基于PLC控制的城市污水处理系统设计-毕业论文.doc

目 录 摘要.1 关键词.1 abstract1 key words.1 引言.2 1 设计污水处理系统的缘由.2 1.1 设计的目的和意义2 1.2 课题的背景2 1.3 污水处理的国内外现状2 1.4 课题主要设计的内容3 2 城市污水处理控制系统总体介绍.3 2.1 污水处理概述3 2.2 常用的工业污水处理工艺3 2.3 工业污水处理系统控制形式.5 2.4 工业污水处理系统的功能要求6 2.4.1 信号输入6 2.4.2 控制输出信号7 3 设计方案的确定.7 3.1 plc 控制系统的设计分析 7 3.1.1 plc 的结构.7 3.1.2 plc 的工作原理.8 3.1.3 plc 控制系统设计原则的设计步骤.8 3.2 污水处理 plc 控制系统的设计分析.10 3.2.1 污水处理的过程.10 3.2.2 上位监控管理机.11 4 硬件部分的设计.11 4.1 plc 的选择 11 4.2 sbr 污水处理系统设备.11 4.3 污水处理控制流程12 4.4i/o 分配表.13 5 软件部分的设计.13 5.1 程序的流程图13 5.2 梯形图程序15 5.2.1 污水处理系统各主要工作指令分析和设计.15 5.2.2 根据控制要求、i/o 分配表，设计 plc 梯形图.16 5.2.3 调试过程.16 总结.17 参 考 文 献.18 附录 a 污水处理系统梯形图程序.19 致 谢.24 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 1 基于 plc 控制的城市污水处理系统设计 机械电子专业学生 xxx 指导教师 xxx 摘要: 最近几年 ,城市污水处理厂已经变成最重要的基础设施之一，特别是小城市和中等城 市,新增和继续拓展污水处理厂已经成为各个地方政府提高人民生活质量的最关心的事。随 着现在自动控制技术和微机技术的不断发展、提高,污水处理厂的自动控制水平也随之提 高，而 plc 控制器以其技术成熟、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，在工业控制中得到了越来越广泛的应用。本文主要介绍了污水处理 厂自动控制系统的组成、功能及如何利用 plc 实现自动控制,并介绍了在系统实施中遇到的若干问 题及其解决措施。在污水处理中采用plc 控制系统改造后，提高了自动控制的可靠性,不 仅减轻了工人的劳动强度,而且提高了污水处理厂的运行效率和运行效益,实现了污水 厂生产管理 的科学性。 关键词：污水处理，plc，工艺流程 plc based control of the city sewage treatment system design machinery and electronics professional student xxx tutor xxx abstract: in recent years, the city sewage treatment plant has become one of the most important infrastructure. especially small and medium city, new or expanded sewage treatment plant has become a local government to improve the lives of the people level priority. along with the automation technology, computer technology continues to develop, improve, sewage treatment plant automation level also improved. while the plc controller with its technology is mature, good commonality, high reliability, flexible installation, easy expansion, high ratio of performance to cost a series of advantages, in the industrial control has been more and more widely applied. this paper introduces the automatic control system in sewage treatment plant composition, function and how to use plc to realize the automatic control, and introduces the system encountered in the implementation of the problems and the solving measures. in the sewage treatment in the plc control system after modification, improves the reliability of automatic control, not only reduces the work .the labor intensity, but also improve the sewage treatment plant operation efficiency and operation efficiency, realize the scientific management of sewage plant. key words: sewage treatment, programmable logic controller, process flow xxx 本科毕业设计（论文） 2 引言 根据国家统计局 2009 年在国际上统计的数据可以发现，我国的人均淡水资源总 量为 2132 立方米，而世界人均淡水资源总量为 6624 立方米，中等收入国家和低收入 国家的人均淡水资源总量分别为 6589 立方米和 4619 立方米，由此可见我国的淡水资 源总量非常短缺。而且在时空分布上也不均匀，许多地区和城市严重缺水。更严重的 问题是 80%以上的污水没有经有效的处理就直接投进水域，已造成我国 1/3 以上的河段 受到污染，90%以上的城市水域都受到了严重污染，大部分城镇水源都不符合我国饮用 水标准。水资源短缺和水环境污染成为我国社会经济发展的重要制约因素。当今水资 源为世界各国所关注，必须引起我国全党十分重视。水是人类生存与发展的不可替代 的资源，是经济社会可持续发展的基础。所以推进污水深度处理和普及再生水，利用 人类与自然兼容协调，创造良好水环境，促进人类可持续发展的重要举措。 1 设计污水处理系统的缘由 1.1 设计的目的和意义 水资源短缺，是我国目前的基本国情和水情。水少、水脏、水浪费严重成为横亘 在我国经济社会发展道路上的三大障碍。节约水资源、保护水环境刻不容缓。当前和 今后一个时期，我国处于全面建设小康社会、加快推进社会主义现代化建设的重要时 期。发达国家 200 多年工业化过程中分阶段出现的资源与环境问题，现阶段在我国集 中显现出来。发达国家在经济高度发达后花几十年解决的问题，我们必须在较短的时 间内加以解决，难度之大、任务之艰巨前所未有。为了实现人类可持续发展，为了我 国的经济发展，为了改善我们周围的水环境，为了提高人民的生活质量，城市污水处 理系统必须要进一步完善。 1.2 课题的背景 党中央、国务院高度重视水资源管理工作。胡锦涛总书记在十七大报告中强调， 要保护土地和水资源，建设科学合理的能源资源利用体系，提高能源资源利用效率。 报告提出，要积极推进水价改革，逐步提高水利工程供非农业用水价格，完善水资源 费征收管理体制。我们都不难发现， “节约资源，保护环境，科学发展” ，得到了特别 的强调。因此实用的技术改造传统工艺，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术， 是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。在这种形势下工业污水处理自 动化控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。 1.3 污水处理的国内外现状 我国解决城市污水的净化问题始于二十世纪 70 年代。我国现有许多城市污水处理 厂大部分都是采用活性污泥法。此阶段开始重视引进国外先进技术和设备，开展与国 外的技术交流，逐步探索适合我国国情的工程技术和设计，为以后的建设奠定了基础。 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 3 在国际上，19 世纪经济发达的国家相继出现了环境污染，政府开始意识到加强污 水处理的必要性。经过 30 多年的大力整治，才基本控制形势。 1.4 课题主要设计的内容 本课题主要设计的内容是城市污水处理工艺及污水处理系统的组成和 plc 控制系 统设计,主要由以下内容组成： （1）介绍了城市污水处理的基本内容。 （2）介绍了 plc 的基本结构和工作控制原理，并对城市污水处理控制系统进行设 计分析； （3）具体分析设计工业污水处理系统的硬件组成部分； （4）具体分析设计工业污水处理系统的软件组成部分； （5）工业污水处理系统的调试工作以及模拟运行。 2 城市污水处理控制系统总体介绍 2.1 污水处理概述 所谓城市污水，就是指生活污水和生产污水的混合污水。这些污水不仅含有碳水 化合物、各种氨基酸、动植物脂肪、尿素、蛋白质和合成洗涤剂等物质，还含有各种 使人致病甚至丧命的微生物。经过处理后的污水，最后出路有三种：排放；灌溉田地； 循环利用。水处理的目的有三种1： (1)去除水中的杂质以及污泥，这是最主要的内容。 (2)为了满足用水的要求，在水中加入新的成分以改变水的化学性质。 (3)改变水的物理性质。 2.2 常用的工业污水处理工艺 我们常用的污水处理的方法主要有物理法、化学法、物理化学法以及生物法等几 种。这些方法根据实际情况，可以单独使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前， 工业污水处理的方法主要用生物处理法2，并且加上物理法和化学法结合使用。常用 的工业污水处理的方法有： （1）传统活性污泥法 传统活性污泥法又称普通活性污泥法或推流式活性污泥法， 是最早成功应用的运行方式，传统的活性污泥法污水治理的主要部分包括反应池（也 叫曝气池）和沉淀池，关系框图如图 2-1 所示。 xxx 本科毕业设计（论文） 4 图 2-1 传统活性污泥法工艺流程图 该工艺的主要优点有：处理效果好，bod5 的去除率可达 90-95%；对废水的处理程 度比较灵活，可根据要求进行调节。该工艺的主要问题有：为了避免池首端形成厌氧 状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；在池末端可能出现 供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；对冲击负荷的适应性较弱。 （2）a/o 法 a/o 法是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处理 工艺，a/o 法是一种缺氧-好氧生物工业污水处理工艺。其工艺流程图如图 2-2： 隔 栅 沉 砂 池 初 沉 池 厌 氧 池 好 氧 池 二 沉 池 回流淤泥 混合液回流 进水 剩 余 污 泥 图 2-2 a/0 法工艺流程图 （3）a2/o 法 a2/o 法也是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处 理工艺，其中 a2，即 a-a，前一个 a 代表 anaerobic（厌氧的），后一个 a 代表 anoxic（缺氧的）；o 代表（好氧的）。a2/o 是一种厌氧缺氧好氧污水处理工艺 因此，在对除磷脱氮有特别要求的城市工业污水处理厂，一般首选 a2/o 工艺。其工艺 流程图如图 2-3 所示。 曝气池 （微生物吸附有机物氧 化为无机物） 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水排出 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 5 厌氧 池 缺氧池好氧池二沉池 进 水 出水 混合液回流 活性污泥回流 图 2-3 a2/0 法工艺流程图 （4）a/b 法 a/b 法是吸附生物降解法的简称，该工艺没有初沉淀，将曝气池分 为高低负荷两段，并分别有独立的沉淀和污泥回流系统。对于高浓度的工业污水处理， ab 法具有很好的适用性，并有较高的节能效益。但是，ab 法污泥产量较大，因此必须 添加污泥后续稳定化处理，这样就将增加一定的投资和费用。 （5）sbr 法 间歇式活性污泥法，简称 sbr。sbr 独特的优点，使间歇式活性污泥 法逐渐在国内外受到重视。 该工艺的优点有：理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，净化效果 好。运行效果稳定，需要时间短、效率高，出水水质好。耐冲击负荷，运行灵活。处 理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。反应池内存在 do、bod5 浓度梯度，有效 控制活性污泥膨胀。脱氮和除磷效果好而且造价相对比较低。而且主体设备中只有而 且仅有一个间歇反应器，面积也比其他设备小。 该工艺的缺点有：自动化控制要求高。排水时间短（间歇排水时），并且排水时 要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很 高。 后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水 管道也很大。 由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决 sbr 工艺是 一种简易、快速且低耗的废水生物处理工艺3。 2.3 工业污水处理系统控制形式 早期的控制系统多采用继电器接触器控制系统，但随着电子技术的飞速发展， 控制要求的不断提高，该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要求， 因此已逐渐被淘汰，取而代之的是 dcs、现场总线控制、plc 等控制方法4。 （1）dcs 系统 dcs 是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是 由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。由 计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起 来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高生产 自动化水平和管理水平，其主要特点如下：采用分级分布式控制，减少了系统的信息 xxx 本科毕业设计（论文） 6 传输量，使系统应用程序比较简单。实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散， 可靠性提高。扩展能力较强。软硬件资源丰富，可适应各种要求。实时性好，响应快。 （2）现场总线控制系统 现场总线控制系统是由 dcs 和 plc 发展而来的，是基于 现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备之间，以及 智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制 系统，其优点：可以用计算机丰富的软件、硬件资源。响应快，实时性好。通信协议 公开，不同产品可互连。 （3）plc 系统 plc 是可编程逻辑控制器的简称，用它作为处理系统的控制器， 实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为其上位机，通过网络连接 plc，对生产 过程进行实时监控，其特点如下：编程方便，开发周期短，维护容易。通用性强，使 用方便。控制功能强。模块化结构，扩展能力强。 2.4 工业污水处理系统的功能要求 工业污水处理系统的主要功能是完成对城市污水的净化的作用，将城市中排除的 污水通过该系统处理后，输出符合国家标准的水质。长期以来，工业污水处理技术虽 然经过了迅速发展，但仍滞后于城市发展的需要，工业污水处理率低、设备运转率低 等极大地影响了城市发展。为实现工业污水处理技术的简易、高效、低能耗的功能， 并且实现自动化的控制过程，采用 plc 作为核心控制器是个较好的方案。 plc 作为工业污水处理系统的控制系统可实现的功能变得更多。原因正是由于 plc 的 cpu 强大的网络通信能力，使得工业污水处理系统的数据传输与通信变得可能，并 且也可实现其远程监控。 利用 plc 作为控制器的工业污水处理系统主要涉及两个方面：一是信号输入；二 是控制输出信号。 2.4.1 信号输入 工业污水处理系统信号输入检测方面主要涉及四类信号的监测，主要 包括：按钮的输入检测、液位差的输入检测、液位高低的输入检测，以及曝气池中含 氧量的输入检测。 （1）按钮输入检测 大多数为人工方式控制的输入检测，主要有自动按钮、手动 按钮、格栅机启动按钮、清污机启动按钮、潜水泵启动按钮、潜水搅拌机启动按钮、 污泥回流泵按钮、曝气机工频、变频按钮，以及变频加速减速按钮等。 （2）液位差输入检测 检测粗细格栅两侧液位差，用来控制清污机的启动与停止。 （3）液位高低输入检测 检测进水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用来控制 潜水泵或污泥回流泵的启动和停止，以及投入运行的潜水泵的数量。 （4）含氧量输入检测 以上三种都为数字量输入该输入为模拟量输入。曝气过程 是工业污水处理系统中最重要的环节为了保证微生物所需要的氧气。 ；当溶解氧值偏高 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 7 时，导致微生物过氧化，降低了其活性，也不利于处理，因此减小曝气机转速以减少 供氧量，最终使污水中的溶解氧保持在一定的范围内。 2.4.2 控制输出信号 信号输出部分主要包括两个方面：一个是数字量输出，即各类设 备的接触器；另外一个是模拟量输出，用来控制曝气机变频器。 （1）数字量输出 控制各类设备的启动和停止，包括：格栅机启停、清污机启停、 潜水泵启停、潜水搅拌器启停、污泥回流泵等设备。 （2）模拟量输出 通过 plc 中 pid 运算后的数据，通过其功能模块输出控制信号， 该控制信号输入到变频器的控制端子上，改变变频器的输出频率，从而控制曝气机的 转速，最后达到控制污水中含氧量的要求。 3 设计方案的确定 3.1 plc 控制系统的设计分析 3.1.1 plc 的结构 plc 实质是一种专用于工业控制的电子系统，其硬件结构大概与我 们的微型计算机一致。根据结构形式的不同，plc 分为模块式和整体式两种模式5。 (1)整体模式的 plc 整体模式的 plc 由中央处理器(cpu)、存储器、输入/输出 (i/o)单元、电源电路和通信端口等组成。这种结构的特点是结构简单、价格低、输入 /输出点数固定、实现的功能和控制规模固定 。基本结构框图如图 3-1 所示。 电源 中央处理器 编程器 系统总线 输入输出单元 存储器 图 3-1 整体式结构 (2)模块模式的 plc 模块式(又称组合式)结构的 plc 是将 plc 的 cpu 和存储器设计在 一个模块上，该模块在总线上的安装位置一般是固定的，模块式的 plc 安装完成后， 需进行登记，以便 plc 对安装在总线上的各模块进行地址确认。模块式的特点是系统 构成的使用灵活，构成不同控制规模和功能的 plc。基本结构如图 3-2 所示。 xxx 本科毕业设计（论文） 8 编辑器其他 plc 或上机位 现场设备 基架 电源 模块 cpu 模块 通信 模块 输入 模块 输出 模块 特 殊 功 能 模 块 图 3-2 结构式模块 3.1.2 plc 的工作原理 plc 与继电器构成的控制装置上的不同在于工作方式的不同。 继电器根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出。plc 不同，它采用循环扫描技术， 只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而 且每次只能执行一条指令，这也就是 plc 以“串行”方式工作的，plc 控制则需要输入 采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段 3 个阶段才能完成控制过程。 3.1.3 plc 控制系统设计原则的设计步骤 (1)设计原则 plc 控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工 艺提出的控制要求。plc 控制系统的设计应遵循以下原则7。 (a)根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度地满足控制要求。 (b)力求简单，经济，使用及维修方便。 (c)适应发展阶段。 (d)保证 plc 控制系统的安全可靠性。 (2)设计步骤 一般 plc 控制系统的设计步骤如图 3-3，具体操作如下: 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 9 开始设计 控制要求分析 确定输入输出设备 选择合适的 plc i/o 点数分配 plc 程序设计 模拟调试 现场联机调试 整理技术文件 设计结束 图 3-3 设计步骤示意图 (3)控制要求分析 我们在设计控制系统时，首先要对工艺过程进行仔细的分析， 而且要详细地知道控制对象和要求。 (4)确定输入/输出设备 通过分析好的控制要求来确定适合该系统的输入设备和 输出设备，然后按照选用的输入/输出设备的类型和数量，确定 plc 的 i/o 点数。 (a)选择合适 plc (b)i/o 点数分配 (c)plc 程序设计 xxx 本科毕业设计（论文） 10 (d)模拟调试 (e)现场联机调试 (f)整理技术文件 3.2 污水处理 plc 控制系统的设计分析 3.2.1 污水处理的过程 本课题中的污水处理采用 sbr 污水生物处理工艺，即序批式 间歇活性污泥法。这种工艺是按“进水、反应、沉淀、排水”步骤周期性进行生化反 应。从进水开始到排水结束算作一个周期8。工艺流程图如图 3-4 所示。 污水池水泵 污水处理后的污水 肥料 泥池 风机 sbr 池 图 3-4 sbr 工艺流程 基本工艺流程如下： (1)进水 首先进水阀门打开，污水先通过粗格栅，再经过水泵，最后通过过滤到 达 sbr 池。 (2)反应 反应工序是 sbr 工艺最主要的一道工序。当污水注入达到预定容积后， 停止进水，打开空气阀门。启动鼓风机，开始曝气，与此同时搅拌器和回流泵也开始 运行，可开始反应操作，如驱除 bod、硝化等。观察反应情况，并进行曝气和搅拌，并 决定反应的时间长短，必要时可投加药剂。在进入沉淀工序前，应需要给予一定时间 上的微量初步曝气，用来去除黏附在污泥上的各种气泡或气体，这样才能保证排除污 泥程序可以进行的很顺利。 (3)沉淀 当 sbr 池停止曝气以后，空气阀门关闭，潜水搅拌器和回流污泥泵停止 运行，开始重力沉淀和泥水分离。 (4)排水 sbr 池水位到达最高水位，并经过沉淀工艺以后，上清夜(上面的清夜) 由滗水器缓慢排出池外。当池水位达到处理周期开始时的最低水位时，停止滗水。剩 余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 11 3.2.2 上位监控管理机 plc 通过通信电缆将采集参数传送给上位监控管理机，通过上 位监控管理机可实时监测有关参数变化，并保留一段时间的数据，形成变化曲线。同 时可以实时监测所控设备工作状态，具有设备故障报警、参数打印等功能9,10。 4 硬件部分的设计 4.1 plc 的选择 随着 plc 技术的发展，plc 的种类也不断增加，不同型号的 plc，其结构，性能， 容量等，也各不相同。因此，合理的选择 plc，对于提高 plc 控制系统的技术经济指标 有着重要意义。本系统选的是 s7200 是模块，s7200plc 属于小型 plc，其主机的 基本结构是整体式，主机上有一定数量的输入输出点，一个主机单元就是一个系统， 它还可以灵活的拓展，如果输入输出点不够，则可增加拓展模块，如果需要其他特殊 功能，则可增加相应的功能模块。它能满足中等性能要求的应用，而且在其结构，性 能，容量方面也较适宜本课题的需要。 4.2 sbr 污水处理系统设备 sbr 污水处理系统中所使用的动力设备(水泵、罗茨风机、电动阀)，均采用三相 交流异步电动机，电动机和电磁阀选配防水防潮型10。 （1）罗茨风机 罗茨风机在污水处理系统中主要用于曝气。主要用途有废水处理： 工业废水，生活废水等环保工程曝气供给氧气使用或者利用春鼎鼓风机之空气逆洗滤 材，适用行业：环境工程设。主要特点有排出气体不含油污。风量稳定，压力变化对 风量影响小。特殊叶轮设计，高效率省能源。构造简单坚固、无故障。使用一级研磨 齿轮，精度高、寿命长、低噪音。叶轮采用最新之龙门刨床四轴加工法，一次加工完 成，使其具有更高之精密度。系统选用罗茨风机：grb-100，风量：10.61m/min，风 压：7000mmaq，转数 1750r/min，功率：22kw。 （2）回流泵 回流泵它的主要作用就是污泥回流。污泥回流泵是一种新型产品， 它是在潜水搅拌机基础上发展而来的，是二级污水处理厂混合液回流和反硝化脱氮的 专用设备，也适用于地面排水时抽净化水，废水处理过程中再循环或泥浆抽吸回路中 需要微扬程、大流量的场所也使用该泵。系统所选用的回流泵：cp5(t)3.7-80，流量： 45m/h，扬程：15m，功率：3.7kw。 （3）滗水器 间歇式活性污泥法所使用的主要设备就是悬臂式电动推杆滗水器。 滗水器它的主要作用就是将池表面上静止的澄清的水滗出，但是它不搅动沉淀，这样 可以保证出水的质量11。由于 sbr 法工艺采用间歇式反应，进水、反应、沉淀、排水 这四个步骤在同一反应池内进行，不需要经过二次沉淀池与污泥回流设备，它的优点 是：占地面积小、成本低、出水水质好、高效率；而且它将多个 sbr 池连接起来，不 仅具有传统污泥法工艺的连续性（连续进水） ，而且还具有典型 sbr 工艺的连续性， 适用于各种水质和水量，并且满足变化大的需要，本系统所选用的滗水器：bsq200 悬 xxx 本科毕业设计（论文） 12 臂式，滗水量：200m/h，功率：1.1kw。 （4）电动蝶阀 电动蝶阀它是电动阀门与电动调节阀中的一个品种12。连接方 式有两种：法兰式和对夹式，在工业自动化控制领域中它是重要的执行单元，此阀主 要水平安装。结构是由角行程电动执行机构和蝶阀整体机械连接，经过安装调试后共 同组成。电动蝶阀蝶板 属于流线形设计， 减小了阻力损失 ，称得上是非常节能的 产品。主要用途：控制各种工业自动控制生产的管道流量、压力和温度。比如：电力 方面、石油化工方面、消防系统方面等。系统所选用电动碟阀：d971，功率： 0.55kw。 （5）传感器 我们常用的传感器是作为 一种特别的检测装置， 它能敏感的 感觉出所要测量的各种各样的信息，而且把它感觉到的信息按规律转换成其他信号 （比如说电信号）输出，来达到我们所要求的各种控制要求。它是实现自动检测 和自动控制的首要环节。 传感器在系统中采用超声波传感器，主要用于检测液位的高 低13。 4.3 污水处理控制流程 以 1#sbr 池循环周期为例加以说明： (1)1#sbr 池开始进水，进水 2h，通过 1#电动蝶阀控制，进水的同时 1#风机开始 曝气，污泥回流泵 1#开启，开始回流。 (2)2h 后，1#电动蝶阀停止进水，1#回流泵停止回流；1#风机继续曝气。 (3)持续曝气 6h 后，1#风机停止曝气。 (4)1#sbr 池静置 1h 后，此时，水面分层，污泥沉降置底，上清液用滗水器排出。 (5)静置 1h 后，开始排水，1#池内 1#滗水器启动，由上顶点缓慢向下移动，(可设 为：下潜一小段距离后停住，滗水一定时间，再继续下潜一小段距离，再停，再滗水， 再下潜)；滗水器潜至下顶点滗水结束后，迅速自动升回至上顶点停住。至此，滗水 1h 结束。 (6)滗水 1h 结束后，至此，第一周期结束，开始下一循环周期进水，曝气，回流。 以后各周期依次类推。 2#sbr 池与 1#sbr 池间隔 2 个小时，开始进水，每一个步骤与 1#sbr 池相同，只是 在时间上有所延长。以此类推，3#sbr 池与 2#sbr 池也相间隔 2 个小时，4#与 3#sbr 池 也相间隔 2 个小时，后续程序与 1#设定的程序一样。 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 13 4.4/o 分配表 根据所需的控制要求与设计出的方案，列出 i/o 分配表，如表 4-1 所示。 表 4-1 i/o 分配表 i0.0 复位 i0.1 自动状态 i0.2 滗水器下潜限位 i0.3 滗水器上升限位 i0.4 风机故障 i0.5 进水泵故障 i0.6 滗水器故障 i0.7 回流泵故障 i1.0 手动自动切换 i1.1 下潜滗水器手动 i1.2 上升滗水器手动 i1.3 回流泵手动 i1.4 风机手动 输 入 信 号 i1.5 进水泵手动 q0.0 下潜滗水器 q0.1 上升滗水器 q0.2 起停回流泵 q0.3 起停风机 输 出 信 号 q0.4起停进水泵 5 软件部分的设计 5.1 程序的流程图 程序主要依据 sbr 法污水处理工艺(进水、反应、沉淀、排水)，根据各环节设备 的运行状况进行编制14。具体一个 sbr 池、一个周期的流程图如图 5-1 所示。 xxx 本科毕业设计（论文） 14 开始 集水池水位 放水 sbr 池水位 曝气 曝气 6 小时 沉淀 沉淀 1 小时 排水 结束 图 5-1 sbr 池周期的流程图 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 15 5.2 梯形图程序 5.2.1 污水处理系统各主要工作指令分析和设计 （1）单一传送指令 move 单一传送不仅包括字节传送，还包括字与双字的传送。 它的功能是：当使能输入有效时，把一个单字节数据由 in 传送到 out 所在的存储单元。 具体格式见图 5-2: 图 5-2 传送指令格式 (2)加法指令 add 加法指令是对有符号数进行相加操作，它不仅包括整数加法， 而且还包括双整数和实数加法。它的功能是：in1+in2=out,具体格式见图 5-3: 图 5-3 加法指令格式 _ _ xxx 本科毕业设计（论文） 16 (3)接通延时定时器指令 ton 接通延时定时器是用于单一时间间隔的定时器。具体 格式见图 5-4： 图 5-4 接通延时定时器指令格式 5.2.2 根据控制要求、i/o 分配表，设计 plc 梯形图，见附录 a。 5.2.3 调试过程 （1）系统静态仿真调试 空载静态仿真调试时，根据所运行的程序来检查硬件 部分连接是否正确，然后根据情况慢慢调试，首先对主程序进行调试，然后对初始化 程序进行调试，最后再对主程序进行调试。过程中要努力接近实际的控制系统，并且 要考虑一下每一种有可能会发生的状况，需要一遍一遍进行调试，发现问题要及时准 确的分析并且调整程序内容和所涉及的参数。 （2）系统动态仿真调试及仿真运行 在动态并且负载情况下进行仿真调试的时 候，需要仔细观察和记录系统的仿真各种运行状态，先模拟手动，再模拟自动，按照 这种方法逐步进行。发现问题时及时停机，分析原因，找到可以解决问题的办法，而 且需要仔细记录，以便进一步分析和改造。 基于 plc 控制的城市污水处理系统的设计 17 总结 推进污水处理并循环利用，从大的方面来说充分体现了科学发展观以人为本的要 求，从小的方面说改善水环境，提高了人们的生活水平。本文采用 plc 对污水处理厂 的控制系统进行了改造，经过不断的调试和运行，本控制系统基本达到了我们所要的 控制要求，系统具有较高的可靠性，可基本实现污水处理厂的无人化管理，充分实现 自动化控制，不仅减轻了工人的劳动强度,而且提高了污水处