緒論隨著城市的發(fā)展越來越迅速，越來越好，越來越發(fā)達(dá)，給人們帶來了先進(jìn)的教育、醫(yī)療、科技等便利，推進(jìn)了社會(huì)進(jìn)步，促進(jìn)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)能，使大家的生活水平得到十分大的改善，但是也隨之帶來許多新的問題，其中最大的問題就是城市化快速進(jìn)展帶來的各個(gè)城市不同程度的人類生活環(huán)境的污染。在整治環(huán)境污染的問題中，治理污水成為了環(huán)境污染治理研究者們熱門的話題。水是生命源泉，在地球上，總水量達(dá)到14億立方千米，但可使用的淡水資源卻少之又少，幾乎僅占地球總水量的20%；并且地球上被凍結(jié)而且無法開采的淡水占70%，剩下的水資源還存在于高山冰川和永凍土中，因此在水資源分配上，人類沒辦法利用的淡水資源有80%，淡水資源的稀缺外加飛速增長的人口數(shù)量，使得缺水現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。由此可見，水資源不僅僅是中國一個(gè)國家的問題，而是整個(gè)世界都要面對(duì)的難題，因?yàn)槭澜缟嫌性S許多多的國家也因水資源短缺而深受困擾。中國作為一個(gè)水資源不是很充足的國家，而且面臨著水資源分布嚴(yán)重不均衡的問題，全國各地很多省份都處于嚴(yán)重缺乏水資源的狀態(tài)。由于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的大幅增長，導(dǎo)致出現(xiàn)的各種生活中產(chǎn)生的污水和工業(yè)中排放的污水現(xiàn)象急劇增加，不光是環(huán)境甚至經(jīng)濟(jì)都受到威脅。污水處理的重要性引起了世界上的眾多政府機(jī)構(gòu)的高度重視，世界各國首腦將治理污水、凈化污水的課題列入工作日程。世界上公認(rèn)的13個(gè)缺水國家，我國就在其列。雖然，我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的急劇發(fā)展，但是城市污染處理能力還很落后，特別是水資源的污染，一方面減少了淡水的可使用量，使水資源的使用能力受到影響；另一方面，加劇了水資源短缺的問題，成為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的嚴(yán)重阻礙，如果這些污水不處理，必定會(huì)造成很大的環(huán)境污染，嚴(yán)重威脅到我國人民的飲水安全和人民健康，所以迫切需要治理水污染問題。1.1論文研究背景及意義現(xiàn)在我國經(jīng)過污水處理后的水質(zhì)不光成本投入高，耗時(shí)很久，而且處理過的水質(zhì)也沒辦法再次利用，此時(shí)需要從源頭來解決問題，處理好沒有經(jīng)過凈化的水質(zhì)，才是解決污水污染的有效手段。我國環(huán)保法律法規(guī)隨著時(shí)間的推移越來越完善，只有工業(yè)企業(yè)使用更加完善的技術(shù)和手段才能使污水處理干凈，將污水中的有毒雜質(zhì)完全去除，使處理后的凈水達(dá)到我國凈水排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排出，但是要考慮技術(shù)和成本問題，因?yàn)檫@些都是要集中應(yīng)用于各種大型污水廠的建設(shè)。而相對(duì)于生活污水而言，提高處理污水的效率和質(zhì)量同樣要求大型污水廠也可以做到。通過制定一套污水控制系統(tǒng)，不僅能夠有效阻止水資源遭受破壞，同時(shí)還具有開發(fā)新水源的功效，為水源持續(xù)再生提供有效保障。[1]根據(jù)報(bào)告發(fā)布數(shù)據(jù)表明：我國2012年污水處理行業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售收入236.64億元，實(shí)現(xiàn)利潤總額25.46億元，平均從業(yè)人數(shù)2.63萬人，中小企業(yè)有213家生產(chǎn)企業(yè)，35家經(jīng)常出現(xiàn)財(cái)務(wù)危機(jī)，負(fù)債額為4.41億元。說明污水處理行業(yè)十分不景氣，行業(yè)虧損嚴(yán)重，需要改進(jìn)的地方還很多，技術(shù)效率太低，成本過高。據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息表明，我國的每年需要大概為300億到400億m3的水資源補(bǔ)給，每年居然有2300多億元的經(jīng)濟(jì)損失是水資源匱乏而造成，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了洪水泛濫的經(jīng)濟(jì)損失，我國大概有300多個(gè)地區(qū)缺水，其中較嚴(yán)重缺水的地區(qū)有五十多個(gè)。水資源的缺乏和水資源的污染已經(jīng)使我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙，使我國可持續(xù)發(fā)展的道路變窄，使人民的生活健康受到威脅。其中最嚴(yán)重的是我國北方城市，比如北京、天津、沈陽，對(duì)淡水資源的需求更大更明顯，油田的污水無法處理，不能隨便外排，而城市凈化污水能力不足，更加劇了水資源短缺。對(duì)于生活污水的處理過程，很多污水處理廠在這方面存在較多問題。由于建廠的時(shí)間不同，處理污水程度也不相同，有的老舊工廠不但需要大量的工人，而且處理效率很低，一些污水處理系統(tǒng)由于時(shí)間久，穩(wěn)定性變差，處理效率變低。因此，我們需要研究更高效穩(wěn)定的污水處理控制系統(tǒng)。水資源與人類的生活密不可分，特別是進(jìn)入了現(xiàn)在社會(huì)，水資源更是愈發(fā)的重要?？晒┤祟惱玫牡絹碓缴?，據(jù)新聞報(bào)道：目前我國擁有的淡水資源人均為2400噸，僅為世界人均淡水資源均值的1/4不到。與此同時(shí)淡水量還在不斷減少，取得淡水越來越困難，抽取淡水的成本越來越高，但淡水的浪費(fèi)還在不斷升高，令人擔(dān)憂。甚至北方的淡水資源已經(jīng)幾近透支，形成地漏形勢，水位下降，湖泊干涸，這讓廢水處理的研究工作迫在眉睫。對(duì)于工業(yè)用水的利用而言，在使用前必須對(duì)污水先進(jìn)行凈化處理，一方面，導(dǎo)致用水成本增加，另一方面也造成了各類資源和能源的浪費(fèi)。在某些領(lǐng)域?qū)λ|(zhì)量的要求更高，比如食品工業(yè)對(duì)用水的質(zhì)量要求很嚴(yán)格，若水質(zhì)不達(dá)標(biāo)就必須停止食品的生產(chǎn)。因此水資源的污染一直都是企業(yè)生產(chǎn)效益和質(zhì)量沒有辦法提高的一個(gè)重要因素。在農(nóng)業(yè)用水方面，若水資源受到污染，輕度使農(nóng)作物產(chǎn)量降低，質(zhì)量降低，嚴(yán)重的話會(huì)使我國農(nóng)田的遭到破壞，對(duì)土地造成永久性損失，影響農(nóng)田的再種植再利用。在海洋湖泊方面，大面積的污水會(huì)破壞水底的生存環(huán)境，使水生物的生命安全受到威脅。1.2國內(nèi)外污水處理現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)污水處理現(xiàn)狀隨著我們國家淡水資源急劇減少，對(duì)污水的凈化更加重視，我國政府不斷地投資、促進(jìn)研發(fā)污水處理項(xiàng)目，研究污水凈化，建立污水的循環(huán)凈化處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)發(fā)展。所以我國需要有更先進(jìn)、更節(jié)約成本的技術(shù)來對(duì)污水進(jìn)行凈化治理，這需要采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)和PLC相關(guān)軟件進(jìn)行污水處理。污水處理該系統(tǒng)中應(yīng)用電腦進(jìn)行自動(dòng)化控制可以節(jié)約時(shí)間、降低成本、節(jié)約資源。怎樣能更節(jié)能更徹底的凈化污水以及如何建立工業(yè)化循環(huán)處理污水的系統(tǒng)都是我國未來的研究目標(biāo)。在保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面，我國國務(wù)院已明確規(guī)定了工業(yè)排放物必須嚴(yán)格達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橹袊且粋€(gè)土地面積較大的國家，水資源相對(duì)匱乏，分布又不均衡，處理后的廢水可以循環(huán)利用。由此看來，從保護(hù)環(huán)境、注水等觀點(diǎn)來看，處理工業(yè)廢水所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的。所以，將利用目前新技術(shù)條件的有效結(jié)合，再利用測繪儀器，自動(dòng)儀器和PLC的控制系統(tǒng)等，為工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)采用有效的自動(dòng)控制方法。由于歷史的原因，我國對(duì)污水處理控制系統(tǒng)的了解時(shí)間較少，研究的問題也不透徹，還是沒辦法和發(fā)達(dá)國家相提并論，在20世紀(jì)初期，上海建立了我國第一個(gè)污水處理廠。21世紀(jì)初，在污水處理技術(shù)上首次使用了計(jì)算機(jī)技術(shù)。2006年，東北大學(xué)明平松團(tuán)隊(duì)通過將邏輯控制與傳統(tǒng)挖掘方法相結(jié)合，對(duì)提升泵站進(jìn)行優(yōu)化，提高了污水提升泵站的性能。2010年，為了提高污水處理控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，長沙某公司成功實(shí)現(xiàn)了用西門子PLC進(jìn)行檢測和控制。2014年，為了實(shí)現(xiàn)污水處理過程中溶解氧的軟測量，北京工業(yè)大學(xué)王偉賢團(tuán)隊(duì)明確提出了一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，大大改善了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。中國這幾年通過學(xué)習(xí)一些發(fā)達(dá)國家的技術(shù)手段再加上自己的研究結(jié)果，終于擁有了一套屬于自己的專業(yè)流程，但是問題還是很明顯，我國的污水處理水平仍遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家的污水處理水平。所以，我國特別需要研究出來一種更加先進(jìn)、安全的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)。自從我國“七五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目實(shí)施開展以來，環(huán)境方面的研究人員逐步對(duì)推進(jìn)工業(yè)污水處理技術(shù)展開各項(xiàng)研究工作。在國家“七五”和“八五”期間環(huán)境工作者對(duì)大量氧化池、土地處理和綜合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理方面進(jìn)行研究從而推動(dòng)技術(shù)革新，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)了污水處理標(biāo)識(shí)項(xiàng)目。在生活污水處理技術(shù)方面，專家們對(duì)高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜和綜合氧化等技術(shù)進(jìn)行了系列的研究，目前我國國內(nèi)許多的研究成果已在各大廢水處理廠得到廣泛應(yīng)用。直到國家開展“九五”科技攻關(guān)計(jì)劃，環(huán)境工作者開始重視污水處理技術(shù)，開始研究污水處理的配套設(shè)備。經(jīng)過“七五”、“八五”和“九五”的科技進(jìn)步，環(huán)境保護(hù)措施不斷提高，我國取得了巨大的成果在工業(yè)污水、廢水處理技術(shù)方面。目前來看，在污水處理控制技術(shù)上，我們的環(huán)境工作人員可以為不同行業(yè)提供相適應(yīng)的活性污泥工藝技術(shù)、SBR工藝技術(shù)、氧化技術(shù)等多種活性污泥工藝技術(shù)。污水處理廠的運(yùn)行管理是做好污水處理廠的關(guān)鍵。運(yùn)行中，我們要克服污水處理的各種影響因素，但是水質(zhì)濃度高，克服影響水質(zhì)的因素變化幅度大的水，如嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝參數(shù)和檢測的縣局檢驗(yàn)室是在監(jiān)控質(zhì)量的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)巡查工作和頻次，對(duì)于生產(chǎn)過程控制，出水過少，出水濃度高的情況下，要求每個(gè)月污水的處理效率達(dá)到質(zhì)量要求并且實(shí)現(xiàn)保護(hù)量的一致性，且產(chǎn)出的凈化水的各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求和環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)閲饨?jīng)濟(jì)發(fā)展比我們早，污染問題也較早被重視，經(jīng)過幾代人的努力，發(fā)達(dá)國家城市污染水資源的處理率達(dá)到了80%-90%，很大程度上地緩解了城市污染的問題，水資源很大程度改善了?，F(xiàn)在隨著國家政策的推動(dòng)以及各種環(huán)保產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展的,我國各大污水處理廠總體呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢,污水資源處理行業(yè)增長空間不斷擴(kuò)大,從而為我國污水資源處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新提高了良好的發(fā)展環(huán)境。[8]1.2.2國外污水處理現(xiàn)狀隨著西方國家的工業(yè)化腳步逐漸加快，隨之而來的各種環(huán)境污染也愈發(fā)嚴(yán)重，其中最嚴(yán)重的就是水污染，水污染是造成本國人們患病的罪魁禍?zhǔn)?，由于水污染?duì)日常生活的影響越來越多，各國政府發(fā)覺污水治理是非常急迫和必要的，政府聯(lián)合當(dāng)局和社會(huì)的力量，頒布了大量的污水處理政策，投入非常多的物力和財(cái)力，沒有任何基礎(chǔ)的去找尋污水處理的各種解決措施，并且取得了很大的進(jìn)步發(fā)現(xiàn)了很多新的領(lǐng)域。目前，污水處理率在80%以上的一般都為發(fā)達(dá)國家，甚至比如一些如瑞典、丹麥、挪威等極其重視環(huán)保的國家來說，不斷的進(jìn)行環(huán)保技術(shù)的研究，能使本國的污水處理率達(dá)到94%甚至更高，領(lǐng)先于世界許多的發(fā)達(dá)國家。在歷史上，二戰(zhàn)后50年代西方經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，經(jīng)過十年的發(fā)展所帶來的代價(jià)，60年代環(huán)境污染問題凸顯，在當(dāng)時(shí)各個(gè)國家實(shí)行大規(guī)模的水污染控制。在工業(yè)污水處理設(shè)施中，城市地下排水管道和工業(yè)廢水處理廠的建造，對(duì)水資源污染的控制起到了顯著的作用。在20世紀(jì)60年代末期，美國政府針對(duì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展所帶來的環(huán)境污染問題，投資了數(shù)千億美元用來整治美國各地區(qū)的生物生存環(huán)境，為此美國建造了大概1.8萬多個(gè)城市污水處理廠。在美國之后，許多的歐洲國家也相繼斥巨資建造7000至8000個(gè)城市污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的使用，在改善國家水污染問題方面起到了至關(guān)重要的作用，在一步一步摸索中，科學(xué)家對(duì)水污染的處理技術(shù)越來越了解。當(dāng)今社會(huì)中不發(fā)達(dá)國家的處理污水水平有了明顯的進(jìn)步。隨著具有除氮，磷酸作用的設(shè)施建造好以后，正在發(fā)揮著提高水質(zhì)和保護(hù)水資源的重要作用。德國、法國等這些歐洲發(fā)達(dá)國家和亞洲地區(qū)的日本的污水處理廠有效的處理了工業(yè)和生活污水，在很多方面上的解決了許多頭疼的水污染問題，也為世界上其他的國家，包括我國在內(nèi)提供了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，幫助我們能更快能有效的解決水資源污染問題。通過研究許多發(fā)達(dá)國家在污水處理上的寶貴經(jīng)驗(yàn)，能在使用最低成本的情況下，使污水處理效率的最快化，在同時(shí)保證污水處理的新理論和新技術(shù)時(shí)，我們通過提高污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，來減少員工的操作量，為了使污水處理系統(tǒng)達(dá)到最佳水平的處理效果，在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上體現(xiàn)最大性能，可以利用上位計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)全場設(shè)備的監(jiān)控和控制。在國外，已經(jīng)廣泛使用PLC、組態(tài)工程軟件和自動(dòng)化控制儀表，使污水處理過程自動(dòng)化，節(jié)約了人才資源，大大提高生產(chǎn)效率，提高污水處理的可靠穩(wěn)定性、各類安全性能。在污水處理上環(huán)境研究員對(duì)工藝和化學(xué)的結(jié)合持有較高的期盼。污水處理劑的種類增多、效果也越來越好。在污水處理技術(shù)中，應(yīng)用化學(xué)方面，研究人員們的研究手段千變?nèi)f化、研究水平改變了很多。經(jīng)過這一系列處理過程，污水經(jīng)過處理后的水資源達(dá)標(biāo)顯得格外重要。另一方面，研究人員開始對(duì)污水中的微生物的產(chǎn)生興趣，在開展生化處理技術(shù)的研究以后，水微生物學(xué)的研究從無到有逐步實(shí)現(xiàn)，一步一個(gè)腳印，各個(gè)國家環(huán)境保護(hù)的機(jī)構(gòu)開始建立用于污水、污泥處理的菌種庫，滿足達(dá)標(biāo)外排處理的需要。2014年，葡萄牙科英布拉大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)提出了一種自適應(yīng)模糊控制方案實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理系統(tǒng)中氧含量的控制，實(shí)現(xiàn)了污水處理過程中氧含量的最精確控制。[2]1.3污水處理工藝介紹污水處理系統(tǒng)按其功能大致可分為進(jìn)水系統(tǒng)、除沙系統(tǒng)、氧化溝系統(tǒng)、沉淀系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)和污泥脫水系統(tǒng)幾大部分。物理法：是通過一些物理的方式沉淀出污水和廢水中的一些沉淀物，例如通紗布來過濾一些顆粒狀的雜質(zhì)和沉淀出廢水中的泥土和沙子等?；瘜W(xué)法：是通過發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來分解掉一部分無法沉淀的顆粒物，例如加入濃硫酸或者氫氧化鈉來調(diào)節(jié)廢水的PH值，混凝處理是用來處理廢水中的類似以膠體狀存在的黏土物質(zhì)等。生物法：是通過將廢水中的絕大部分部分有機(jī)物使用微生物降解處理。微生物可以分為厭氧和好氧兩種，可以用來處理不同的有機(jī)物，這兩種辦法可以替換使用。按照我國污水處理廠經(jīng)常會(huì)同時(shí)處理城市生活污水和工業(yè)廢水的原因，通過不同處理程度和不同處理方法，一般會(huì)把污水處理流程分為以下三個(gè)階段，九個(gè)步驟：第一個(gè)階段為預(yù)處理階段(簡稱預(yù)處理)、第二個(gè)階段為生物化學(xué)階段（酸性處理+厭氧處理+加氧處理+沉淀轉(zhuǎn)化+二次過濾+清理細(xì)菌）、第三個(gè)階段為深層滲透階段。一級(jí)處理，是除去固相污染物質(zhì)。主要方法是物理固相處理法。一級(jí)處理過程是二級(jí)處理過程的預(yù)先處理。二級(jí)處理過程，主要除去膠體和微小微生物，去除率幾乎可以達(dá)到90%以上。三級(jí)處理過程，主要是更深層次分解一些難降解的有機(jī)物、水溶性無機(jī)物等。主要方法有生物脫氮除磷法、混凝沉淀法、砂濾法，活性炭吸附法、離子交換法和電滲分析法等。本設(shè)計(jì)使用SBR法除污，處理成本低廉，按程序依次通過粗格柵除污機(jī)、細(xì)格柵除污機(jī)、SBR池、鼓風(fēng)機(jī)、潷水器、排泥電機(jī)等對(duì)污水進(jìn)行處理。(1)粗格柵除污機(jī)：過濾出水中較大的雜質(zhì)，是處理污水的第一步。(2)細(xì)格柵除污機(jī)：使更深層次的處理廢水，能將較小的混合物去除。(3)SBR池：在SBR池中主要進(jìn)行曝氣、沉淀處理，若SBR池的進(jìn)水量達(dá)到最大值時(shí)停止放水，里面的不可溶物的反應(yīng)主要是經(jīng)過空氣閥門等。(4)鼓風(fēng)機(jī)：主要作用于SBR池中的污水，和空氣閥門、攪拌電機(jī)同時(shí)開啟，對(duì)已經(jīng)處理的污水進(jìn)一步進(jìn)行曝氣處理。鼓風(fēng)機(jī)停止工作后污水中的污泥會(huì)因?yàn)橹亓ψ饔贸恋硐陆档匠氐祝蛛x了泥和水。(5)潷水器：將SBR池中的上清液緩慢的排出，通過活性炭的進(jìn)一步除雜，最終進(jìn)入儲(chǔ)水設(shè)備中。(6)排泥電機(jī)：是指剩下污泥泵，排泥傳動(dòng)裝置在潷水器完結(jié)工作后開始工作，將污泥全部儲(chǔ)存到儲(chǔ)泥機(jī)中。(7)水泵：它的重要作用是是將污水加壓并抽取到格柵除污機(jī)當(dāng)中若水位過高時(shí)則會(huì)發(fā)出危險(xiǎn)信號(hào)。1.4本章小結(jié)在這一部分我們詳細(xì)的講述了對(duì)污水處理設(shè)備的國內(nèi)研究背景和污水處理的意義以及其他國家的污水處理現(xiàn)狀，其中也包括了PLC在污水處理中有非常大的作用。也系統(tǒng)的講述了污水處理的主要過程，以及污水處理的三種方法。通過不同處理程度和不同處理方法，通常將污水處理流程分為以下三個(gè)階段九個(gè)步驟：第一個(gè)階段為預(yù)處理階段(簡稱預(yù)處理)、第二個(gè)階段為生物化學(xué)階段（酸性處理+厭氧處理+加氧處理+沉淀轉(zhuǎn)化+二次過濾+清理細(xì)菌）、第三個(gè)階段為深層滲透階段。2污水處理的工作原理和技術(shù)流程2.1設(shè)計(jì)原則污水處理的自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的工藝要求，完成自動(dòng)化的循環(huán)，保證生產(chǎn)效率，提高污水凈化的水質(zhì)，我們在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)必須要遵循以下基本原則：(1)可靠性原則：設(shè)計(jì)的可靠性為原則之首，污水凈化后生產(chǎn)的凈水水質(zhì)要保證安全可靠，保證居民的用水安全，防止二次污染。(2)技術(shù)成熟性原則：在設(shè)計(jì)中，不僅需要完成設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且優(yōu)先考慮使用基于成熟的、便于維護(hù)的設(shè)備。(3)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性原則：在設(shè)計(jì)過程中，要考慮設(shè)計(jì)所在地的規(guī)模，考慮節(jié)約成本，選擇經(jīng)濟(jì)適用、性價(jià)比高的材料和設(shè)備配置。(4)最大原則上地滿足被控對(duì)象的支配原則在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，要充分體現(xiàn)PLC的優(yōu)越性，在安全的前提下，最大限度地滿足被測對(duì)象的控制需求。這就需要工程師，在實(shí)施設(shè)計(jì)之前親自去工廠完成所有的調(diào)查和研究，不斷采集和監(jiān)控現(xiàn)污水處理過程可能出現(xiàn)的各種情況，收集國內(nèi)外較為先進(jìn)的信息。同時(shí)，設(shè)計(jì)師要確保與項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、工程師和現(xiàn)場施工人員保持聯(lián)系，制定能夠滿足生產(chǎn)條件的PLC控制計(jì)劃，一起解決遇到的各種各樣的難題。(5)確保系統(tǒng)的安全性和可靠性設(shè)計(jì)者需要綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)、部件選定、軟件編程等關(guān)鍵因素，以確?？刂葡到y(tǒng)的安全性和可靠性，主要是設(shè)計(jì)師將長期安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行作為檢驗(yàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)良指標(biāo)。例如，PLC程序不僅要保證正常工作，而且在異常情況下(如突然斷電后再通電、按鈕操作錯(cuò)誤等)也要保證能在這些特殊情況下可以穩(wěn)定正常工作。(6)使用輕便，維修成本低。往往一個(gè)成熟的新的控制程序?qū)?huì)在很大程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量，給經(jīng)營者帶來了更大的經(jīng)濟(jì)效益，不可忽視的是開發(fā)者前期對(duì)程序的投資、對(duì)操作人員的技術(shù)培訓(xùn)、日常使用中的設(shè)備維護(hù)等都將增加運(yùn)行成本。所以，在滿足控制要求的前提下，不但開發(fā)者必須要擴(kuò)大程序的收益，而且操作者要注意減少程序的日常使用成本。新的操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者不但要從自身考慮，還要為使用該程序的操作人員考慮，不能只追求速度和時(shí)間。(7)跟上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)中對(duì)控制系統(tǒng)的需求不斷變化，參與設(shè)計(jì)者需要考慮到未來的控制系統(tǒng)發(fā)展以及未來的處理方向。所以，在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O分?jǐn)?shù)和存儲(chǔ)容量時(shí)，必須根據(jù)將來的生產(chǎn)和工藝的改善，留有適當(dāng)?shù)挠嗟亍?.2污水處理系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)(1)傳統(tǒng)活性污泥法?；钚晕勰嗵幚矸椒ㄊ枪I(yè)污水處理的方式之一，工業(yè)污水處理系統(tǒng)由沼氣池和沉淀池兩個(gè)部分組成，最主要的處理部分由如圖2-1所示。圖2-1.傳統(tǒng)去泥法把污水放進(jìn)曝氣池處理的時(shí)候，曝氣池的制定微生物會(huì)立即去除污水中的對(duì)應(yīng)有機(jī)物，可以讓曝氣池中的微生物發(fā)生氧化，然后泥沙沉淀池的一部分必須返回曝氣池。具有有機(jī)物去除率高、污泥負(fù)荷大、儲(chǔ)罐容量小、節(jié)能、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)過程的缺點(diǎn)如下。一般充氣池的占地面積大，不容易滿足國家的行業(yè)指標(biāo)，特別是在使用過程中很容易發(fā)生污泥膨脹反應(yīng)，另一方面這個(gè)方法的磷和氮去除率較低。(2)A/B法。方法A/B是吸附生物降解方法的縮寫。在A/B 法處理過程中是沒有一次降水的。我們通常會(huì)將曝氣池分為兩部分，分別是高負(fù)荷段和低負(fù)荷段，在滿足看以上條件后，我們還有獨(dú)立沉淀和污泥回流系統(tǒng)。若在高負(fù)荷階段的反應(yīng)時(shí)間為30分鐘左右，這個(gè)時(shí)候的沉淀反應(yīng)是以生物絮凝和吸附為主，氧化反應(yīng)也不完全，生化含氧量消除50%以上。B部分是傳統(tǒng)的低負(fù)荷活性污泥工藝。方法AB的A部分非常有效，具有較強(qiáng)的污水處理能力。B部分對(duì)廢水起到有效的控制作用，處理后的污水穩(wěn)定性好。在面對(duì)高濃度工業(yè)污水的處理，A/B法具有較為優(yōu)異的適用性和較高的能源效率。其優(yōu)點(diǎn)在處理污泥消化和沼氣利用過程中尤其顯著。然而，由于大量生產(chǎn)的污泥AB和污泥中的有機(jī)物含量高。A段，必要時(shí)添加一個(gè)穩(wěn)定的后期再處理工藝。從而帶來一定的投資和額外的費(fèi)用。此外，由于A除去了大量的BOD，且碳源不足，通常會(huì)導(dǎo)致脫氧過程的要求難以滿足。在廢水濃度較低的情況下，B段將會(huì)更難開采。一般A/B工藝是最適合大中型城市工業(yè)廢水處理設(shè)施和高濃度污水廠污泥消化等后續(xù)處理，節(jié)能效果明顯，但通常不適合在工業(yè)廢水處理設(shè)施集中的城市污水。（3）本設(shè)計(jì)采用新型污水處理工藝，本設(shè)計(jì)的工藝流程圖如下：圖2-2.工藝流程圖本工藝設(shè)計(jì)使用的是SBR工藝去污法SBR處理廢水的方法本質(zhì)上是活性污泥法，全稱為循序分割活性污泥法。間歇性活動(dòng)性污泥法污水處理工藝簡稱間歇性活性法，是根據(jù)一定的時(shí)間順序運(yùn)行的污水生物處理技術(shù)，同時(shí)也是以間歇性運(yùn)行的工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱間歇性活性法。其反應(yīng)和排污機(jī)制與傳統(tǒng)的激活機(jī)制基本相同，但運(yùn)行方式有所不同。比較SBR方法與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)之間的區(qū)別，最大的不同之處就是SBR方法按時(shí)間順序來區(qū)分的各個(gè)單元，用時(shí)間區(qū)分空間，用非穩(wěn)定狀態(tài)的反應(yīng)代替生化反應(yīng)，用靜止的理想沉淀代替動(dòng)態(tài)沉積。集水池可以凈化水質(zhì)。然后污水進(jìn)入SBR池經(jīng)過曝氣、攪拌等過程，除磷脫氮，沉淀后清水經(jīng)潷水器排出，污泥根據(jù)需要不定時(shí)排出。[6]SBR工法是以污水活性化污泥法為基礎(chǔ)的生物處理工法，使微生物漂浮起來，利用良好的氧氣條件，降低廢水中的有機(jī)物、氨等污染物質(zhì)。間歇性換氣是將活躍的污泥生長環(huán)境改變?yōu)檫B續(xù)方式的污水處理技術(shù)。SBR法是一種活動(dòng)性污泥法，它的優(yōu)點(diǎn)和不足都很明顯?；钚晕勰喾ǖ膬?yōu)點(diǎn)是兼容性好，對(duì)各類行業(yè)的污水都可處理，用SBR法的來建造的污水處理池成本也比較低。有效性污泥法的缺點(diǎn)是：運(yùn)行穩(wěn)定性差，在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生污泥膨脹和污泥流失，固液分離效果不理想。SBR技術(shù)還有一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)：這是一個(gè)簡單的加工工藝。本次設(shè)汁的污水處理法的預(yù)處理部分由粗格柵、污水提升泵房處理環(huán)節(jié)、細(xì)格柵及曝氣沉砂池四個(gè)部分組成：(1)粗格柵污水第一步先到達(dá)污水處理廠，首先要通過粗格柵，粗格柵是用來除去污水中體積比較大的固體顆粒污染物。粗格柵是由一排平行的金屬柵條來發(fā)揮主要作用的，目的是攔截較大的固體顆粒。在粗格柵兩側(cè)裝有液位報(bào)警器，當(dāng)固體污染物堆積較多，污水流通不暢導(dǎo)致粗格柵處液面升高，達(dá)到設(shè)定報(bào)警線后，排污器自動(dòng)啟動(dòng)，達(dá)到自動(dòng)排污的作用，以保證粗格柵循環(huán)使用。(2)污水提升泵站進(jìn)入污水提升泵站是進(jìn)行污水處理的第二步，通過第一步處理后的污水通過管道運(yùn)輸?shù)轿鬯嵘谜局?，提升泵站?nèi)有三個(gè)整套式提升泵。進(jìn)水管中放置了液位傳感器用來將采集到的數(shù)據(jù)運(yùn)輸?shù)娇刂浦行摹Ｍㄟ^控制中心后，可以將得到的液位值和原來設(shè)定的液位值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比后的結(jié)果可以來控制提升泵的運(yùn)行狀態(tài)，提高污水處理廠智能化水平。(3)細(xì)格柵將已經(jīng)通過粗格柵處理過的污水輸送到細(xì)格柵中，正如名字一樣，細(xì)格柵中間的金屬柵條間隙更加緊密，可以用來攔截污水當(dāng)中更加細(xì)小的固體污染物，與粗格柵的工作方式相似。在細(xì)格柵的兩側(cè)也同樣放置了傳感器，若細(xì)格柵攔截到較多的固體雜質(zhì)時(shí)，細(xì)格柵兩側(cè)的液面會(huì)突然增高，并且增大到事先額定值時(shí)，格柵除污機(jī)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，用來清除細(xì)格柵攔截的固體顆粒物，洗刷出來的顆粒物會(huì)被細(xì)格柵出口處的螺旋輸送到壓榨機(jī)當(dāng)中壓榨成粉末，從而保證處理系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。(4)曝氣沉砂池污水中的成分多種多樣，其中不乏好多有機(jī)物，在曝氣的處理之下，可以將砂礫和有機(jī)物進(jìn)行分離，而且經(jīng)過曝氣反應(yīng)之后不但可以分離砂礫和有機(jī)物，還可以改善水質(zhì)，起到凈水除去異味的功效，以便于污水的下一步處理。2.3本章小結(jié)第二章從污水處理的背景開始論述，論述了國內(nèi)污水處理技術(shù)和國外處理技術(shù)的處理現(xiàn)狀。通過調(diào)研基本把工業(yè)污水的污染物進(jìn)行了分類，規(guī)定了污水處理廠的處理標(biāo)準(zhǔn)，研究出來了一系列的處理的工藝流程，調(diào)查出了適用各種類型污水的處理控制系統(tǒng)。研究人員基本掌握了如何合理使用PLC，最大化的利用PLC，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制需求，使用PLC、組態(tài)工程軟件和自動(dòng)化控制儀表，使污水處理過程自動(dòng)化。另一方面，我們收集了相關(guān)材料，了解污水處理的相關(guān)方法特點(diǎn)；了解位置環(huán)境對(duì)污水處理的重要性，包括工廠區(qū)域以及周圍環(huán)境情況、工廠區(qū)域及附近的水質(zhì)情況、天氣和相關(guān)資料，了解周圍污染源的成分主體，制定合理的污水處理方案。掌握詳細(xì)的污水處理工藝流程或各類處理的方法，繪制實(shí)習(xí)工廠工藝流程操作圖，了解相關(guān)設(shè)備設(shè)施的布局原理。3硬件設(shè)計(jì)3.1PLC簡介PLC是以CPU為主體，結(jié)合計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)通信科學(xué)技術(shù)所開發(fā)的各類產(chǎn)業(yè)都能使用的智能化自動(dòng)控制處理裝置，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中控制的三大支柱(PLC、機(jī)器人、CAD\CAM)。到目前為止，世界上能夠生產(chǎn)PLC的廠家只有65家，日本、美國、德國等。日本的幾家制造商是三菱、富士、日立、東芝、橫河、三石、光洋和夏普等。美國的制造商主要有德克薩斯食品公司、通用電氣公司、歌德公司、數(shù)碼機(jī)器公司等。德國的西蒙，荷蘭的飛利浦，香港的老鷹等也被人所熟知。PLC是為工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字化操作型的電子設(shè)備。邏輯動(dòng)作序列、動(dòng)作等，根據(jù)模擬的輸入輸出，輸出并控制相關(guān)的機(jī)械指令和制造工程的程序內(nèi)存可能采用了。為了便于功能擴(kuò)展原則的設(shè)計(jì)，PLC及其外圍設(shè)備必須容易與工業(yè)控制系統(tǒng)集成。取代了大量的中介和每一個(gè)時(shí)間繼電器繼電器、PLC軟件關(guān)聯(lián)留下為數(shù)不多的輸入和輸出設(shè)備,并可減少布線1/10-1/100警報(bào)繼電器控制系統(tǒng)，從而大大降低了故障引起的接觸?？煽糠€(wěn)定性是電控設(shè)備的一個(gè)重要特點(diǎn)。伴隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，大規(guī)模集成電路技術(shù)、嚴(yán)格規(guī)范的生產(chǎn)工藝和抗干擾性較為優(yōu)異的內(nèi)部電路。在理論實(shí)驗(yàn)上，PLC是具有很高的可靠穩(wěn)定性。某些擁有冗余CPU的PLC的平均運(yùn)行時(shí)間甚至比理論時(shí)間更長?；赑LC的外部電路和利用PLC控制系統(tǒng)、電器開關(guān)和聯(lián)絡(luò)點(diǎn)已減少了數(shù)百，甚至數(shù)千,與同等規(guī)模的繼電器、接觸器相比，系統(tǒng)故障出現(xiàn)的頻率越來越低。此外，PLC可以自檢設(shè)備故障，在發(fā)生故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在應(yīng)用軟件中，用戶還可以對(duì)外圍的設(shè)備故障出現(xiàn)的自診斷程序進(jìn)行編碼操作，從而達(dá)到保護(hù)PLC以外的系統(tǒng)電路和設(shè)備不受故障的影響的效果。因此，整個(gè)系統(tǒng)非?？煽恳簿筒蛔銥槠媪?。PLC迄今已演變成擁有各類大、中型和小型系列產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，可以根據(jù)用戶自身需要，設(shè)計(jì)師合理設(shè)計(jì)一條靈活的系統(tǒng)和人性化的系統(tǒng)配置。另外PLC布線也很容易，布線端口通常與外部的布線連接在一起。除此以外，PLC還可以承受較高的負(fù)載，可直接驅(qū)動(dòng)通用的電磁閥和交流接觸器，幾乎可以用在全部的工業(yè)生產(chǎn)中。不但邏輯處理功能是現(xiàn)代PLC所特有的功能，而且具有精確的數(shù)據(jù)處理能力也是現(xiàn)代PLC所特有的功能，在數(shù)字控制領(lǐng)域也可以嶄露頭角。近年來，PLC功能單元出現(xiàn)在市場中，該種功能單元的出現(xiàn)使PLC進(jìn)入了位置、溫度、數(shù)字等方面的控制領(lǐng)域。因?yàn)闀r(shí)代在進(jìn)步PLC的技術(shù)也在革新，設(shè)計(jì)師可以很容易利用PLC形成各種各樣的滿足用戶需求的控制系統(tǒng)。本篇論文運(yùn)用信捷PLC來實(shí)現(xiàn)污水處理工藝，無錫信捷電氣(XINJE)是國產(chǎn)PLC品牌的龍頭企業(yè)之一，國際市場占有率達(dá)到5%以上。信捷的PLC目前有XC系列(有6個(gè)子系列及其擴(kuò)展模塊)、XD系列(有5個(gè)子系列及其擴(kuò)展模塊)、XE系列(有XE3系列及其擴(kuò)展模塊)、XL3系列(薄型)和XG1系列(平均)。跟傳統(tǒng)PLC相比信捷PLC有更快的反應(yīng)能力，可同時(shí)支持5路脈沖輸出、5路AB相的精準(zhǔn)快速計(jì)算，最基本的聯(lián)動(dòng)控制目標(biāo)也是在一定范圍內(nèi)允許的，經(jīng)過一些升級(jí)還可以做到許多的功能比如兩軸同步、補(bǔ)充、隨動(dòng)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等等，作為PLC的基礎(chǔ)來說，普通PLC的絕大部分功能也是支持的，其中包括高速脈沖、高速計(jì)數(shù)、中斷、PID控制，支持?jǐn)U展和BD板的連接等特點(diǎn)。XL3系列是信捷公司推出的一款新型超薄PLC，其特點(diǎn)是：(1)外形超薄，緊湊實(shí)用，適用于各種工業(yè)環(huán)境；(2)兼容性；(3)特殊情況下可以支持10個(gè)擴(kuò)展模塊；(4)性價(jià)比；(5)節(jié)省較多安裝空間。3.2PLCI/O配置情況PLC的容量包括I/O點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)容量兩個(gè)方面。（1）I/O點(diǎn)數(shù)通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)程度的需要，再加上儲(chǔ)備10%-15%的備用量來確定。（2）用戶存儲(chǔ)容量用戶存儲(chǔ)容量是PLC用來存儲(chǔ)用戶程序的存儲(chǔ)容量。用戶所需的存儲(chǔ)量由用戶程序的長度決定。一般來說，只能估計(jì)以下公式，然后根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)牟铑~(20%-30%)。大多數(shù)PLC都能滿足上述公式的要求。需要注意的是，當(dāng)控制系統(tǒng)更復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)容量不足的問題，需要進(jìn)行特殊處理。3.3觸摸屏選擇本次設(shè)計(jì)采用了信捷TouchWin編輯工具作為組態(tài)軟件。選用TGM系列網(wǎng)絡(luò)款觸摸屏，多種下載功能(以太網(wǎng)卡、USB接口、USB內(nèi)存介紹)、通槽功能，配有信快/XD/XL/XG系列PLC可下載程序、1677彩色、下載、移動(dòng)、執(zhí)行、超高速響應(yīng)等3種功能，C語言腳本支持功能，操作協(xié)議文章，如免費(fèi)、BMP、JPEG格式的圖形。ARM9CPU，400MHz，128MB的存儲(chǔ)容量。4.3-15.6英寸，1677萬色，TFTLCD，LED背光2COM接口，獨(dú)立通信。通訊方式支持RS-232/RS-422/RS-485，通過多屏來實(shí)現(xiàn)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘USB-B接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。以下表3-1是觸摸屏的詳細(xì)參數(shù)表3-1.觸摸屏配置參數(shù)1：系統(tǒng)名稱TGW系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)型觸摸屏2：顯示尺寸465：4.3英寸765：7英寸865：8英寸A63：10.1英寸C65：15.6英寸3：產(chǎn)品類型S：超薄款，黑色面膜4：接口類型ET：配備USB-B下載口、USB-AU盤口、以太網(wǎng)口、兩個(gè)串口MT：配備USB-B下載口、USB-AU盤口、兩個(gè)串口MT2：配備兩個(gè)串口、USB-B下載口、USB-A3.4傳感器選擇本次設(shè)計(jì)主要有以下幾類傳感器基本污水處理過程中被應(yīng)用：1.PH值監(jiān)測PH值，又稱氫離子活度指數(shù)，是溶液中氫離子活度的另一種表達(dá)方式，通常是對(duì)溶液中酸堿度的衡量。PH值越趨于0，表示溶液的酸性越大。相反，PH值越趨于14，說明溶液的堿性越強(qiáng)。在室溫下，PH值為7的溶液是中性溶液。通常我們會(huì)選用S200C這種傳感器，該傳感器是一個(gè)低成本PH傳感器，該傳感器可以帶NTC或者PT100/PT1000進(jìn)行溫度補(bǔ)償。2.溶解氧監(jiān)測溶于水的氧氣叫溶解氧。水體內(nèi)需要生物和氧氣的微生物生存的氧氣是溶解氧。不同的微生物對(duì)山溶解的要求不同，需要氧氣的微生物需要足夠的氧氣。一般來說，酸用解脫不應(yīng)低于3毫克/L，最低不低于2毫克/L。兼性微生物需要0.2~2.0毫克/L的氧氣。厭氧微生物的溶解范圍低于0.2毫克/L。GlobalWater公司的高精度濁度傳感器WQ730B，用于水質(zhì)檢測和管理、河流監(jiān)測、流量測量、水庫水質(zhì)檢測、地下水檢測、水和廢水處理、廢水和工業(yè)控制。針對(duì)于高溫高壓環(huán)境，以及一些CIP清洗條件下。也有相應(yīng)的不銹鋼外殼的溶解氧傳感器——德國Knick光學(xué)氧傳感器SE740。3.電導(dǎo)率傳感器所有測量原理：二電極，四電極，電感式。適用于所有測量范圍，從超純水到濃酸和濃堿溶液，適合在線式、直通式和浸入式安裝。電導(dǎo)率會(huì)根據(jù)其測量范圍來選擇K值。污水處理一般選用耐用的316不銹鋼體電導(dǎo)率和電阻率傳感器，特別設(shè)計(jì)了用于衛(wèi)生安裝的三向夾緊法蘭。這些傳感器能夠承受CIP清洗和蒸汽消毒過程。特點(diǎn)：（1）K值應(yīng)該選擇：0.01，0.1，1（2）材料選用：316不銹鋼，Teflon,EPD（3）最高溫度：121℃（4）最大壓力：100psig（5）溫度補(bǔ)償：PT1000/PT100。3.5本章小結(jié)本章從污水處理的設(shè)計(jì)原則開始，詳細(xì)的闡述了PLC的作用和現(xiàn)在常用的幾種PLC例如西門子、三菱，以及本篇論文使用的信捷PLC。PLC可以使用軟件來代替大量的中間繼電器以及時(shí)間繼電器讓各大工廠可以高效快速的完成污水處理。PLC還有自我修復(fù)的功能，遇到問題及時(shí)發(fā)出信號(hào)，使工廠安全系數(shù)大大升高。觸摸屏選用的是信捷TouchWin作為組態(tài)軟件，具有支持BMP、JPEG格式圖片等功能，擁有豐富的立體3D圖庫，還可以使畫面更加生動(dòng)。甚至有靈活的部件以便選擇，也可以自定義動(dòng)畫來設(shè)定軌跡。通過信捷TouchWin來實(shí)現(xiàn)上機(jī)位人機(jī)界面，使PLC程序可以更好更清晰的展現(xiàn)在我們面前。另外在污水處理中傳感器的選擇也特別重要，傳感器需要監(jiān)測污水的PH值，過酸或者過堿時(shí)需要經(jīng)過不同的污水池，還需要溶解氧監(jiān)測傳感器，溶解氧監(jiān)測傳感器可以檢測水中生物與好氧微生物?？梢詸z測出來水中是否還有雜質(zhì)。最后還需要電導(dǎo)率傳感器，電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)率會(huì)根據(jù)其測量范圍來選擇K值。來確保污水處理是否處理的干凈。所以傳感器是至關(guān)重要的。4.軟件組態(tài)設(shè)計(jì)和仿真本次設(shè)計(jì)由采用信捷PLC的編輯軟件制成，信捷PLC編程軟件為XD系列可編程控制器和TouchWin組態(tài)仿真程序，仿真可以操控兩種編程語言、命令表、T型圖。第一種編程語言很容易兼容，為用戶提供滿足基本功能的完整基本指令，如基本編程控制、數(shù)據(jù)傳輸、比較、四種操作和邏輯控制、數(shù)據(jù)周期和位置移動(dòng)。4.1系統(tǒng)流程仿真PLC支持以下兩種編程語言。（1）命令語指令表編程是以LD、AND、OUT等順控指令輸入的方式。命令語句編程方式是按照順序來控程序的基本輸入方式，可讀性比較差是它的缺點(diǎn)。例圖4.1所示：圖4.1命令語圖（2）梯形圖程序是利用梯形圖中的信號(hào)和柔性元件的編號(hào)，在控制屏幕上生成軌跡控制電路的圖。該方法使用接觸符號(hào)和線圈符號(hào)來表示路徑控制回路，由此可以方便我們理解程序內(nèi)容。此外，可編程控制器的動(dòng)作可以用回路狀態(tài)來控制。例圖4.2所示：圖4.2梯形圖本設(shè)計(jì)使用梯形圖方式編程，設(shè)計(jì)程序的控制方式為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。（1）手動(dòng)控制手動(dòng)控制為一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出，當(dāng)打開對(duì)應(yīng)的控制開關(guān)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電機(jī)便會(huì)啟動(dòng)，當(dāng)關(guān)閉開關(guān)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電機(jī)關(guān)閉。如圖4.3所示圖4.3手動(dòng)控制關(guān)系圖（2）自動(dòng)控制自動(dòng)控制時(shí)，當(dāng)按下按鈕時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成循環(huán)。流程為：自動(dòng)控制開關(guān)啟動(dòng)，進(jìn)水閥啟動(dòng)若污水池水位超過最低水位時(shí)，粗格柵啟動(dòng)。當(dāng)格柵池水位超過最低水位時(shí)，細(xì)格柵啟動(dòng)；當(dāng)氧化反應(yīng)池達(dá)到指定水位時(shí)，放入凈水劑，攪拌機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)檢測水質(zhì)合格時(shí)，出水閥和回流泵啟動(dòng)。系統(tǒng)流程如圖4.4所示圖4.4自動(dòng)控制關(guān)系圖一、進(jìn)水閥自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)水閥系統(tǒng)流程圖如圖4.5所示當(dāng)按鈕按下時(shí)，進(jìn)水閥電機(jī)開始持續(xù)動(dòng)作，污水池持續(xù)進(jìn)水，同時(shí)傳感器10ms一次檢測水位，當(dāng)水位到達(dá)格柵機(jī)最低工作水位時(shí)，粗格柵機(jī)開始工作，當(dāng)污水池水位到達(dá)最高水位時(shí)，進(jìn)水閥停止工作。圖4.5進(jìn)水閥流程圖二、粗格柵自動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)粗格柵系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)行定時(shí)工作1h，從污水池通過粗格柵機(jī)向格柵池送水，到達(dá)定時(shí)后，休眠30min，休眠結(jié)束時(shí)先對(duì)污水池水位進(jìn)行檢測，當(dāng)達(dá)到污水池最低水位時(shí)停止運(yùn)行，同時(shí)當(dāng)格柵池水位達(dá)到最高水位時(shí)，格柵機(jī)也會(huì)停止運(yùn)行。而當(dāng)格柵池的水位達(dá)到細(xì)格柵機(jī)的最低工作水位時(shí)，細(xì)格柵機(jī)開始工作，向沉砂池送水。流程圖如圖4.6所示圖4.6粗格柵流程圖三、細(xì)格柵自動(dòng)系統(tǒng)細(xì)格柵的系統(tǒng)流程與粗格柵系統(tǒng)相似，當(dāng)細(xì)格柵系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)行定時(shí)工作1h，從格柵池通過細(xì)格柵機(jī)向沉砂池送水，到達(dá)定時(shí)后，休眠30min，休眠結(jié)束時(shí)先對(duì)格柵池水位進(jìn)行檢測，當(dāng)達(dá)到格柵池最低水位時(shí)停止運(yùn)行，同時(shí)當(dāng)沉砂池水位達(dá)到最高水位時(shí)，格柵機(jī)也會(huì)停止運(yùn)行。因?yàn)槌辽俺厥强克髯匀贿\(yùn)動(dòng)，池子通道為均為手動(dòng)控制的管道閥門，沒有電機(jī)控制，所以不需要電機(jī)和控制程序，因此在本設(shè)計(jì)中不作考慮。流程圖如圖4.7所示圖4.7細(xì)格柵流程圖四、生物反應(yīng)池自動(dòng)系統(tǒng)生物池由沉砂池送水到達(dá)水位線后，電機(jī)開始啟動(dòng)，放入凈水劑并開始攪拌，持續(xù)工作1h后，休眠1h進(jìn)行靜置反應(yīng)，休眠結(jié)束后檢測儀監(jiān)測水質(zhì)合格，停止攪拌，通過出水閥將水送入沉淀池，同時(shí)沉淀池刮泥機(jī)開始工作，排除污泥回污水，同時(shí)使進(jìn)水閥進(jìn)水，完成循環(huán)。4.2程序I/O分配表本設(shè)計(jì)一共使用9個(gè)開關(guān)（自動(dòng)、手動(dòng)切換開關(guān)，自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，進(jìn)水閥開關(guān)，粗格柵開關(guān)，細(xì)格柵開關(guān)，攪拌機(jī)開關(guān)，出水閥開關(guān)，污泥回流泵開關(guān)）、9個(gè)傳感器（污水池低水位傳感器，污水池高水位傳感器，格柵池低水位傳感器，格柵池高水位傳感器，沉砂池高水位傳感器，生物池高水位傳感器，沉砂池低水位傳感器，生物池低水位傳感器，沉淀池低水位傳感器）、6個(gè)電機(jī)（進(jìn)水閥電機(jī)，粗格柵電機(jī)，細(xì)格柵電機(jī)，攪拌機(jī)電機(jī)，出水閥電機(jī)，污泥回流泵電機(jī)）和輔助繼電器若干。PLC的I/O分配如下表表4.1PLC的I/O分配表自動(dòng)/手動(dòng)切換開關(guān) X0 進(jìn)水閥電機(jī) M100自動(dòng)啟動(dòng)按鈕 X1 粗格柵電機(jī) M101進(jìn)水閥開關(guān) X2 細(xì)格柵電機(jī) M103粗格柵開關(guān) X3 攪拌機(jī)電機(jī) M105細(xì)格柵開關(guān) X4 出水閥電機(jī) M107攪拌機(jī)開關(guān) X5 污泥回流泵電機(jī) M108出水閥開關(guān) X6 格柵池低水位傳感器 M3污泥回流泵開關(guān) X7 沉砂池高水位傳感器 M4急停開關(guān) X10 生物池高水位傳感器 M5污水池低水位傳感器 M0 水質(zhì)檢測儀 M6污水池高水位傳感器M1 生物池低水位傳感器 M7格柵池高水位傳感器 M2 沉淀池低水位傳感器 M84.3程序設(shè)計(jì)1.進(jìn)水閥圖4.8進(jìn)水閥梯形圖如圖4.8，自動(dòng)模式時(shí)（X0開），按下啟動(dòng)按鈕（X1），進(jìn)水閥電機(jī)（M100）持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)水位過高時(shí)（M1開），停止運(yùn)轉(zhuǎn)。手動(dòng)模式時(shí)（X0閉），打開進(jìn)水閥手動(dòng)開關(guān)（X2），進(jìn)水閥電機(jī)持續(xù)工作，關(guān)閉進(jìn)水閥手動(dòng)開關(guān)，進(jìn)水閥電機(jī)停止工作。2.粗格柵系統(tǒng)圖4.9粗格柵梯形圖如圖4.9，自動(dòng)模式時(shí)（X0開），當(dāng)污水池水位達(dá)到粗格柵工作最低工作水位時(shí)，粗格柵電機(jī)（M101）持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1h（仿真為10s）后，休眠30min（仿真為5s），休眠結(jié)束后，當(dāng)格柵池水位過高時(shí)（M2開），停止運(yùn)轉(zhuǎn)。手動(dòng)模式時(shí)（X0閉），打開粗格柵手動(dòng)開關(guān)（X3），粗格柵電機(jī)持續(xù)工作，關(guān)閉粗格柵手動(dòng)開關(guān)，粗格柵電機(jī)停止工作。3.細(xì)格柵系統(tǒng)圖4.10細(xì)格柵梯形圖如圖4.10，自動(dòng)模式時(shí)（X0開），當(dāng)格柵池水位達(dá)到細(xì)格柵工作最低工作水位時(shí)，細(xì)格柵電機(jī)（M103）持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1h（仿真為10s）后，休眠30min（仿真為5s），休眠結(jié)束后，當(dāng)沉砂池水位過高時(shí)（M4開），停止運(yùn)轉(zhuǎn)。手動(dòng)模式時(shí)（X0閉），打開細(xì)格柵手動(dòng)開關(guān)（X4），細(xì)格柵電機(jī)持續(xù)工作，關(guān)閉細(xì)格柵手動(dòng)開關(guān)，細(xì)格柵電機(jī)停止工作。4.生物反應(yīng)池系統(tǒng)圖4.11攪拌機(jī)和出水閥梯形圖如圖4.11，自動(dòng)模式時(shí)（X0開），當(dāng)生物池水位達(dá)到攪拌機(jī)工作水位時(shí)，攪拌機(jī)電機(jī)（M105）持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1h（仿真為10s）后，休眠1h（仿真為10s），休眠結(jié)束后，當(dāng)監(jiān)測水質(zhì)合格時(shí)（M6開），攪拌機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，出水閥（M107）送水，當(dāng)生物池水位低（M7開）時(shí)，停止送水。手動(dòng)模式時(shí)（X0閉），打開攪拌機(jī)手動(dòng)開關(guān)（X5），攪拌機(jī)電機(jī)持續(xù)工作，關(guān)閉攪拌機(jī)手動(dòng)開關(guān)，攪拌機(jī)電機(jī)停止工作；出水閥同理。5沉淀池系統(tǒng)圖4.12回流泵梯形圖如圖4.12，自動(dòng)模式時(shí)（X0開），當(dāng)生物池水質(zhì)合格時(shí)，回流泵電機(jī)（M108）持續(xù)工作，當(dāng)沉淀池水位過低時(shí)（M8開），停止運(yùn)轉(zhuǎn)。手動(dòng)模式時(shí)（X0閉），打開回流泵手動(dòng)開關(guān)（X7），回流泵電機(jī)持續(xù)工作，關(guān)閉回流泵手動(dòng)開關(guān)，回流泵電機(jī)停止工作。4.4觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì)1.手/自動(dòng)切換開關(guān)設(shè)計(jì)圖4.13切換開關(guān)圖如圖所示，切換開關(guān)路徑為X0圖4.14切換開關(guān)路徑圖操作方式為取反圖4.15切換開關(guān)操作圖2.開關(guān)設(shè)計(jì)開關(guān)分為按鈕和定子開關(guān)，其中X1為按鈕，其余開關(guān)為定子開關(guān)，區(qū)別在于操作方式不同。按鈕圖4.16按鈕圖操作方式為瞬時(shí)ON圖4.17按鈕操作圖（2）定子開關(guān)圖4.18定子開關(guān)圖操作方式為取反圖4.19定子開關(guān)操作圖3.傳感器設(shè)計(jì)圖4.20傳感器圖傳感器只有外觀不同，操作方式同開關(guān)4.電機(jī)設(shè)計(jì)圖4.21電機(jī)圖電機(jī)用燈泡代替仿真，紅色時(shí)電機(jī)不工作，當(dāng)燈泡變綠時(shí)，表示電機(jī)正在工作。4.5畫面顯示最后操作畫面如圖4.22所示分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式兩種模式。圖4.22組態(tài)畫面圖圖中包括手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，啟動(dòng)按鈕，進(jìn)水閥按鈕，粗格柵池，細(xì)格柵池，攪拌機(jī)，出水閥，回流泵，還有生物反應(yīng)池，沉淀池。其中生物反應(yīng)池中里面有檢測儀，檢測儀的作用是看雜質(zhì)有沒有處理干凈。4.6本章小結(jié)本章從污水處理的PLC選用開始，完成了PLC的選擇，并且開始仿真。先設(shè)計(jì)了總體的流程圖再利用PLC寫成匯編語言，畫出T型圖讓整個(gè)程序更加直觀。畫出手動(dòng)控制關(guān)系圖，流程為自動(dòng)控制開關(guān)啟動(dòng)，進(jìn)水閥啟動(dòng)若污水池水位超過最低水位時(shí)，粗格柵啟動(dòng)。當(dāng)格柵池水位超過最低水位時(shí)，細(xì)格柵啟動(dòng)；當(dāng)氧化反應(yīng)池達(dá)到指定水位時(shí)，放入凈水劑，攪拌機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)檢測水質(zhì)合格時(shí)，出水閥和回流泵啟動(dòng)。再列出I/O分配表，和每一段的程序設(shè)計(jì)。用TouchWin來實(shí)現(xiàn)上機(jī)位和人機(jī)界面，最后顯示出結(jié)果。

5.運(yùn)行和調(diào)試運(yùn)行分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，手動(dòng)模式時(shí)需要依次按進(jìn)水閥，粗格柵，細(xì)格柵，攪拌機(jī)，出水閥，回流泵按鈕。1.手動(dòng)模式圖5.1-1手動(dòng)運(yùn)行畫面如圖5.1-1，點(diǎn)擊手動(dòng)自動(dòng)切換按鈕，此時(shí)是手動(dòng)模式。若不點(diǎn)擊手動(dòng)自動(dòng)切換按鈕，則為自動(dòng)模式。手動(dòng)調(diào)試時(shí)，先點(diǎn)擊啟動(dòng)，然后再依次點(diǎn)擊進(jìn)水閥按鈕、粗格柵按鈕、攪拌機(jī)按鈕、出水閥按鈕、回流泵按鈕，對(duì)應(yīng)電機(jī)都立刻持續(xù)工作（綠燈常亮）。每個(gè)按鈕都都不受別的按鈕影響，此時(shí)為整個(gè)流程都工作時(shí)的狀態(tài)。圖5.1-2手動(dòng)模式運(yùn)行畫面當(dāng)關(guān)閉單個(gè)開關(guān)時(shí)，對(duì)應(yīng)電機(jī)關(guān)閉，并且不影響別的電機(jī)工作。此時(shí)關(guān)閉的是粗格柵按鈕，進(jìn)水閥，細(xì)格柵，攪拌機(jī)，出水閥，回流泵依舊在工作。2.自動(dòng)模式初始狀態(tài)如圖5.2所示，按下啟動(dòng)按鈕電機(jī)運(yùn)行，根據(jù)水位傳感器信號(hào)自動(dòng)動(dòng)作，并完成循環(huán)（圖5.3）。圖5.2自動(dòng)初始畫面圖5.3自動(dòng)運(yùn)行畫面圖片的狀態(tài)是進(jìn)水閥污水到最高水位，粗格柵水池也在最高水位，此時(shí)細(xì)格柵、出水閥、回流泵都在工作。當(dāng)選用自動(dòng)模式時(shí)，首先把污水池，格柵池，沉砂池，生物反應(yīng)池沉淀池的水位都調(diào)成低水位。點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，當(dāng)污水池由低水位跳到高水位時(shí)，格柵池開始工作。格柵池高水位時(shí)由沉砂池輸送到生物反應(yīng)池，檢測儀開始檢測。攪拌機(jī)開始工作，每次工作10秒鐘。當(dāng)生物反應(yīng)池到高水位時(shí)，沉淀池開始工作，最后污水處理完畢。

6.總結(jié)與展望6.1結(jié)論本設(shè)計(jì)的基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的污水處理廠PLC控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)不僅具有功能齊全的特點(diǎn)，而且智能、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效與生產(chǎn)過程緊密相連。配套的生產(chǎn)設(shè)施和設(shè)備、現(xiàn)場測量方式以及控制系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和有效性都有了很大的提高，為了優(yōu)化不同控制過程的模型，除了要合理選擇檢測儀表和自動(dòng)控制儀表以外，還要對(duì)PLC系統(tǒng)的軟件和硬件的應(yīng)用方面進(jìn)行研究摸索等。本文更加系統(tǒng)的闡述了SBR工業(yè)污水處理工藝流程系統(tǒng)的總體方案方法和相應(yīng)的軟件、硬件的功能配合。通過了長達(dá)五個(gè)月的課題設(shè)計(jì)和PLC仿真，基本上完成了應(yīng)用信捷PLC來實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在規(guī)定時(shí)間完成論文并且達(dá)到了期望的設(shè)計(jì)目的。在應(yīng)用PLC的過程中，讓我對(duì)PLC有了更多的了解，有了很多原來沒有的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)際相結(jié)合，對(duì)PLC的實(shí)際應(yīng)用有了更深的認(rèn)識(shí)。工業(yè)廢水處理系統(tǒng)采用新型PLC系列對(duì)開關(guān)量和模擬量的輸入輸出進(jìn)行監(jiān)控，體現(xiàn)了PLC在工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中的強(qiáng)大作用，充分補(bǔ)償時(shí)間和資源的浪費(fèi)。在對(duì)污水處理廠的設(shè)計(jì)過程中，首先要把硬件和軟件這兩個(gè)方面都考慮全面，所以在設(shè)計(jì)PLC污水處理流程時(shí)，就要考慮硬件問題和機(jī)械結(jié)構(gòu)問題，因此要合理選擇和充分利用硬件和軟件，在實(shí)際應(yīng)用中，PLC必須為外部硬件連接添加備用保護(hù)裝置，但輸出端只能通過死守和其他部件連接的方式。也就是說，當(dāng)接觸器突然打開或關(guān)閉，就會(huì)對(duì)PLC輸出端造成嚴(yán)重的損傷。所以，為了保護(hù)設(shè)備則必須添加各種保護(hù)裝置。軟件的主要問題是在制作程序后，要在電腦上模擬PLC程序。主要是確認(rèn)各種錯(cuò)誤是否在運(yùn)行，然后使用新的TouchWin模擬軟件對(duì)程序進(jìn)行硬件模擬驗(yàn)證。特別是當(dāng)程序出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤時(shí)，可以在調(diào)試過程中根據(jù)不同的功能模塊進(jìn)行分類和單獨(dú)調(diào)試，該控制程序一般需要各部件通過測試才能進(jìn)行整體調(diào)試，洗衣機(jī)和水泵的操作可從外部進(jìn)入狀態(tài)進(jìn)行控制，根據(jù)液位傳感器和傳感器的反饋信號(hào)進(jìn)行處理后進(jìn)行輸出控制。6.2展望本文主要研究了PLC污水處理的一些相關(guān)原理、做出了流程圖，取得了有些成果。但是在實(shí)際運(yùn)用中，PLC污水處理還會(huì)受到好多污水處理廠的影響，很多有關(guān)的技術(shù)還有待進(jìn)一步研究和改善。也由于各方面問題，還有很多細(xì)節(jié)未能實(shí)現(xiàn)，希望在以后生活中可以繼續(xù)研究。（1）只是初步的做出了污水處理的流程圖，但是沒有實(shí)際性應(yīng)用，考慮的不夠全面，整體實(shí)用性差，沒有實(shí)地去污水處理廠考察。（2）沒有考慮總體造價(jià)，只是考慮了流程更簡便更快捷。隨著時(shí)代的各種進(jìn)步，不光要考慮快捷的處理污水，價(jià)格方面也是非常重要的。（3）不太具有創(chuàng)新性，污水處理過后會(huì)有殘?jiān)?，本文只是把污水處理干凈但并未說明殘?jiān)撊绾翁幚怼?/p>

參考文獻(xiàn)[1]朱敬宇.污水處理廠中的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)