基于SPLC的SBR污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計

1、1緒論1.1選題的目的從總的方面來說，中國的淡水資源總量與其他國家相比是不少，但就全國的分布上來說不是很平衡，因此相對的平均資源就少了。而且在全國城市化大潮的推動下，在各個地方都有對環(huán)境或多或少的破壞，造成了不同程度上的污染。但是，由于人口的迅速增加和工業(yè)上的生產(chǎn)需求，對于水資源的需求量，也是日益增多1。就在這種嚴(yán)峻的形勢下，污水處理工藝也就應(yīng)運(yùn)而生。由于生產(chǎn)力水品的迅速提高，PLC技術(shù)也得到了充分發(fā)展的機(jī)會，使得污水處理控制系統(tǒng)變得更加合理化、智能化，同時也更加的省時省力，大大的節(jié)約了社會資源與勞動力，符合可持續(xù)發(fā)展原則。以前的傳統(tǒng)活性污泥法，現(xiàn)在早就跟不上社會的需求。但現(xiàn)在依然有部分的企業(yè)

2、采用傳統(tǒng)活性污泥法來處理工業(yè)污水，這樣雖然運(yùn)行的成本低了，但是建設(shè)投資與占地范圍都比較大，而且相對國家標(biāo)準(zhǔn)而言也是不符合相關(guān)要求的，容易造成對土地的再次污染。如果一次性處理的污水太多，就無法及時進(jìn)行反應(yīng)處理，于是出現(xiàn)了更加高效、節(jié)能的污水處理控制工藝來滿足人們與企業(yè)的日常需求。1.2選題的意義隨著社會的高速發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的污水處理控制系統(tǒng)已經(jīng)無法跟上發(fā)展的步伐，其缺點也是越發(fā)明顯，已經(jīng)逐步被社會所淘汰。但是隨著PLC技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了一個新的基于可編程控制器的自動化程度比較高的污水處理控制系統(tǒng)。本課題是基于S7-200PLC的SBR污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計，這個系統(tǒng)可以達(dá)到對污水池液位的實

3、時監(jiān)控、進(jìn)水泵與風(fēng)機(jī)相關(guān)I/O設(shè)備的故障檢測及報警的目的，及時避免了不必要的浪費(fèi)與危險。本設(shè)計不僅僅完成了該系統(tǒng)的設(shè)計方案、工藝流程、程序編寫，同時還完成了該課題在軟硬件方面的設(shè)計以及組態(tài)監(jiān)控畫面。1.3污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀在國外，許多的污水處理廠早就想到了要將污水處理與網(wǎng)絡(luò)連接到一起,這就是一些早期的與污水處理相關(guān)的自動控制系統(tǒng)的起源。而且國外的人早些時候就把SCADA技術(shù)應(yīng)用到供、排水系統(tǒng)中，并且也取得了一些不錯的社會與經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)國外的許多廠家為了方便監(jiān)控與檢測，已經(jīng)可以在污水處理方面采用智能控制系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工控制的時候，國內(nèi)的污水處理技術(shù)才開始起步。國內(nèi)在污水處理方面的自動化2控制

4、技術(shù)起步比較晚，90年代之前一直沒有什么比較明顯的發(fā)展。但從90年代開始，隨著國內(nèi)許多大型污水處理廠的建成，我國的自動控制技術(shù)也有了比較大的進(jìn)步，才開始漸漸地采用智能化系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝。后又從國外引進(jìn)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，使得各種新的工藝跟設(shè)備層出不窮，并且都得到了最合理的利用。我國目前還處在手動與自動結(jié)合的階段，自動化程度并不是很高，而且也沒有信息的交換，不能對整個廠房的設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控?？偟膩碚f，雖然我國和國外的自動化技術(shù)相比還有不小的差距，但是對于我國這樣一個環(huán)境污染嚴(yán)重的國家來說，污水處理迫在眉睫，所以，在中國污水處理自動控制系統(tǒng)的前景還是可觀的。2設(shè)計方案的確定2.1常用的污水處理工藝到

5、現(xiàn)在，隨著各種生產(chǎn)生活廢水的肆意排放，相對應(yīng)的污水處理方案也是層出不窮，每個地方的情況都不盡相同，所以要因地制宜選用處理方案。(1) 比較傳統(tǒng)的污水處理工藝1，主要部分是由沼氣池與沉淀池組合而成，該方案中污水中的有機(jī)物在經(jīng)過曝氣池的時候，會被池中的微生物吸附掉大部分，同時還有部分也會被氧化掉，但是沉淀下來的一些污泥依舊會回到曝氣池里繼續(xù)前面的步驟。這種方法對于有機(jī)物的利用率比較高，不需要太大容量的池子，節(jié)約能源。但是，前期投資成本高，氮磷的利用不夠充分，污泥容易堆積。(2) 缺氧-好氧法(即A/O法)，該方法為生物法，就是在原有的傳統(tǒng)工藝上發(fā)展出來的污水處理方法。通過增設(shè)的好(厭)氧池進(jìn)行相關(guān)

6、的化學(xué)反應(yīng)(硝化-反硝化)，這樣能大大提高氮的利用率。(3) 生物降解法，該方法分為A和B兩段，初期的時候沒有沉淀的，曝氣也分為高低負(fù)荷兩個段。在高負(fù)荷的時間段，以生物的吸附為主要手段，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，緩沖比較好。B段為低負(fù)荷段，和一般的活性污泥法差不多，穩(wěn)定性比較優(yōu)良。但是該方法的污泥產(chǎn)量比較大，后期的費(fèi)用會增加很多，氮的利用率也不是很高。2.2SBR法的原理及特點本課題比較合適選用SBR法。SBR使用分時運(yùn)行代替用傳統(tǒng)方式進(jìn)行的空間分割，能擁有在污水處理高峰期的持續(xù)工作能力。SBR工藝法的基本組成3是粗網(wǎng)格的去污池、蓄水池、污泥儲存池、水泵和風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備，可以在各個反應(yīng)池的相應(yīng)位置都安置

7、好相應(yīng)的液位傳感器，用來測量各個水池中的液位。SBR法跟傳統(tǒng)人工的污水處理工藝具有很明顯的幾個優(yōu)點1：(1) 通俗易懂，操作靈活，資金成本不高。(2) 處理效果好，出水可靠。(3) 除磷脫氧的效果也很好。(4) 污泥沉降的性能也比較好。(5) 對于各種污水也有比較強(qiáng)的適應(yīng)能力。但是SBR也有其局限：(1) 對反應(yīng)池容量的利用率不是太充足。(2) 水頭的損失很大。(3) 高峰處理期間的時候需氧量很大。(4) 沒有將相關(guān)設(shè)備做到最合理的利用。(5) 只適合中小型卻不適合大型的污水處理廠。2.3工藝流程基本工藝流程3如下所示：(1) 進(jìn)水進(jìn)水閥門打開，同時回流泵與風(fēng)機(jī)都開始正常運(yùn)行。污水一般要經(jīng)由兩

8、次過濾，才能通過進(jìn)水泵送入蓄水池，按照系統(tǒng)控制需求，把蓄水池里面的水按照一定順序分別送到各大反應(yīng)池，直至液位到達(dá)池中設(shè)定的上限位。(2) 反應(yīng)反應(yīng)這一步是SBR工藝最核心的步驟。當(dāng)污水注入達(dá)到池中液位上限位的時候，進(jìn)水的電磁閥關(guān)閉，無水進(jìn)入，但是回流泵與風(fēng)機(jī)一直工作著，攪拌機(jī)也開始運(yùn)行，反應(yīng)開始，主要就是對氮磷無機(jī)物之類的吸收7。以控制要求所需要實現(xiàn)的目的為依據(jù)，來確定和調(diào)整曝氣方式、程度，以及反應(yīng)時間的長短。風(fēng)機(jī)與攪拌機(jī)同時運(yùn)作，這樣加大了充氧量，可以讓反應(yīng)進(jìn)行的更充分，有效防止沉淀，提高了利用率，節(jié)約資源。(3) 沉淀反應(yīng)一定時間之后，反應(yīng)池里面的風(fēng)機(jī)停止工作，風(fēng)機(jī)開關(guān)斷開，與此同時攪拌機(jī)

9、跟回流泵都停止工作。靜置一段時間將上層液體與下層污泥沉淀物慢慢地分開。(4) 排水SBR池中水位到達(dá)上限位，并且沉淀過一段時間，上清液與污泥分層隔開之后，潷水器會下潛將上清液慢慢排到反應(yīng)池外面。當(dāng)液位到達(dá)池中下限位之后，潷水器立刻就停止工作。與此同時，沉淀下來的污泥將被排放到儲泥池，工藝流程如圖2.1所示。圖2.1 SBR工藝流程圖3硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1PLC的特點及發(fā)展PLC是為了把原來傳統(tǒng)繼電器控制所具備的操作簡單、成本低等優(yōu)勢與電腦所具備的性能優(yōu)良、兼容性好等特點完美地糅合在一起，同時也是將硬件上面的問題轉(zhuǎn)化成軟件上面的編程。在20世紀(jì)60年代末期的時候，美國就已經(jīng)研發(fā)出了PLC歷史上意義

10、重大的PDP-144，產(chǎn)生了比較深遠(yuǎn)的影響，它的問世代表了真正意義上跨入了PLC的研究領(lǐng)域。自從PLC誕生以來，發(fā)展速度極為驚人。日本與歐洲各國都已經(jīng)競相將其投入生產(chǎn)，但我國是從70年代中期才剛剛研發(fā)。到目前為止PLC已經(jīng)被許多國家當(dāng)作比較成熟的技術(shù)產(chǎn)品投入到生產(chǎn)中，幾乎一枝獨(dú)秀般霸占了電氣控制行業(yè)市場的大量份額。迄今為止，PLC已經(jīng)發(fā)生了三次比較大的改革5：PLC對于廣大用戶來說，是一種比較簡單的設(shè)備，只要改變其中一段程序就能改變整個工作的流程。迄今為止，到了自動化程度越來越高的現(xiàn)在，可編程控制器對于許多廠家來說是十分重要的渠道，因此它被普遍的推廣4：(1) 第一代1969年-1972年，1

11、位微處理器，主要用來邏輯運(yùn)算、定時、記數(shù)。(2) 第二代1973年-1975年，8位微處理器及存儲器，主要用于數(shù)據(jù)的傳送和比較、模擬量的運(yùn)算，其他產(chǎn)品的相關(guān)生產(chǎn)。(3) 第三代1976年-1983年，8位高性能微處理器及存儲器，其處理速度大大提高，并且向著多功能及聯(lián)網(wǎng)通信功能發(fā)展。(4) 第四代1984年-現(xiàn)在，16位、32位微處理器及存儲器，它已經(jīng)具備了邏輯、運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)等諸多復(fù)雜的功能。PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用十分普遍，這幾乎都是得益于其自身所具有的功能特點，其功能如下5：(1) 邏輯控制功能。(2) 定時控制功能。(3) 計數(shù)控制功能。(4) 步進(jìn)控制功能。(5) 數(shù)據(jù)處理功能

12、。(6) 回路控制功能。(7) 通訊聯(lián)網(wǎng)功能。(8) 監(jiān)控功能。(9) 停電記憶功能。(10) 故障診斷功能。PLC是對比較專業(yè)的硬件設(shè)備開放，相比其他設(shè)備有十分明顯的優(yōu)點5：(1) 穩(wěn)定性好，不容易被影響。(2) 編程直觀、簡單。(3) 適應(yīng)性好。(4) 功能完善，接口功能強(qiáng)。S7-200PLC是由基本單元8(S7-200CPU模塊)、個人計算機(jī)(PC)或者編程器、相關(guān)編程軟件與通信電纜等組成。PLC在工控領(lǐng)域的適用范圍十分廣，其核心相當(dāng)于微處理器，因此其組成的基本框架為：中央處理單元(CPU)、PLC與外部設(shè)備的接口、擴(kuò)展接口與擴(kuò)展模塊等常見的組成。一個標(biāo)準(zhǔn)的常用PLC的組成結(jié)構(gòu)如圖3.1

13、所示。圖3.1 PLC的基本組成結(jié)構(gòu)3.2PLC的主機(jī)選型根據(jù)本課題所設(shè)計系統(tǒng)的相關(guān)控制要求，本設(shè)計適合選擇型號為CPU 224 XP的機(jī)子作為主機(jī)，其擁有14個數(shù)字輸入端口，10個數(shù)字輸出端口，2個模擬輸入端口，1個模擬輸出端口。一般情況下，在一些大型的系統(tǒng)里面同樣能用這個型號的機(jī)子來進(jìn)行處理控制。由于其強(qiáng)大的通信功能10，因此在那些大型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中它一樣能夠充分正常發(fā)揮其該有作用，實物圖如3.2所示。圖3.2 S7-200 CPU 224 XP3.3SBR污水處理系統(tǒng)設(shè)備SBR污水處理控制系統(tǒng)6中主要使用的是潷水器、羅茨風(fēng)機(jī)、回流泵、進(jìn)水泵這四個動力設(shè)備，還有液位傳感器等感應(yīng)設(shè)備。進(jìn)水

14、泵綜合考慮，進(jìn)水泵還是選擇單級離心泵效果較好，它適用于許多場合，例如澆灌、近遠(yuǎn)距離的輸送水、生產(chǎn)生活廢水的排放等，而且比較貼合本課題。本系統(tǒng)中采用的單級離心泵參數(shù)9如右：LS50-10-A。揚(yáng)程10m，流量29m3/h，1kw。羅茨風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)生活中用到羅茨風(fēng)機(jī)的地方非常多，但在系統(tǒng)主要用于污水處理曝氣，主要由于其在工作的時候產(chǎn)生壓力與風(fēng)量比較大。其他方面的應(yīng)用，比如冶金、礦產(chǎn)、紡織、食品等領(lǐng)域，主要是用來輸送空氣、排出粉塵；排煙脫硫、改善環(huán)境6；灰燼處理、液體攪拌；食品真空包裝。羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量大小與其運(yùn)轉(zhuǎn)速度有關(guān)，但總是有小的差距保持在它們的葉輪端面與風(fēng)扇罩和風(fēng)扇葉輪之間，以便于風(fēng)的流通。

15、風(fēng)機(jī)內(nèi)壁光滑、耐磨，并且它的使用壽命相對較長7。本系統(tǒng)中選擇的羅茨風(fēng)機(jī)具體相關(guān)的參數(shù)如右：GRB-100，風(fēng)量10.61m3/min，風(fēng)壓：7000mmAq，轉(zhuǎn)速1750r/min，功率：22kw?；亓鞅没亓鞅迷诒鞠到y(tǒng)中的作用是對內(nèi)部污泥進(jìn)行循環(huán)。污泥回流泵的作用是要反應(yīng)池中的污泥始終都處于比較活躍的狀態(tài)，這樣既有利于對污水的反應(yīng)處理，使其反應(yīng)的更加充分，同時也有利于曝氣，所以曝氣的時候保證一定濃度的泥漿是十分必要的。污泥回流泵有相當(dāng)廣泛的用途，可以作為一個污水處理廠除氨的特殊設(shè)備，也可將其作為灌溉設(shè)備，可用于地面排水時，泵水凈化。該污泥回流泵的用途就是為了防止在循環(huán)處理的過程中發(fā)生污泥凝固的

16、情況，讓其始終保持著活躍的狀態(tài)8。本系統(tǒng)里面選擇的回流泵具體主要參數(shù)如右：CP5(T)3.7-80，流量：45m3/h，揚(yáng)程：15m，功率：3.7kw。潷水器潷水器是SBR法經(jīng)常用來凈水的設(shè)備，它可以在保證池底沉淀物不會被影響到的情況下，將處理過的清水緩慢排出反應(yīng)池。因為SBR工藝法采用間歇反應(yīng)的工作方式，將各個步驟放到同一個池子里面完成，沒有必要多次沉淀，所以該方法具有占地面積小、成本低、周期短等許多優(yōu)點。當(dāng)反應(yīng)池內(nèi)的液位到達(dá)上限位，潷水器就會開始下潛排水，下潛一段距離就停下排水，如此循環(huán)，直至水位降至下頂點；水排完之后，潷水器又會迅速上升到液位上限位，待到水位漲到上限位時，潷水器又開始下潛

17、排水，如此反復(fù)。當(dāng)潷水器完成一次排水與上升階段，就是一個工作的循環(huán)周期。本課題選取的潷水器具體參數(shù)如右：BSQ200懸臂式，潷水量：200m3/h，功率：1.1kw。液位傳感器液位傳感器在本系統(tǒng)中的作用就是檢測與報警。液位傳感器是通過測量反應(yīng)容器中的液位壓力，將其壓力轉(zhuǎn)化成電信號9，然后再利用其他方式的校正，才能將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蜃R別的電信號。壓力的大小跟水位是相關(guān)的，一般來說都是正比關(guān)系。當(dāng)反應(yīng)池中的液位沒有到達(dá)所設(shè)置的液位傳感器的位置時，進(jìn)水泵仍然正常進(jìn)水，一直到池內(nèi)水位達(dá)到所設(shè)的上限位。到達(dá)上限位的時候，進(jìn)水泵停止，上限位的液位傳感器閃爍，上限位報警燈也開始報警。這個時候潷水器開始下潛排水，

18、直到池內(nèi)液位下降至下限位水位，潷水器停止運(yùn)行，上限位的液位傳感器閃爍，同時下限位報警燈報警。3.4硬件電路接線圖根據(jù)PLC的相關(guān)結(jié)構(gòu)組成10，再通過控制要求以及I/O分配表，設(shè)計出I/O設(shè)備接線如圖3.3所示。圖3.3 I/O接線圖根據(jù)控制要求設(shè)計出SBR污水處理主電路10如圖3.4所示。圖3.4 SBR污水處理主電路根據(jù)現(xiàn)場的設(shè)備的狀況，以及已設(shè)計好的I/O分配表、I/O接線圖、主電路接線圖，就能對PLC的相關(guān)模塊與本設(shè)計中用到的設(shè)備進(jìn)行連接，并且跟電腦相連接，實現(xiàn)控制要求11。根據(jù)本課題的控制要求設(shè)計系統(tǒng)硬件模擬連線如圖3.5所示。圖3.5 硬件模擬接線圖4軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1I/O分配表根

19、據(jù)系統(tǒng)相關(guān)的控制要求，設(shè)計出I/O設(shè)備地址分配如表4.1所示。圖4.1 I/O分配表輸入信號輸出信號I0.0復(fù)位Q0.0下潛潷水器I0.1自動狀態(tài)Q0.1上升潷水器I0.2潷水器下潛限位Q0.2起停回流泵I0.3潷水器上升限位Q0.3起停風(fēng)機(jī)I0.4風(fēng)機(jī)故障Q0.4起停進(jìn)水泵I0.5進(jìn)水泵故障I0.6潷水器故障I0.7回流泵故障I1.0手動自動切換I1.1下潛潷水器手動I1.2上升潷水器手動I1.3回流泵手動I1.4風(fēng)機(jī)手動I1.5進(jìn)水泵手動4.2程序流程圖及控制要求本系統(tǒng)以一個SBR池的單周期為例加以說明：第一步：進(jìn)水+曝氣+回流。從進(jìn)水泵開始向SBR池進(jìn)水時算起，用電動閥門來控制進(jìn)水，一直

20、持續(xù)進(jìn)水2h，進(jìn)水的時候，風(fēng)機(jī)和回流泵都同時一起運(yùn)行，由于時間的限制，將此步驟中的2h改為10s。第二步：在2h之后，控制進(jìn)水的電動閥門關(guān)閉，進(jìn)水停止，與此同時回流泵也停止運(yùn)行，只剩風(fēng)機(jī)在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于時間的限制，將此步驟中的2h改為10s。第三步：從進(jìn)水的時候開始算起，風(fēng)機(jī)一直連續(xù)曝氣到3h的時候，風(fēng)機(jī)才停止運(yùn)行。由于時間的限制，將此步驟中的3h改為30s。第四步：靜置期是1h。SBR反應(yīng)池靜置1h之后，上層液體與沉淀污泥分層，然后再用潷水器將上層液體排出。將此步驟中的1h改為10s第五步：排水時間為1h。靜置1h之后，反應(yīng)池內(nèi)的潷水器從水位上限位開始緩慢向下移動，(可以設(shè)定：下潛一定距離后

21、停住，潷水一定時間，如此重復(fù))，開始排水；潷水器下潛到下限位，潷水結(jié)束后，迅速升回到上限位停止。到這里，潷水1h結(jié)束。第六步：潷水1h完成后，到這，第一個周期就結(jié)束了，可以開始循環(huán)下一個周期進(jìn)水、曝氣、回流等步驟。以后各周期依次類推。根據(jù)控制要求及步驟，設(shè)計單周期的SBR污水處理控制流程如圖4.2所示。圖4.2 SBR池單周期的流程圖4.3梯形圖程序根據(jù)本系統(tǒng)的I/O分配表及流程圖，設(shè)計得到梯形圖程序。按下啟動按鈕I0.0與自動按鈕I0.1，回流泵、風(fēng)機(jī)、進(jìn)水泵同時開始運(yùn)行工作，開始計時，在0-10s內(nèi)，回流泵、風(fēng)機(jī)、進(jìn)水泵都是處于置位狀態(tài)的。在10-30s內(nèi)，進(jìn)水泵與回流泵都復(fù)位停止了，就風(fēng)

22、機(jī)在持續(xù)工作，30-40s內(nèi)，風(fēng)機(jī)也復(fù)位停止工作。在40-50s內(nèi)，進(jìn)水泵、風(fēng)機(jī)、回流泵都是復(fù)位狀態(tài)，下潛潷水器置位開始工作，下潛2s后，停2s排水，如此反復(fù)。在50s-60s之間時，潷水器下潛復(fù)位停止，進(jìn)水泵、風(fēng)機(jī)、回流泵也都復(fù)位狀態(tài)，按下下限位按鈕I0.2，潷水器開始上升，直到大于等于60s或者按下上限位按鈕的時候，潷水器上升才會停止。當(dāng)超過60s的時候，系統(tǒng)開始循環(huán)，也可以在未到60s的時候按下上限位按鈕開始循環(huán)。當(dāng)按下復(fù)位按鈕I0.0就使得系統(tǒng)全部復(fù)位。當(dāng)按下進(jìn)水泵故障、風(fēng)機(jī)故障、回流泵故障、潷水器故障中任意一個，都會報警，相應(yīng)的設(shè)備也會停止工作。按下I1.0手動按鈕和啟動按鈕I0.0

23、，在相應(yīng)的按下上(下)升(潛)潷水器、回流泵、進(jìn)水泵、風(fēng)機(jī)的手動按鈕，可手動控制其停止運(yùn)行。5組態(tài)軟件對現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)控的實現(xiàn)5.1組態(tài)王的特點及應(yīng)用組態(tài)王是一款功能比較齊全的仿真軟件，可十分普遍地應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的生產(chǎn)研發(fā)和管理控制。組態(tài)王為大量的系統(tǒng)工程師提供了簡單實用的開發(fā)環(huán)境，并且能比較快地進(jìn)行相關(guān)的自動化元件檢測與布置，使得反饋信息的傳遞變得更加及時，讓用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)控生產(chǎn)流程，減少不必要的損失12。組態(tài)王的簡單易用這個特點是十分明顯的，它不僅有便于識別的人機(jī)界面，可以方便學(xué)習(xí)使用，而且還擁有海量的圖素和圖庫精靈，這樣更是方便了組態(tài)的繪制，為用戶省下了不少的時間。組態(tài)王的適用性與靈活

24、性也比較強(qiáng)，基本可以滿足用戶對于開發(fā)環(huán)境的要求，也可以通過瀏覽器查看內(nèi)容。組態(tài)王還擁有較好的可擴(kuò)展性，它能兼容多種標(biāo)準(zhǔn)，有著能與諸多智能設(shè)備連接的功能，能提供絕大多數(shù)的設(shè)備與相關(guān)數(shù)據(jù)庫相通的渠道與策略。組態(tài)王6.53具有以下優(yōu)點13：(1) 快速便捷的應(yīng)用設(shè)計。(2) 豐富的可擴(kuò)充的圖形庫。(3) 對于多媒體的支持。(4) 靈活簡便的變量定義和管理。(5) 強(qiáng)大的控制語言。(6) 便于采集和顯示歷史數(shù)據(jù)。(7) 具有十分優(yōu)良的步進(jìn)控制功能。(8) 配方管理方便。(9) 具有強(qiáng)有力的回路控制功能。(10) 強(qiáng)大的通訊能力。(11) 先進(jìn)的報警和事件處理。(12) 廣泛的數(shù)據(jù)獲取和處理。(13)

25、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)和冗余功能。組態(tài)王6.53便于學(xué)習(xí)和掌握，適合制作上位機(jī)監(jiān)控動畫。5.2S7-200系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議S7-200的通信協(xié)議按通信類型大多都可以歸為通用協(xié)議和公司專用協(xié)議，再仔細(xì)分一下，它可以分為普通的PPI協(xié)議，MPI協(xié)議，現(xiàn)場總線協(xié)議，自由口協(xié)議14。在本設(shè)計的SBR污水處理控制系統(tǒng)中，選擇PPI協(xié)議更符合現(xiàn)狀，也是能讓S7-200PLC與組態(tài)王軟件進(jìn)行更好信息交換。西門子為了能讓PLC更好的應(yīng)用，所以才開發(fā)出了PPI這個協(xié)議，用來方便與S7-200相關(guān)設(shè)備的信息流通交換。它也可以與相配套的電纜或者網(wǎng)線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，并且支持比較常見的三種波特率。此協(xié)議為主從協(xié)議，只有在主站發(fā)出

26、相關(guān)信息時15，從站(即S7-200)才能有所動作，其他情況下，從站是不會主動地發(fā)出信號或者整理信息的。在已經(jīng)完成的程序中，早就把與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)存放到儲存區(qū)里，然后再讓組態(tài)里的I/O變量收集刷新原始區(qū)域里面的數(shù)據(jù)，如此就是完成了下位機(jī)PLC與上位機(jī)組態(tài)之間的信息交流，為污水處理控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控打下了基礎(chǔ)。5.3組態(tài)軟件與PLC的通信設(shè)置(1) 創(chuàng)建工程路徑第一步先進(jìn)行新建，先雙擊打開“組態(tài)王6.53”，點擊“新建”，也可以在“文件”菜單里找到“新建工程”的選項，跳出“新建工程向?qū)е弧钡奶崾?，如圖5.1所示。圖5.1 新建工程向?qū)е贿@一步可以直接根據(jù)向?qū)У奶崾局苯狱c“下一步”，跳出“新建

27、工程向?qū)е钡奶崾?，如圖5.2所示。圖5.2 新建工程向?qū)е凑障驅(qū)У奶崾?，想要更換存儲地址就左擊“瀏覽”選項，找到想要存放文件的文件夾或者直接新建一個文件夾，如果不選擇就是默認(rèn)保存在桌面。比如說保存路徑“E:”，左擊“下一步”，出現(xiàn)的提示，如圖5.3所示。圖5.3 新建工程向?qū)е鶕?jù)向?qū)У奶崾荆瑢懗霰鞠到y(tǒng)的名稱(名字要與下面的組態(tài)畫面一致)“污水處理控制系統(tǒng)”，其他的選項都能夠默認(rèn)或者不填，左擊“完成”跳出“新建工程”的提示，左擊“是”，就可以完成了新建。(2) 硬件設(shè)備的定義與選型組態(tài)王軟件可以設(shè)計上位機(jī)的監(jiān)控組態(tài)，但是想要直接與下位機(jī)進(jìn)行相關(guān)的信息交換是不可能的，這時候就需要對外部

28、的硬件設(shè)備來進(jìn)行相關(guān)的定義。雙擊進(jìn)入“工程瀏覽器”，在左側(cè)的大綱欄找到“設(shè)備”，如圖5.4所示。圖5.4 選擇接口雙擊“設(shè)備”中的“COM1”，緊接著就會跳出來對生產(chǎn)廠家、設(shè)備名稱、通訊方式之類的選擇，如圖5.5所示。圖5.5 選擇通信協(xié)議根據(jù)向?qū)У奶崾?，一步步操作，直到跳出串口選擇的提示，出現(xiàn)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾?，如圖5.6所示。圖5.6 選擇串口號選中“COM1”，不勾虛擬串口，左擊“下一步”，根據(jù)向?qū)У奶崾?，將設(shè)備地址中的“0”改成“2”。其余按照以提示默認(rèn)的條件，一步步確認(rèn)直到，最后點擊“完成”，硬件方面的定義到此為止。除此之外，還應(yīng)該注意設(shè)置一下波特率，將波特率改成“19200”就

29、行了，其他選項默認(rèn)，左擊“確定”，串口的設(shè)置就完成了，如圖5.7所示。圖5.7 設(shè)置串口(2) 設(shè)計監(jiān)控組態(tài)畫面這一步開始就已經(jīng)進(jìn)入了開發(fā)系統(tǒng)界面了，在創(chuàng)建好新畫面之后，就能用豐富的圖素來設(shè)計本課題的上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)畫面。在設(shè)計過程中，可以利用軟件本來就有的大量的成品圖素，如果軟件里面沒有現(xiàn)成的，也可以按照系統(tǒng)的控制要求設(shè)計出符合要求的圖素。(a) 在開始定義新畫面的時候，先在左邊的大綱欄找到“畫面”單擊，再雙擊“新建”圖標(biāo)，跳出“新畫面”的提示，如圖5.8所示。圖5.8 新建畫面(b) 在跳出來的界面名稱那一欄輸入“污水處理”，其他的選項基本與默認(rèn)條件相同，除非系統(tǒng)有特殊的要求。然后左擊“確定

30、”進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)，如圖5.9所示。圖5.9 組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)(c) 在開發(fā)系統(tǒng)之后，先將本課題中涉及到的一些設(shè)備元器件都畫出來，如果圖庫里有的就直接拿出來用，若是沒有，那就利用工具箱按照系統(tǒng)控制要求設(shè)計出來。組態(tài)畫面設(shè)計完成之后，必須在退出開發(fā)系統(tǒng)之前，將現(xiàn)有的畫面全部保存，否則會丟失。(4) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫在構(gòu)造數(shù)據(jù)庫之前，要了解數(shù)據(jù)庫以及變量所代表的意義。數(shù)據(jù)庫就是作為上位機(jī)組態(tài)與下位機(jī)PLC交流信息的媒介，沒有數(shù)據(jù)庫上位機(jī)組態(tài)與下位機(jī)PLC就無法正常的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。更直接地說，數(shù)據(jù)庫就是所有變量的集合體，每一個變量在數(shù)據(jù)庫中都有定義。從左邊的“數(shù)據(jù)庫”中找出“數(shù)據(jù)詞典”并左擊，然后再雙擊“

31、新建”圖標(biāo)，立馬跳出“定義變量”的提示，如圖5.10所示。圖5.10 創(chuàng)建內(nèi)存變量內(nèi)存型變量一般都是只有兩個選項可以填寫，就是變量名跟變量類型，而且不用連接設(shè)備，I/O型變量不僅要對相關(guān)的設(shè)備PLC模塊進(jìn)行連接，而且還要進(jìn)行其他方面選擇。同時為了方便下面動畫的流暢，一般把頻率定為1毫秒。(5) 建立動畫連接定義動畫連接是將變量的數(shù)值變動，變成了更加直觀形象的動畫，這樣便于確認(rèn)數(shù)據(jù)的變動。組態(tài)王軟件里面有幾十種不同的動畫連接方法，可以滿足絕大多數(shù)的控制要求，具體方式如圖5.11所示。圖5.11 動畫連接根據(jù)提示連續(xù)點擊兩次“確定”就能夠跳到開發(fā)系統(tǒng)的界面。偶爾也能利用命令語言(類似C語言的編寫)

32、來控制變量，右擊畫面，選擇“畫面屬性”，左擊“命令語言.”，根據(jù)跳出的相關(guān)提示，在提示的文本編輯框里面設(shè)計出相對應(yīng)的命令語言，在一般情況下可以用來控制內(nèi)存變量。本系統(tǒng)演示時候的命令語言如下：if(本站點進(jìn)水泵=1)本站點液位=本站點液位+0.5;if(本站點下潛潷水器=1)本站點液位=本站點液位-1.1;if(本站點下潛潷水器=1)本站點流動=本站點流動+1.4;if(本站點上升潷水器=1)本站點流動=本站點流動-1.5;if(本站點復(fù)位按鈕=0)本站點液位=0;本站點上升潷水器=1;在退出開發(fā)系統(tǒng)界面前，要確保將已有的命令語言跟畫面都全部保存。(6) 運(yùn)行和調(diào)試在依次完成了上面所有的步驟之后

33、，就能逐步開始設(shè)置調(diào)試。應(yīng)該先要將編寫好的程序下載下來，這時候就要雙擊打開STEP7軟件，左擊“通信”選項，對其中的“通信端口”進(jìn)行設(shè)計改動，將波特率設(shè)置成跟串口設(shè)置的一致，其余都是默認(rèn)條件保持不變，點擊“確定”就是完成了對“通信端口”的設(shè)置，然后就是對“通信”進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置完成后，打開組態(tài)，打開工具欄，左擊“運(yùn)行”，如圖5.12所示。將特殊一欄里面的兩個文本框內(nèi)頻率都改成55毫秒，剩下的條件保持不變。進(jìn)入到“開發(fā)系統(tǒng)”界面，將其全部保存之后，切換到“view”運(yùn)行系統(tǒng)界面，開始調(diào)試運(yùn)行。圖5.12 運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置5.4變量定義變量定義如圖5.13所示。圖5.13 變量定義5.5系統(tǒng)監(jiān)控程序在進(jìn)

34、入運(yùn)行系統(tǒng)后的監(jiān)控組態(tài)界面如圖5.14所示。圖5.14 SBR污水處理監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行畫面當(dāng)把系統(tǒng)切換到“view”之后，按下啟動按鈕與自動按鈕，啟動按鈕開始閃爍，電磁閥(也就是進(jìn)水泵)、風(fēng)機(jī)、回流泵三者同時開始運(yùn)行，待到液位漲到潷水器的處理位置，電磁閥與回流泵同時停止運(yùn)行，只有風(fēng)機(jī)依然運(yùn)轉(zhuǎn)。隨后潷水器下潛開始排水，排到潷水器下限位停止，同時下限位的液位傳感器閃爍(下限位報警燈也開始報警)，之后就可以按下潷水器上升按鈕或者等到循環(huán)時間，潷水器上升，一直到上限位停止，同時上限位的液位傳感器閃爍(上限位報警燈開始報警)，系統(tǒng)開始循環(huán)。當(dāng)按下手動按鈕時，可以手動控制電磁閥、風(fēng)機(jī)、回流泵與潷水器的相關(guān)停止

35、與運(yùn)行，當(dāng)按下對應(yīng)故障按鈕的時候，相應(yīng)的故障報警燈也會亮。想要退出系統(tǒng)時，只要按下右上角的“退出”按鈕，就可以直接退出運(yùn)行系統(tǒng)。結(jié)束語如今科技的發(fā)展愈加迅速，軟硬件更新?lián)Q代周期越來越短，自動化技術(shù)也是蓬勃發(fā)展。在某些領(lǐng)域不方便人工操作，只能依靠自動控制技術(shù)，這就使得對其的要求就越來越高，PLC技術(shù)也因此得以迅速發(fā)展。由于其簡單易懂的操作、便于集中管理、信息交換及時等優(yōu)點，占領(lǐng)了自動控制市場很大的份額。本課題是基于S7-200PLC的污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計，先根據(jù)本系統(tǒng)的控制要求設(shè)計出下位機(jī)PLC的程序流程圖和梯形圖程序，再將進(jìn)水泵、回流泵、風(fēng)機(jī)、潷水器和諸多開關(guān)元件等I/O設(shè)備進(jìn)行地址分配。然

36、后，再利用組態(tài)王軟件進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)的設(shè)計，設(shè)計出監(jiān)控組態(tài)的畫面，再將組態(tài)里的變量與PLC程序里的I/O地址進(jìn)行對應(yīng)，使得上位機(jī)與下位機(jī)之間確?？梢赃M(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這樣就可以實現(xiàn)上位機(jī)組態(tài)對下位機(jī)PLC的實時監(jiān)控與管理，這樣使污水處理控制系統(tǒng)也能更加的省時省力，使得系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，提高了系統(tǒng)的處理效率。與其他工藝相比較而言，SBR法對于污水的處理效率是比較高的，但是現(xiàn)在在控制進(jìn)水時間、回流時間和反應(yīng)時間上把握得不是很好，對于如何確定更加適合系統(tǒng)的曝氣方式和時間的長短，在如何處理好實驗中出現(xiàn)的好(厭)氧間替交換等諸多問題上，目前仍然靠累計的經(jīng)驗做出相應(yīng)的判斷，還需要做大量的相關(guān)研究。但是隨著對SBR法的深入研究，這些問題都會慢慢得到有效地解決，使得SBR法更加的高效合理。致 謝不知不覺就這樣迎來了大四的結(jié)局，從著手準(zhǔn)備畢設(shè)到現(xiàn)在差不多4個月，一路過來，我收獲了很多很多，我同樣要感謝那些幫我一路走來的人。如果沒有那些人的指導(dǎo)與幫助，我也沒有這么容易就完成這次畢設(shè)。首先，我想要由衷的感謝老師，正是在老師盡心盡力地指導(dǎo)與糾正下，我才能順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計。老師一絲不茍的教學(xué)和豐富的學(xué)識，在這期間給我留下了難以磨滅的印象，在這段期間內(nèi)十