基于PLC的污水处理系统

常州工程学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书SJ006-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 基于PLC的污水处理系统 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自二 学生姓名： 孙凯 学号： 10020624 指导教师： 高敏 职称： 讲师 评阅教师： 职称： 2014年 5 月3摘 要 本论文研究的主要是用PLC控制污水的处理。环境问题随着城市的快速发展也显得越发的严重。其中一个重要因素是污水的破坏，污水处理自控系统在国内相对落后，经污水站排放的污水水质并不好，而且污水处理的成本很高，所以具有重要的意义是建立有效的自控系统以及优化其运行效果。文章介绍了PLC控制系统的工作原理，硬件结构以及设计设计PLC系统控制的步骤和基本原理。然后为了说明PLC在污水处理过程中的应用，以SBR污水处理工艺做为例子。先根据污水处理要求，设计了主要包括设备的启停、状态信号等设备的电气控制与自动控制线路。最后按照工艺要求设计包括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处工艺编制PLC程序等的PLC控制系统，。 为了可以加强整个系统的可靠性、准确性，节约能源和降低处理成本，减少劳动强度，可以建立高度自动化污水处理站。污水处理站的自控处理系统的建设具有了如上的优点后将会很大力度的使国内的环境及经济改观。关键词：污水处理；硬件配置；PLC；软件设计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目录摘要Abstract第1章 绪论11.1课题背景11.2 课题研究目的和意义11.3本文研究的主要内容2第2章 污水处理的工艺流程32.1 常用的污水处理工艺32.2 SBR的结构及工作原理32.3 污水处理工艺过程阐述42.4 SBR污水处理电气控制系统的总体设计5 2.4.1 SBR污水处理电气控制系统设计要求5 2.4.2 设计过程5 2.4.3 控制系统方案设计6 2.4.4 SBR污水处理电气控制系统硬件电路设计71. 主电路设计72. 搅拌机电路的设计7第3章 电气控制系统方案的选择及硬件设计93.1 PLC的简单介绍9 3.1.1 PLC的工作原理9 3.1.2 循环扫描技术93.2 PLC的总体设计9 3.2.1 PLC的选型9 3.2.2 Fx2n的简介10 3.2.3 PLC的I/O分配11 3.2.4 I/O设备确定133.3 交流控制电路设计133.4 主要参数计算153.5 PLC控制电路设计153.6 电控箱布置图和配线图、控制面板布置图和配线图的设计16第4章MCGS组态软件在本系统中的应用184.1对上位机监控软件的要求184.2上位机设计18 4.2.1定义数据对象19 4.2.2主画面的设计204.2.3 实时报警234.2.4 设备与变量连接234.2.5 程序调试运行及安全机制244.4 本章小结25第5章总结26参考文献27附录28I绪论第1章 绪论1.1课题背景地球上虽然有70.8的面积被水所覆盖，但淡水资源极其有限，人类真正能够利用的只有江河湖泊和地下水中的一部分，这仅占地球总水量的0.26，且分布不均。全世界每天约有200吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8升淡水。世界上许多国家正面临水资源危机： 12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施1。我国污水处理行业概况:(1) 我国水资源的人均占有量较少，空间的分布不平均。随着我国城市化以及工业化的不断加速，水资源需求缺口也在日益增大。在这样背景下面，污水处理业成为了新兴产业，与自来水的生产、供水、中水回用、排水行业处于同等重要的地位。(2) 虽然国家与各级政府对环境的保护重视的程度不断提高，我国污水处理业正在迅速增长，污水处理的总量在逐年增加，城镇污水的处理率不断的提高。但目前我国污水处理业仍然处于发展初级阶段。(3) 一方面，我国目前污水处理的能力跟不上用水的规模迅速扩张，污泥处理、管网等配套设施建设的严重滞后。另外一方面，我国的污水处理率和发达国家相比较，还是存在着明显差距，而且处理设施负荷率比较低。(4) 因此我国应不断完善污水处理政策法规，创建比较合理的污水处理的收费体系，建立监管体制，扶植国内的环保产业发展从而推进污水处理业的市场化和产业化。污水处理业是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。我国污水处理业因此迎来了高速发展期。1.2 课题研究目的和意义 我国污水处理的电耗为0.365kWh/m3、日本为0.304 kWh/m3、美国为0.243kWh/m3，因此建设符合我国具体情况的污水厂自动控制系统对降低污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。随着社会的发展，水资源已经成为影响工业发展的重要因素，现代工业中生产工艺和设备对水质要求越来越高。众多迹象表面，水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈，因此世界各国越来越重视水的再利用和水处理，通过各类技术进一步的提高供水的质量，提高经济的效益。而且工业污水处理的过程中，通过厌氧及好氧的处理，污水中沼气、热量等再生能源便可以为工业的生产提供二次的能源，从而真正的实现循环经济、变废为宝目的。伴随着环境保护这些呼声愈来愈高，工业污水的处理已然体现出它的紧迫性与必要性，对于各类污水进行处置之后排放成为了各企业的基本要求。在工厂工业废水处理的过程中，废水来源不稳定及工厂中的各种污水成分的复杂性，对于工业废水处理工艺及控制方式等提出了较高的要求。PLC作为一种新型的工业控制器,以其通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点,在工业控制中得到越来越广泛的应用,在自来水处理中也得到一定程度的推广，而且在其稳定性、高自动化程度的不断加强，使得其成为城市自来水处理自动化方面的首选。1.3本文研究的主要内容本文论述了污水处理工艺及污水处理系统的组成和PLC控制系统的设计， 主要由以下内容组成：(1) 介绍了污水处理的基本内容，包括污水处理的发展及污水处理的工艺流程。(2) 介绍了PLC的基本结构和工作原理，并对污水处理控制系统进行设计分析。(3) 具体设计污水处理的硬件系统及软件系统。37污水处理的工艺流程第2章 污水处理的工艺流程2.1 常用的污水处理工艺常见的污水处理方法物理法：机械或物理的分离进程。积淀,过滤, 上浮,离心分离等化学法：参加化学物质与污水中有害物质发生的化学反映转化过程。氧化, 中和,还原,混凝, 分解,化学沉淀等物理化学法：有物理化学分离过程。吹脱,气提, 萃取,吸附,离子交换, 反渗入渗出,电解电渗析等生物法：有微生物在废水中对于有机物进行了氧化,分解新陈代谢的过程。生物滤池,活性污泥, 氧化塘,生物转盘,厌气消化等污染物的生物化学转化技巧：1、活性污泥法：SBR、AO、AAO、氧化沟等2、生物膜法：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等3、厌氧生物处理法：厌氧消化、水解酸化池、UASB等4、天然前提下的生物处理法：稳定塘、生态体系塘、土地处理法污染物的化学转化技术：1、中和法：酸碱中和2、化学沉淀法：氢氧化物沉淀、铁氧体沉淀、其他化学沉淀3、氧化还原法：药剂氧化法、药剂还原法、电化学法4、化学物理消毒法：臭氧、紫外线、二氧化氯、氯气、次氯酸钠溶解态污染物的物理化学分离技术：1、吸附法2、离子交换法3、膜分离法：扩散渗析、电渗析、反浸透、超滤、纳滤、微滤4、其余分离方法：吹脱和蔼提、萃取、蒸发、结晶、冷冻2.2 SBR的结构及工作原理本文中的污水处理采用SBR污水处理工艺，即序批式间歇活性污泥法。SBR采用时间分割的操作方式替代传统的空间分割方式，可以适应工业生产连续产生大量污水的特点。SBR废水处理系统分别由粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池、水泵、鼓风机和电动阀门等部分组成，在粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的液位。本文采用4个SBR池循环处理的工艺，并结合PLC技术，以实现废水处理的过程实时检测及控制，从而保障生产的过程的连续性，从而降低劳动的强度。这种工艺是由四个池组成的，每一个SBR的处理周期都包括进水、沉淀、生化反应（曝气）、排放等等工序，按照该序列中的SBR废水间歇地进入每个反应步骤。曝气使有氧，缺氧和厌氧状态交替，最终达到脱碳，氨和氮的去除的目的。也有保证由风SBR的量。 SBR布局如图2-1所示。图2-1 SBR池布置图在去除有机物池与传统的活性污泥相同的氧合阶段SBR反应机理。所不同的是操作，水，反应，沉淀，排水和污泥负荷步骤5运行在相同的反应容器中周期性地SBR。当污水进入反应罐，搅拌罐和废水的有机物吸附胶团的污泥负荷，并开始可生物降解的。后上部的水沉淀后的反应逐渐变得清晰，使用水从滗析器将最终排出的污泥。2.3 污水处理工艺过程阐述(1) 进水进水阀门打开，污水通过粗格栅，经过水泵，然后再经过细格栅过滤，污水到达集水池，再根据控制要求，将集水池中的污水分步骤逐次地注入各个SBR反应池。(2) 反应反应工序是SBR工艺最重要的一道工序。当污水注入达到预定容积后，停止进水，空气阀门打开，鼓风机启动，开始曝气，同时潜水搅拌机和回流污泥泵运行，可开始反应操作，如驱除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等7。根据反应需要达到的程度，进行曝气和搅拌，并决定反应时间的长短。潜水搅拌机与曝气系统混合使用，使能耗大幅度降低，充氧量明显提高，创建水流，加强搅拌功能，防止污泥沉淀，有效防止沉淀。(3) 沉淀当SBR池停止曝气以后，空气阀门关闭，同时潜水搅拌机、回流污泥泵也停止运行。开始重力沉淀和泥水分离。(4) 排水SBR池达到高水位，并经过沉淀工艺以后，上清液由滗水器缓慢排除池外。当池水位达到设定的最低水位时，滗水器停止运行。同时，剩余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。系统有4台滗水器，分别位于4个SBR反应池内。滗水器通过PLC可编程控制器实现自动控制。当SBR反应池的静置时间结束，且液位满足要求时，滗水器开始运行。2.4 SBR污水处理电气控制系统的总体设计 2.4.1 SBR污水处理电气控制系统设计要求(1) 系统的控制核心选用PLC，根据工艺的要求合理选配PLC机型和I/O接口。(2) 执行自动工作方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。(3) 驱动搅拌机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能。(4) PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。(5) 为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，如电动机过热保护、控制系统短路保护等。(6) 绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC硬件电路。(7) 选择电器元件、编制元器件目录表。(8) 绘制接线图、电控箱布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等。(9) 采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。2.4.2 设计过程(1) 系统由一台粗格栅除污机，由时间间隔控制其开或者停。为了调试方便，设置开5S，关5S。粗格栅池有两个浮球开关，分别标示着池中污水的液位上限值和下限值。如果液位达到上限值，前面的水泵1关闭，如果液位达到下限值，后面的水泵2关闭。(2) 两台水泵，水泵2和水泵3，由时间和浮球开关同时控制，当粗细格栅除污机工作时，水泵不工作，当粗格栅除污机不工作时两台水泵工作。细格栅池水位高时，关闭水泵3。(3) 细格栅除污机，由时间控制其开或者停。为方便调试，设置开5S，关5S。细格栅池有两个浮球开关，分别标示着池中污水的液位上限值和下限值。如果液位达到上限值，前面的水泵3关闭，如果液位达到下限值，后面的调节阀2关闭，以维持系统的正常运行。(4) 皮带运输机在粗格栅除污机工作一定时间后开始工作，设置粗格栅除污机工作2S后，皮带运输机开始工作。粗细格栅除污机同用一台皮带运输机。(5) 污水经过细格栅除污机后进入集水池，当集水池处于低水位时，关闭集水池后面与其相连的所有阀门。集水池中应用4个浮球开关，实时监测集水池中水位的变化，当水位非常高时，发报警信号。(6) 4个SBR池，每个池中都有2个浮球开关监测池水的水位。SBR池内进水阀门依次开启，当1#SBR池水位升到一定液位后关阀门，然后开2#SBR池进水阀门，2#SBR池水位升到一定液位后关阀门，然后开3#进水阀门，依次类推。(7) 进水阀门关闭后，空气阀门开启，潜水搅拌器和回流污泥泵同时开启。S B R池的水位有限制，水位太高会溢出池外，水位太低则不能满足曝气的要求， 因此设置水位保护。在进水阶段，如达到高水位则停止进水，如水位太低则不曝气重新进水。一定时间后关闭空气阀门，潜水搅拌器和回流污泥泵也随之关闭。(8) 空气阀门关闭5S后，滗水器开始运行，将池内的上清液排出，当SBR池液位下降到一定高度后停止运行。(9) 剩余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。储泥池液位达到高液位后停止运行。(10) 当开启一个空气阀门时开启一台鼓风机，开启两个或三个空气阀门时开启两台鼓风机。(11) 脱水机按水处理工艺要求工作，单体为自动化组。2.4.3 控制系统方案设计(1) SBR废水处理系统控制对象电动机均由交流接触器完成起、停控制，搅拌机要采用正、反转控制。(2) 粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池等的液位检测开关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考虑耐腐蚀性。(3) 粗细格栅除污机、各个水泵、鼓风机电动机、搅拌机分别采用热继电器实现过载保护，其热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为PLC的输入信号，用以完成各个电动机系统的过载保护。(4) 鼓风机的控制要求在无负载条件下起动或停机，需要在曝气管路上设置空气阀。(5) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护。(6) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用BVR型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。(7) PLC选用继电器输出型。(8) PLC自身配有24V直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC接地端采用第三种接地方式，提高抗干扰能力。2.4.4 SBR污水处理电气控制系统硬件电路设计1. 主电路设计 SBR污水处理电气控制系统主电路如图3-1所示。图3-1 SBR污水处理电气控制系统主电路主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制格栅除污机M1、滗水器M2、鼓风机M3、剩余污泥泵M4、回流污泥泵M5；交流接触器KM6、KM7控制潜水搅拌机M6，KM8、KM9控制集水池搅拌机，两个搅拌机通过正、反转完成对污水的搅拌功能。电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7实现过载保护。 QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。熔断器Fu1、Fu2、Fu3、Fu4、Fu5、Fu6、Fu7分别实现各负载回路的短路保护。2. 搅拌机电路的设计在集水池中要用到搅拌机，主要实现的功能是使集水池的污水中所含物质分布均匀，以便PH检测传感器能够正确的检测到水池中污水的PH值。搅拌机电路如图3-3所示。图3-3 搅拌机电路电气控制系统方案的选择及硬件设计第3章 电气控制系统方案的选择及硬件设计3.1 PLC的简单介绍3.1.1 PLC的工作原理PLC与继电器构成控制的装置的重要区别之一就是工作方式的不同，并行运行是继电器的控制方式，即输出线圈如果断电或通电，该线圈触点立即动作，有几个电器同时动作时就表示形成电流通路，但是PLC采用循环扫描技术则不同，它只有线圈断电或通电，并且只有当程序扫描到线圈时，该线圈的触点才会动作，而且每次只能执行一条指令，这也就是说明PLC是以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。3.1.2 循环扫描技术PLC循环扫描可分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。(1) 输入阶段在这个阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机进行通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们放到合适的输入存储单元。(2) 执行程序的阶段在此阶段，PLC按照从顶部逐步执行程序指令的底部的顺序。从相应的输入存储单元读出输入信号的状态和数据，然后基于该状态程序内部继电器，定时器，计数器，数据寄存器和所得的计算结果数据的逻辑运算，并存储相应的输出存储器单元的结果。实施这一阶段进入输出级后。在此程序的执行，对输入信号和该数据的状态保持不变。(3) 输出阶段在这个阶段，PLC输出对应于输出模块发送和发送的输出信号到外部设备的操作结果存储单元中，通过输出外部设备启动控制模块。3.2 PLC的总体设计3.2.1 PLC的选型本系统一共需要24个输入/出点，设计中用到的是三菱公司出产的FX2N系列中的FX2N-48MR型号。FX2N系列是三菱PLC是FX家族中比较先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的控制能力和灵活性，FX2N高速度，所有的性能和方便的超小型编程器FX系列，档次最高的等价的。除了第16至第25个点分开的目的，但也可以应用到该连接，模拟控制，定位控制，如一个数字特殊的目的，被设定为满足不同的PLC的广泛需要的基本部件之间的输入。 3.2.2 Fx2n的简介FX2N系列FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2N系列具有以下特点：最大范围的包容性的标准功能，运行速度更快，全面补充了世界各地不同的国家，以满足电力和很多特殊功能模块的个性化需求，这对于通信功能的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。特殊功能为大量实际应用和发展制定了一系列特殊功能模块，以满足不同-模拟I / O ，高速计数器的各种需求。定位控制多达16个轴的脉冲串输出或J和K型热电偶或Pt开发的温度传感器模块。对于每个FX2N主单元可配置总计8特殊功能模块。网络和数据通信连接到世界上最流行的开放式网络CC-Link的， PROFIBUS DP和DeviceNet网络或者使用传感器的水平来解决您的通信需求。其他特点内置的24V直流电源24V， 400毫安直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。快速断开端子块因为采用优良的可维护性快速断开端子块，即使这样，电缆可更换单元。时钟功能和小时表功能在两个实时时钟所有的FX2NPLC标准。时间设置和比较指令易于操作。过程跟踪和机器维护电度表功能提供了有价值的信息。连续扫描工作周期定义为应用程序需要连续扫描的时间。输入滤波器的功能，可用于调整输入信号的输入滤波器的电平（在基本单元X000到X017 ） 。注释记录元素注解可以记录在程序寄存器中。在线程序不会损失工作时间来改变程序或停止生产运行在线编辑。运行/停止开关到RUN / STOP开关面板上操作方便。远程维护远处的编程软件可以通过调制解调器通信，上载或卸载程序和数据进行监测密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序3.2.3 PLC的I/O分配表3-1 模拟量输出地址分配表X0总开关开启X1总开关停止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储泥池浮球LT30a高液位X24SQ12X25SQ13X26SQ14X27SQ15表3-2 数字量输出地址分配表Y0粗栅格除污机Y1调节阀7Y2水泵2Y3水泵3Y4细栅格除污机Y5调节阀8Y6皮带运输机Y7排泥阀1Y10集水池液位报警Y11调节阀3Y12调节阀4Y13调节阀5Y14调节阀6Y151#SBR池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y162#SBR池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y173#SBR池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y204#SBR池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y211#SBR池滗水器Y222#SBR池滗水器Y233#SBR池滗水器Y244#SBR池滗水器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#鼓风机Y322#鼓风机Y33水泵1Y34调节阀2Y35酸液罐无药液Y36碱液罐无药液Y37排泥阀2Y40备用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设备确定可编程控制器（PLC） 三菱 FX2N-48mr电机（水泵） 江林泵业 WQ型 液位变送器 西安力敏 ND-21余氯仪 诺博科技 NSC100数字显示仪表 力敏 LXMT600污泥泵 蓝升 ZW排污泵3.3 交流控制电路设计 SBR污水处理系统交流控制电路如图3-2所示。图3-1 SBR污水处理系统交流控制电路控制电路有电源指示HL。PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，可以配置标准型、变比1：1、容量100VA隔离变压器。粗细格栅除污机、滗水器1、滗水器2、滗水器3、滗水器4、鼓风机1、鼓风机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、潜水搅拌机1、潜水搅拌机2、潜水搅拌机3、潜水搅拌机4、集水池搅拌机，都有运行指示灯HL1HL21，由KM1KM9接触器常开辅助触点控制。几台电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7的过载保护，分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护信号，KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。3.4 主要参数计算断路器QF脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。SBR废水处理系统有3kW负载电动机两台，起动电流较大，其余五台为1.1kW以下，起动电流较小，而且工艺要求7台电动机单独起动运行，因此可根据3kW电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF：IQF1.7IN=1.76A10.2A10A，选用IQF10A的断路器。熔断器FU熔体额定电流IFU。以鼓风机为例，IFU2IN22.5A5A，选用5A的熔体。其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。控制回路熔体额定电流选用2A。3.5 PLC控制电路设计 包括PLC硬件结构配置及PLC控制原理电路设计。硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量的控制、用户程序存储器的存储容量等；选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置。根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC控制电路原理图，绘制PLC控制电路，编制I/O接口功能表。图3-4为SBR污水处理系统PLC控制电路原理图。 图3-2 SBR废水处理系统PLC控制电路原理图PLC输入回路中，信号电源由PLC本身的24V直流电源提供，所有输入COM端短接后接入PLC电源DC24V的（）端。输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置的电源等级和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流电源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。PLC采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为AC250V，2A。表1和表2分别为SBR污水处理系统PLC输入和输出接口功能表。 3.6 电控箱布置图和配线图、控制面板布置图和配线图的设计电控箱电器板原件布置图如图3-5所示，电控箱电器面板元件布置图如图3-6所示。 图3-3电控箱电器板元件布置图 图3-4电控箱电器面板元件布置图常州工程学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书第4章MCGS组态软件在本系统中的应用4.1对上位机监控软件的要求组态软件上主要实现以下功能：(1) 对工艺系统进行集中监控，实现自动数据采集、数据处理、以及实时曲线、历史曲线和报表输出等；(2) 完成SBR内相关设备的程序启动、时间启动等；(3) 实现集水池中酸碱液的自动添加；(4) 实现参数报警，使操作员在线了解各池中液位的变化情况。由于PH检测传感器、液位检测传感器等检测到的模拟量不能传入组态中，因此用数字量分段显示污水的PH值。用浮球开关检测污水的上下限值15。对监控软件的要求主要为：(1) 组态现场工艺流程画面，要求生动、形象；(2) 在自动方式下，在现场有关条件满足的情况下，可以通过中控室远程控制各个开关；(3) 被控对象的参数要求加以范围限制，超出范围要求报警；(4) 要求显示污水PH值的范围。4.2上位机设计上位机设计包括：(1) 污水处理远程计算机控制系统。它采用MCGS组态软件来控制和管理组态软件是用于构建计算机监控系统，并生成，通过现场数据采集和显示，报警处理，多种直观的方式，如过程控制和报表输出到用户提供解决方案，以解决实际问题。 (2) 整个项目的系统结构和过程监控对象的特点，主要监测要求和技术要求。(3) 工程的总体规划和设想的拟定组建，主要是包括系统需要实现哪些功能。控制流程采用什么方式实现，需要用的用户的窗口界面，实现什么样的动画效果以及如何定义实时数据库中的数据变量等环节。还需要分析工程设备输出通道的数据采集和实时数据库和定义的变量之间的关系，变量必须分清哪些是与设备，哪些变量是用来传递用于实现动画显示数据和内部软件和连接等。上位机监控画面的设计：程序运行时首先进入主画面，显示污水处理的整个工艺流程，电机状态画面显示各个开关量的状态，液位报警窗口显示各个污水池水位的高低，并发出报警信号，PH值显示窗口显示集水池中污水的PH值范围，以便适时加入酸液或者碱液。期间如果用户想对画面进行操作，包括控制和更改参数，必须有操作员或者管理员的权限。在登入状态下，不同的用户有不同的权限，可以对给予授权的参数进行修改。在中央控制室的操作人员都可以对现场设备进行启、停控制。4.2.1定义数据对象需要系统之前定义的数据对象来进行分析，以确定所需要的变量。数据对象是实时数据库的基本单元，建立一个定义过程数据对象的实时数据库的过程。定义数据对象的内容主要包括：(1) 指定数据变量的名称、类型等；(2) 确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。本系统需要的变量如图5-1所示。（续图）图4-1 数据对象的定义4.2.2主画面的设计主画面显示整个污水处理厂的工艺流程。显示画面显示各个开关量的状态。如果想知道的层面，电机状态污水池的情况下，你可以切换到分屏。点击“系统管理”下拉菜单中会出现“用户窗口管理”，“退出系统”，点击你想要实现的功能。在主屏幕上会出现“显示窗口的PH值”，“水平显示”，“电机状态窗口”，“报警数据”，“数据”，“历史数据”等菜单，点击屏幕进入相应的操作。1. 编辑画面首先进入画面编辑环境，利用“插入元件”工具从元件库中选择所需要的阀门、泵、电机等设备，调整大小及位置，然后保存。画完后如图5-2所示。图4-2 工艺流程主画面2. 动画连接(1)液位实时显示动画效果的制作插入滑动输入器，双击设置，在操作属性中设置“对应数据对象的名称”为液位1，滑块在最左面时对应的值为0，在右面时对应的值为10。刻度与标注属性设置如图5-3所示。运行时，将光标移至液位1滑动输入的指针处，光标变成手形，按住鼠标想右拖动指针，液位显示随之发生变化。用这种方法可以人为模拟液位变化。图4-3 刻度与标注属性设置(2)液位升降动画效果制作1) 在水位监控画面中双击粗格栅除污池，弹出属性设置窗口，进入“动画连接”页如图5-4所示。图4-4 将水罐进行动画连接2) 选中“折线”，右端出现的。3)单击进入属性设置窗口。在“大小变化”页按图5-5进行属性设置。图4-5 缩放连接4)单击“确认”按钮，完成粗格栅除污池的设置。5)用同样的方法建立细格栅池与液位2之间的动画连接。注意设置参数，表达式：液位2；最大变化百分比对应表达式的值：6。6)单击“保存”按钮。7)进入允许环境，拖动液位滑动器指针，可观察到水罐水位的升降变化的动画效果。同理。可设置其他几个水池的升降动画效果。4.2.3 实时报警实际运行时，可能会发生参数越极情况。报警显示是最基本的安全手段。实时报警可提示操作人员进行及时处理，避免事故发生。历史报警能对指定时间内的所有参数越限情况进行记录、显示和打印，以便对系统运行情况进行分析。特别是在事故发生后，这种分析对于调查事故发生的原因很重要，本系统需设置报警的数据对象是液位组（包括液位1-9）。首先对组对象进行定义，然后双击“用户窗口”中的“水位监控”窗口，进入该画面。选取“工具箱”中的“报警显示”构件。如图5-6所示。图4-6 报警窗口双击报警窗口，弹出属性设置窗口，如图5-7所示。图4-7 报警窗口属性设置4.2.4 设备与变量连接在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”进入，点击工具条中的“工具箱”图标，点击“设备管理”按钮。在通用设备中选择“通用串口父设备”和“三菱_FX系列编程口”，点击确认。在设备管理中先双击“通用串口父设备”再双击“三菱_FX系列编程口”。使“三菱_FX系列编程口”成为“通用串口父设备”的子目录。双击“通用串口父设备”设置如图5-8所示。图4-8 通用串口父设备属性编辑4.2.5 程序调试运行及安全机制将PLC和组态环境进行连接，模拟调试是否满足控制要求。工业过程控制中，应该尽量避免现场人为误操作所引去的故障或事故，因为某些误操作所带来的后果可能是致命性的。安全机制是为防止人为误操作建立的。避免操作的方法是对不同的操作、不同的人员规定不同的操作权限，使不具备操作权限的人员无法进行操作，从而使操作人员各司其职，减少误操作的发生，提高系统安全性。 在MCGS中：(1) 可以定义无限多个用户组；(2) 每个用户中可以包含无限多个用户；(3) 同一个用户可以隶属于多个用户组。下面介绍安全机制的建立步骤：选择工具菜单中的“用户权限管理”，打开用户管理器。默认定义的用户：负责人；默认定义的用户组：管理员组，如图5-9所示。图4-9 用户权限设置 (1) 双击负责人，弹出“用户属性设置”窗口。设置用户密码和确认密码；隶属用户组为：管理员组。单击“确定”按钮，回到“用户管理器”窗口。(2) 单击用户组名列表域内任意一个位置，进入用户组编辑状态，在窗口左下放出现“新增用户组”按钮。(3) 单击“新增用户组”按钮，弹出“用户属性设置”对话框。进行如下设置，用户组名称：操作员组；用户组描述：成员仅能进行一般操作；在用户组成员组成员列表域的“负责人”前不打钩，即负责人。(4) 单击“确认”按钮，回到“用户管理器”窗口。此时用户组列表多了一个操作员组。下面要为操作员组增加一个成员。(5) 单击用户名列表域任意位置，“新增用户组”按钮变成“新增用户”按钮，单击，弹出“用户属性设置”对话框，设置参数。4.4 本章小结本章主要是按照上位机的设计要求，要考虑到保密及安全机制，对组态软件进行编辑，对模拟环境进行设计。设计完成后与PLC相连，实现模拟调试。总结第5章总结我之前在学校的图书馆里上网查找了有关方面的一些资料，搜集了很多关于污水处理方面的资料，包括污水处理的发展、现状、工艺以及很多污水处理厂的信息。同时，我也借阅了一些PLC相关的书籍，进行了较为细致的分析，详细了解被控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务是什么。所以我首先对污水处理的工艺进行了细致的分析。通过学习得知污水处理有很多工艺，我选择了一种自动化程度较高，工艺比较简单的SBR法来进行我的设计。PLC集顺序控制和过程控制于一体，具有可靠性高，使用方便、灵活，组网简单的特点，是实现中小规模工业自动化的有力工具。在污水处理中，基于PLC的控制系统在实时性、可靠性、准确性等方面满足了设计要求。本次设计利用了PLC的特点，对粗细格栅除污机、水泵、各种阀门等进行控制，从而实现了污水处理的自动化，保证了污水处理的顺利进行。由于本设计基于理论来完成，再加上本人知识有限，在系统设计中还有很多缺陷。由于污水处理为滞后系统，实际运行和控制效果可能不会像理论这样完善，还需要进一步对污水处理原理部分进行研究。致 谢这次毕业设计是在导师高敏的悉心指导和监督下完成的，导师以其严谨的态度以及渊博的知识为我指明了前进的道路，同时开拓了我的思路，丰富了所用的专业知识。在我完成毕业设计期间，高老师对我们的关心无微不至，从前期的选课题，撰写开题报告，查找外文文献以及后来的在实验室调试等等，高老师都给予了我极大的帮助。在我遇到瓶颈的时候，高老师还给予了我极大的鼓舞。高老师的敬业精神与做人的原则是有目共睹的。所以，在这里我要由衷的感谢高老师，是她的谆谆教导让我能够顺利的完成毕业设计，再次感谢高老师。这里还要感谢母校，母校的图书馆以及网上图书馆对我们的开放给予了我们极大的帮助，如果没有图书馆理面丰富的资料，我想我的毕业设计不会这么顺利的。感谢本文参考的论文文献作者，有了你们提供文献，就大大开拓了我的研究思想，这里对你们表示由衷的感谢。在完成论文的过程中，我还要感谢着整个电气学院自动化的所有老师，感谢你们对我的培养。在大学的四年里，你们让我受益匪浅。感谢同学们的帮助，有你们的陪伴让我在遇到困难的时候可以毫不畏惧。感谢阅读和评阅本文的老师们。最后，由衷的感谢参加答辩的老师，教授们！在这里祝福各位工作顺利，生体健康。常州工程学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书参考文献1夏宇闻.Verilog数字系统设计教程M.北京:北京航空航天大学出版社,2003.2王冠,黄熙,王鹰.VerilogHDL与数字电路设计M.北京:机械工业出版社,2005.3MichaelJohnSebastianSmith.Application-SpecificIntegratedCircuitsM.电子工业出版社,2004.4谢永瑞.VLSI概论M.北京:清华大学出版社,2002.5阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2002.6褚振勇,翁木云.FPGA设计与应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2002.7徐欣.基于FPGA的嵌入式系统设计M.北京:清华大学出版社,2004.8徐新阳,等.污水处理工程设计M.北京:化学工业出版社,2003.9廖常初.57-300/400PLC应用技术M.北京:机械工业出版社,2005.10丁桓如.工业用水处理工程M.北京：清华大学出版社，2005：188-24511钱达中.发电厂水处理工程M.北京：中国电力出版社，1998：151-19912胡雪林.可编程控制教程（提高篇）.M.北京：电子工业出版社，2005：5-3013高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例M.北京：人民邮电出版社，2004：251-25814龚立新，方立友.工业组态软件实用技术M.北京：清华大学出版社，2005：20-45附录主程序梯形图（续）主程序梯形图（续）主程序梯形图（续）主程序梯形图（续）主程序梯形图（续）主程序梯形图（续）主程序梯形图（续）主程序梯形图（续）主程序梯形图（续）