除出去，在對(duì)污水進(jìn)行酸堿度測(cè)試，通過酸堿中和法將污水轉(zhuǎn)變成中性水。對(duì)于污水和化學(xué)試劑的反應(yīng)效果，通過檢測(cè)污水中的氧溶度，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過儀器輸出一個(gè)相對(duì)的數(shù)值電信號(hào)傳輸給PLC，PLC通過接收相應(yīng)的數(shù)值，判定程序設(shè)置的指令對(duì)水池中的氣體充入電機(jī)進(jìn)行功率的調(diào)節(jié)，當(dāng)給出的數(shù)值偏低時(shí)，PLC會(huì)發(fā)出一個(gè)加大電機(jī)功率的信號(hào)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，充氣排量增加來實(shí)現(xiàn)水中的氧含量增加，促進(jìn)污水的氧化反應(yīng)，反之，PLC會(huì)發(fā)出一個(gè)降低電機(jī)功率的信號(hào)，使得水池中的氧化反應(yīng)處于一個(gè)合適的程度，即可有效地提高水中的有害物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)，也可以降低電機(jī)的電能消耗。在水中的可見雜質(zhì)和漂浮就基本去除后，通過對(duì)污水進(jìn)行高高分子膜對(duì)污水進(jìn)行離心處理，使得污水達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)[19]。1）對(duì)污水的處理流程了解掌握；2）PLC與組態(tài)王之間使用到的元器件和編程的功能實(shí)現(xiàn)；3）使用組態(tài)王軟件的控制達(dá)到對(duì)污水的處理；4）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)污水處理過程的數(shù)據(jù)采集和處理；5）對(duì)污水的成分進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析；6）分析控制系統(tǒng)的有效性。2.4處理系統(tǒng)組成部分A/O法的目的主要時(shí)對(duì)污水中的氮元素進(jìn)行處理，這種工藝在目前應(yīng)用較為普及，通過對(duì)污水進(jìn)行封閉和通氧的手段使污水進(jìn)行硝化反應(yīng)，使得污水中的氮元素明顯降低。其工藝流程圖如圖2-1所示：圖2-1工藝流程2.5本章小結(jié)該章節(jié)主要研究的方向是污水系統(tǒng)和污水處理，以致了解污水廠的處理流程和處理原理。為下文利用西門子S7-200設(shè)計(jì)處理污廢水打下基礎(chǔ)，明確污水處理的具體方法與步驟。

3硬件設(shè)計(jì)3.1PLC的選取我們可以通過比對(duì)自己設(shè)計(jì)所需要達(dá)到的更能需要哪些元器件的組合以及在家在設(shè)計(jì)中消耗的成本問題選擇適合自己設(shè)計(jì)需求和應(yīng)用高效的PLC組件和適用的I/O接口元器件。本課題針對(duì)畢設(shè)需求，通過對(duì)I/O了解軟件的編寫要求以及程序的功能驗(yàn)證，使用市面上最流行的芯片S7-226當(dāng)主程序控制最核心元器件。該元器件和其他的單片機(jī)相比較就顯得它的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)傳輸更加強(qiáng)大，能夠快速的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為滿足今后的系統(tǒng)優(yōu)化功能，對(duì)原先的S7-226加裝了6EM235來保證足夠的引腳進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)[20]。3.2主電路圖構(gòu)建主電路圖如圖3-1、圖3-2所示。QF1是對(duì)整個(gè)線路實(shí)現(xiàn)通斷的總開關(guān)。FU1是起到過載保護(hù)的熔斷器。M1是第一道工序電機(jī)。QF2是第一道工序電機(jī)接線線路上的空氣開關(guān)。FU2是第一道工序電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。KM1是通過人工操控小電流線路來控制大電流線路的接通的接觸器，保證操作安全。FU3是第二道工序電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路以致不燒壞電機(jī)[21]。FR1是第一道工序電機(jī)發(fā)熱感應(yīng)控制器，防止電機(jī)過熱燒毀。M2是第二道工序電機(jī)。QF3是第二道工序電機(jī)接線線路上的空氣開關(guān)。FU3是第二道工序電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。KM3是通過手動(dòng)控制小電流線路來控制大電流線路的接通的接觸器，保證操作安全。FR3是第二道工序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路。圖3-1主電路圖（1）圖3-2主電路圖（2）M3是潛水泵1電機(jī)。QF4是潛水泵1接線線路上的空氣開關(guān)。FU4是潛水泵1電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。KM3是通過手動(dòng)控制小電流線路來控制大電流線路的接通的接觸器，保證操作安全[22]。FR3是潛水泵1電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路[23]。M4是潛水泵2電機(jī)。QF5是潛水泵2接線線路上的空氣開關(guān)。FU5是潛水泵2電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。KM4是通過手動(dòng)控制小電流線路來控制大電流線路的接通的接觸器，保證操作安全。FR4是潛水泵2電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路。M5是潛水泵3電機(jī)。QF6是潛水泵3接線線路上的空氣開關(guān)。FU6是潛水泵3電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。A1是控制潛水泵3的電樞繞組，PLC控制電機(jī)的頻率大小。KA5是泵3變頻器運(yùn)行的中間繼電器常開觸點(diǎn)，當(dāng)閉合時(shí)運(yùn)行變頻器[24]。FR5是潛水泵3電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路。M6是曝氣機(jī)1電機(jī)。QF7是曝氣機(jī)1接線線路上的空氣開關(guān)。FU7是曝氣機(jī)1電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。A2是控制曝氣機(jī)1電樞繞組。KA6是變頻器啟動(dòng)繼電器常開觸點(diǎn)，控制變頻器啟動(dòng)或者停止，PLC控制電機(jī)的頻率大小。FR6是曝氣機(jī)電機(jī)1電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路。M7是曝氣機(jī)2電機(jī)。QF8是曝氣機(jī)2接線線路上的空氣開關(guān)。FU8是曝氣機(jī)2電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。A3是控制曝氣機(jī)2電樞繞組。KA7是變頻器啟動(dòng)繼電器常開觸點(diǎn)，控制變頻器啟動(dòng)或者停止。FR7是曝氣機(jī)電機(jī)2電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路。M8是曝氣機(jī)3電機(jī)。QF9是曝氣機(jī)3接線線路上的空氣開關(guān)。FU9是曝氣機(jī)3電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。A4是曝氣機(jī)3電樞繞組。KA8是變頻器啟動(dòng)繼電器常開觸點(diǎn)，控制變頻器啟動(dòng)或者停止，PLC控制電機(jī)的頻率大小。FR8是曝氣機(jī)電機(jī)3電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路。M9是曝氣機(jī)4電機(jī)。QF10是曝氣機(jī)4接線線路上的空氣開關(guān)。FU10是曝氣機(jī)4電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。A5是控制曝氣機(jī)4電樞繞組。KA9是變頻器啟動(dòng)繼電器常開觸點(diǎn)，是操控變頻器的運(yùn)行或者運(yùn)行結(jié)束，PLC決定了電機(jī)的頻率波動(dòng)。FR9是曝氣機(jī)電機(jī)4電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路。M10是污泥泵電機(jī)，驅(qū)動(dòng)污泥泵工作。QF11是污泥泵電機(jī)接線線路上的空氣開關(guān)。FU11是污泥泵電機(jī)電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。KM5是污泥泵電機(jī)啟停接觸器，控制污泥泵電機(jī)啟動(dòng)停止。FR10是污泥泵電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的溫度，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)切斷電路。B1是紫外線消毒設(shè)備，使用紫外線消毒。QF12是紫外線消毒設(shè)備電機(jī)接線線路上的空氣開關(guān)。FU12是紫外線消毒設(shè)備電機(jī)線路熔斷器，在電機(jī)發(fā)生短路或卡滯時(shí)快速切斷電路不至于燒壞電機(jī)。KM6是紫外線消毒設(shè)備啟停接觸器，控制紫外線消毒設(shè)備啟動(dòng)停止。3.3控制電路圖構(gòu)建控制電路圖如圖3-3所示。火線電壓通過空氣開關(guān)QF1接入電路再經(jīng)過FU1，在FU13未被熔斷的前提下并且空氣開關(guān)QF13未觸發(fā)的情況下，將火線電壓接到控制線路中供其使用?；鹁€電壓通過空氣開關(guān)QF1接入電路再經(jīng)過FU1，在FU13未被熔斷的前提下并且空氣開關(guān)QF13未觸發(fā)的情況下,通過繞組將交流電轉(zhuǎn)換成直流電并將的圖3-3控制電路圖電壓降為24V供PLC輸入和輸出使用?；鹁€電壓通過空氣開關(guān)QF1接入電路再經(jīng)過FU1，在FU13未被熔斷的前提下并且空氣開關(guān)QF13未觸發(fā)的情況下，PLC控制KM1未閉合的觸電閉合對(duì)線路進(jìn)行通電使得線路通電正常，電力帶動(dòng)粗格柵電機(jī)動(dòng)作，粗格柵開始投入使用。類似的，火線電壓通過空氣開關(guān)QF1接入電路再經(jīng)過FU1，在FU13未被熔斷的前提下并且空氣開關(guān)QF13未觸發(fā)的情況下，PLC控制KM2未閉合的觸電閉合對(duì)線路進(jìn)行通電使得線路通電正常，電力帶動(dòng)細(xì)格柵電機(jī)動(dòng)作，細(xì)格柵開始投入使用[25]。如此，其他的KM打頭的接觸器就不詳細(xì)介紹了。3.4PLC的I/O分配PLC的I/O分配如圖3-4,3-5,3-6,3-7所示。圖3-4PLC輸入分配圖3-5模擬量輸出圖3-6模擬量輸入圖3-7PLC輸出分配3.5PLC外圍接線圖PLC芯片的外電路接線方式如圖3-8所示，PLC需要加裝的線路圖接線方式如圖3-9所示。通過對(duì)按鈕的按下和彈出來使得控制模式發(fā)生改變，通過人工控制打開粗細(xì)格柵，將現(xiàn)場(chǎng)的每一個(gè)需要進(jìn)行控制的設(shè)備元器件開關(guān)（包括水泵、風(fēng)扇、污泥泵）和其報(bào)錯(cuò)情況將這些開關(guān)的接線接在PLC不同的引腳出，通過按鍵的開啟和關(guān)閉使得引腳出處的電平發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入。投入粗格柵使用，投入細(xì)格柵使用，啟動(dòng)水泵1，啟動(dòng)水泵2，啟動(dòng)水泵3，風(fēng)機(jī)1運(yùn)行工作，風(fēng)機(jī)2運(yùn)行工作，風(fēng)機(jī)3運(yùn)行工作，風(fēng)機(jī)4運(yùn)行工作，打開污泥泵，打開紫外線消毒等中間繼電器，將這些開關(guān)的接線接在PLC不同的引腳出，通過按鍵的開啟和關(guān)閉使得引腳出處的電平發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出[26]。圖3-8PLC本體外部接線圖圖3-9PLC擴(kuò)展模塊外部接線圖兩種不同模式開光的知識(shí)燈、自動(dòng)運(yùn)行指示燈等將這些指示燈的接線接在PLC不同的引腳出，通過指示燈開啟和關(guān)閉使得引腳出處的電平發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出。所有參與污水處理的設(shè)備運(yùn)行電流，模擬輸入5（進(jìn)水COD），模擬輸入8（出水COD），模擬輸入6（出水NH3N），出水DO，模擬輸入7（流速Q(mào)），風(fēng)壓，自控風(fēng)機(jī)房溫度，格柵前液位，運(yùn)行頻率0（泵3頻率），運(yùn)行頻率1（風(fēng)機(jī)1頻率），運(yùn)行頻率2（風(fēng)機(jī)2頻率），運(yùn)行頻率3（風(fēng)機(jī)3頻率），運(yùn)行頻率4（風(fēng)機(jī)4頻率）等接將這些開關(guān)的接線接在PLC不同的引腳出，通過電流的有無使得引腳出處的電平發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入[27]。水泵3頻率控制，風(fēng)機(jī)1頻率控制，風(fēng)機(jī)2頻率控制，風(fēng)機(jī)3頻率控制，風(fēng)機(jī)4頻率控制等將這些開關(guān)的接線接在PLC不同的引腳出，通過頻率的檢測(cè)使得引腳出處的電平發(fā)生改變來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出。3.6本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是選擇合適的PLC，使用S7-200這個(gè)軟件，構(gòu)建繪制系統(tǒng)的主、控電路圖和PLC的外圍接線圖，制作PLC的I/O分配表，實(shí)現(xiàn)有關(guān)于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。

4軟件設(shè)計(jì)4.1PLC內(nèi)部使用地址本設(shè)計(jì)涉及到的開關(guān)和輸入輸出量多，為了在程序編輯的時(shí)候不會(huì)將這些元器件的代名詞和芯片內(nèi)部的地址符寫錯(cuò)，在進(jìn)行程序編輯之前通過將內(nèi)部地址和相應(yīng)的變量通過表格的方式列出，使得在程序的編寫過程中出錯(cuò)減少如下圖4-1所示。圖4-1主站內(nèi)部使用變量4.2PLC程序流程圖設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)備的要求，除了需要滿足PLC自動(dòng)控制設(shè)備的工作情況，還能夠在現(xiàn)場(chǎng)通過人為操作對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，手動(dòng)控制可以切換控制臺(tái)的功能轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，分別對(duì)單個(gè)設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行功能的實(shí)現(xiàn)，通過人工對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)如圖4-2所示。圖4-2模式選擇流程圖4.2.1手動(dòng)模式人員可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)單獨(dú)的設(shè)備進(jìn)行開啟和停止。如圖4-3所示。在這個(gè)功能下能夠通過現(xiàn)場(chǎng)模式用按鈕對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)單獨(dú)的設(shè)備進(jìn)行操控，并且可以通過改變調(diào)節(jié)按鈕對(duì)水泵和風(fēng)扇進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。4.2.2自動(dòng)模式通過對(duì)PLC上的按鍵的按下和彈開來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制啟動(dòng)和停止，對(duì)PLC通電后，可以根據(jù)選擇對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理的功能，該功能需要滿足以下幾個(gè)方面。（1）PLC通電后，系統(tǒng)上電后，選擇開始自動(dòng)處理污水按鈕，粗格柵開始投入使用。（2）細(xì)格柵系統(tǒng)開始投入使用。（3）潛水泵開始投入使用。（4）曝氣機(jī)開始投入使用。（5）污泥泵開始投入使用。（6）消毒系統(tǒng)開始投入使用。（7）脫水系統(tǒng)開始投入使用。以上設(shè)備的工作投入不適按照上面的編號(hào)依次開啟的，而是需要經(jīng)過PLC檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)污水進(jìn)行檢測(cè)后，根據(jù)我們的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污水處理的需要相應(yīng)的開啟設(shè)備[28]。圖4-3手動(dòng)操作模式流程圖4.3PLC梯形圖程序如圖4-4所示：圖4-4模擬量輸出處理的內(nèi)部程序：對(duì)水泵3進(jìn)行頻率的控制，如圖4-5所示。圖4-5模擬量輸入處理的內(nèi)部程序：當(dāng)系統(tǒng)中無電流流過時(shí)，就可以說電流是0，如圖4-5所示。通過系統(tǒng)的對(duì)AIW0內(nèi)部的數(shù)值0到32767將電流換算成0到50A的范圍。圖4-6循環(huán)中污水的流量計(jì)算：每隔0.1S對(duì)污水水流進(jìn)行以此數(shù)據(jù)采集，將采集到的水流速度和渠道的截面相乘通過單位換算得到污水的相應(yīng)時(shí)刻的流量并進(jìn)行流量的相加，如圖4-6所示。圖4-74.4本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，定義了PLC內(nèi)部的使用地址，確定實(shí)現(xiàn)控制的條件，編寫出程序，設(shè)計(jì)出其梯形圖。

5組態(tài)畫面5.1通信設(shè)定首先通過對(duì)軟件的參數(shù)繼進(jìn)行準(zhǔn)確的選擇如圖數(shù)據(jù)，將系統(tǒng)和設(shè)備通過接口連接在一起。組態(tài)王里面雙擊COM2，進(jìn)行通信設(shè)定，設(shè)定如圖5-1所示。圖5-1組態(tài)王COM口通信設(shè)定（1）通過新建功能將設(shè)備和系統(tǒng)相連，找到PLC，西門子，S7-200系列，PPI。（2）設(shè)備名稱，預(yù)設(shè)。（3）選擇COM口選COM2。（4）設(shè)定PLC地址，使用地址2。（5）自動(dòng)恢復(fù)參數(shù)預(yù)設(shè)[29]。5.2數(shù)據(jù)庫建立如下圖數(shù)據(jù)庫，如圖5-2所示。圖5-2數(shù)據(jù)庫5.3建立畫面完成界面上的可視按鈕建設(shè)，組態(tài)漩流沉沙池，粗格柵，細(xì)格柵，厭氧池，好氧池，沉淀池，污泥濃縮池，壓泥機(jī)，紫外線消毒等，組態(tài)管道，按鈕，指示燈等，連接變量，組態(tài)動(dòng)畫，如圖5-3所示。圖5-3監(jiān)控畫面5.4運(yùn)行在菜單欄中，找到運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置，找到設(shè)置運(yùn)行系統(tǒng)，找到主畫面配置，選擇開機(jī)顯示窗口，選擇“項(xiàng)目”和“ABB1”選項(xiàng)。打開畫面，到畫面的文件菜單，點(diǎn)擊切換到view，就可以在線監(jiān)控。這里沒有與PLC通信，顯示的數(shù)據(jù)是“？？？”表示通信沒連接。連接PLC后和點(diǎn)擊畫面進(jìn)行控制。污泥泵運(yùn)行時(shí)會(huì)動(dòng)畫顯示管道流動(dòng)，紫外線燈打開會(huì)動(dòng)畫顯示消毒。單擊下端的轉(zhuǎn)換按鈕能夠變成不同的頁面[30]。5.5本章小結(jié)完成仿真的通訊設(shè)定，建立所需要的數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建完整的污水處理系統(tǒng)的畫面以及連接運(yùn)行。

6總結(jié)通過本次設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)到了很多。對(duì)于傳統(tǒng)的工藝向電氣設(shè)計(jì)的改進(jìn)，這是時(shí)代發(fā)展的必要，雖然設(shè)計(jì)的路途坎坷，但對(duì)于圓滿完成設(shè)計(jì)也是表示喜悅的。最開始基于PLC的污水污水處理控制很迷茫，面對(duì)復(fù)雜的線路需要對(duì)每個(gè)零部件進(jìn)行拆解，明白每條線路的設(shè)計(jì)原理和各個(gè)元器件的功能，花了不少時(shí)間進(jìn)行資料的查閱，明白這些開始對(duì)芯片的各個(gè)引腳的功能進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)然這是比較容易明白的。然后是對(duì)程序的編輯，對(duì)于程序的編輯要求較高，每個(gè)符號(hào)都有可能會(huì)對(duì)整個(gè)程序的運(yùn)行產(chǎn)生運(yùn)行不一樣的結(jié)果，需要對(duì)程序進(jìn)行梯形圖運(yùn)算，從中找到錯(cuò)誤進(jìn)行修改。通過不斷的努力和老師的指點(diǎn)，終于將準(zhǔn)確的程序運(yùn)行成功，并完成此次的課題設(shè)計(jì)。最先是對(duì)設(shè)計(jì)選材，在這里查閱了各種先進(jìn)的產(chǎn)品，并進(jìn)行比對(duì)，得出最可行的方案，對(duì)社會(huì)的認(rèn)知也更加的全面。對(duì)軟件編程認(rèn)識(shí)也有很大的感悟。一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的方方面面是如此之多，從最初的選題、構(gòu)思、補(bǔ)充。每一步的操作都帶來不一樣的認(rèn)知，每一步的構(gòu)思和詳細(xì)步驟都濃縮了很多的知識(shí)在其中，自是平時(shí)在生活中所體會(huì)不到的。每一個(gè)硬件的選擇都需要了解它的性能和作用，需要大量的資料佐證和時(shí)間去了解。每一個(gè)程序需要一遍遍的進(jìn)行功能驗(yàn)證和更改，每一個(gè)符號(hào)也影響著最終結(jié)果的成敗。總之在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在PLC和C語言的學(xué)習(xí)能力和了解更上一層樓。參考文獻(xiàn)ADDINEN.REFLIST張閣.西門子PLC控制系統(tǒng)及其在污水處理控制中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化,2021,11(02):63-65+80.付保英.西門子PLC控制系統(tǒng)在污水處理控制中的應(yīng)用[J].科技資訊,2020,18(35):29-31.張亞琴.污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究[D].南昌:南昌大學(xué),2020.余德文.PLC控制系統(tǒng)在企業(yè)污水處理中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用,2020,37(07):154-156.徐燚,邵亞丹.工業(yè)污水處理PLC控制系統(tǒng)分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020(12):23-24.劉舒婷,李曉彤.基于組態(tài)軟件的煤化工企業(yè)污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].化工管理,2020(02):206-207.石永豐.PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用[J].電聲技術(shù),2019,43(10):57-59.汪理.基于PLC的污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與組態(tài)仿真[J].機(jī)電信息,2019(21):21+23.安思恒.西門子PLC控制系統(tǒng)在污水處理控制中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代物業(yè)(中旬