基于PLC的污水处理控制系统设计

第 0 页 共 45 页基于 PLC 的污水处理控制系统设计摘要:目前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当，效率普遍低于世界标准。污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理是急需解决的主要问题。中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于 PLC 控制的污水处理系统。文章首先介绍了基于 PLC 污水处理控制系统的工艺及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计 PLC 控制系统的基本原则和步骤，来说明PLC 在污水处理过程中的应用。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号、和信号采集等，并且按照工艺要求设计 PLC 控制系统，其中包括 PLC 的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制PLC 程序。最后，PLC 与上位机组态之间进行通信协议的建立和程序设计。上位机通过组态软件承担监控和管理任务，下位机采用 PLC 实现实时数据采集和自动控制功能。关键词：污水处理，PLC，工艺流程,组态软件 第 1 页 共 45 页Sewage treatment control system based on PLC designAbstractAt present, most of our water treatment control system automation level is not high, low safety, poor management, efficiency is low by world standards. Sewage treatment system in the aeration process control, data communication and monitoring management is urgently needed to solve the main problems. China sewage treatment system is relatively backward, the high cost of sewage treatment, sewage treatment plant discharge of treated sewage water quality is not stable, so how to establish an effective control system, optimal operation effect, reduce the operation costs, is of great significance.This paper introduces the basic process of sewage treatment, through research and design based on PLC control system for sewage treatment. This paper firstly introduces the sewage treatment control system based on PLC technology and related process, control system hardware structure and the design, working principle and design of PLC control system, the basic principles and steps, to illustrate the PLC DCS Application in sewage treatment. According to the requirements of the design of the sewage treatment equipment of electric control and automatic control circuit, mainly including device starting and stopping, state signal fault signal, and signal collection, according to the requirement of process design of PLC control system, including the PLC selection, system resource allocation and wastewater treatment technology in accordance with the program PLC. At last, The paper also describes the establishment of the communicationProtocol between PLC and King view as well as the necessary programmingThe upper computer undertakes the monitoring and managing task by configuring software，while the lower computer implements the function of data collection and automatic control.Key words: sewage treatment, PLC, process flow, configuring software第 2 页 共 45 页目录1 绪论 .11.1 污水处理自控系统的背景及意义 .11.2 污水处理控制系统现状 .21.3 污水处理控制系统主要研究内容及设计目标 .32 小型 SBR 废水处理系统中的 PLC 应用设计 .32.1 总体方案设计说明 .32.2 电气控制原理图设计 .42.2.1 主电路设计 .42.2.2 交流控制电路设计 .52.2.3 主要参数计算 .62.2.4 PLC 控制电路设计 .73 自控系统的设计及调试 .1031 自控系统部分梯形图分析 .1132 PLC 软件（松下 FPWIN GR 2.0）简介 .123.3 PLC 软件（松下 FPWIN-GR 2.0）的实现 .123.3.1 FPWIN-GR 2.0 的操作界面 .123.3.2 梯形图的编写 .133.3.3 程序下载 .154 力控组态系统的开发和设计 .174.1 力控组态软件简介 .174.2 力控组态软件的实现 .174.2.1 新工程的建立 .174.2.2 力控的仿真运行 .285 总结 .355.1 工作总结 .355.2 在设计中遇到的问题的总结认识 .35附录 A.37第 3 页 共 45 页附录 B.42参 考 文 献 .43致 谢 .46第 4 页 共 45 页1 绪论1.1 污水处理自控系统的背景及意义水是万物生存的命脉，是孕育文明重要资源因素，更是当今人类社会持续发展的生态基础。随着现代科技的发展进步，高新科技的不断更新换代，全球工业化的程度也越来越高，由工业生产所产生的环境污染物也越来越多，逐渐对我们的生态环境造成了不可挽回的破坏，在人类的日常社会行为中，不可避免的会产生大量污染物，最突出的污染是水的污染，一方面加剧了水资源的衰竭，另一方面危害着人类健康 1。这些污水如果不经过处理就予以排放，会污染地下水，容易造成土壤酸碱失衡，致使水体恶臭，变黑，浮起泡沫，造成鱼类大量死亡，如果污染到人类的饮水水源，则会对人体产生很大的危害 2，因此，污水治理，刻不容缓。目前，大中城市的污水处理已经有了初步的规模和成效，但在很多中小城镇对污水的处理力度仍然不够，许多边远城市甚至没有对污水进行处理便随便排放。相应地，我们也采取了一系列的污水治理措施，像是物理法、化学法、生物法。而目前主要采用的是生物法，即活性污泥法 3。这些方法在我国的污水处理中产生了很好的效果。然而，同先进国家相比，我国的污水处理从数量、规模、普及率以及自动化程度上都还存在着较大的差距。随着自动化技术发展，涌现了很多自动控制方法，为污水处理的自控化提供了技术支持。PLC（Programmable Logic Controller，可编程序控制器）是目前一种新兴的自动化控制装置，本身强大的程序汇编性使其在目前的自动化控制领域应用极为广泛。利用 PLC 自动化控制装置对污水处理系统进行控制 4，可以增强污水处理系统的可管理性，相应的提高了污水处理的程度，还可以为企业节约大量的人力财力资源，具有极大的经济效益和科技价。PLC 虽然在自动化控制系统作用很大，但其在上位机监控层表现不足，只能参与控制，不能显示实时监控及储存大量历史数据 5，因此，需要对组态软件在上位机进行研究开发，设计出能与现场PLC 进行数据交互的监控界面，真正达到“集中管理，分散控制”的目的 5。1.2 污水处理控制系统现状国外现状：经济发达的国家如美国、日本和西欧等国家在研究新的理论和工艺的同时，也重视污水处理自动控制系统的研究。这些国家先后纷纷投资研究开发高效型、第 5 页 共 45 页智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。如意大利开发出一系列在线水质监测控制仪，美国艾姆科(EMICO)工艺公司1996年成功开发了多元组合式智能型一体化生活污水处理装置，美国米顿罗(MIDUNRO)公司也相继开发了一系列在线监测控制仪等，荷兰大学开发成功计算机控制内循环式水解生化塔 6。由于这些水处理设备自动化程度、智能化程度相当高，能连续稳定运行，所以达到令人满意的水处理效果。国内现状：面对我国的城镇污染严重，水资源匮乏，我国发展了适合我国国情、高效、低耗和低成本的污水处理技术。近些年来，随着科技的飞速发展，我国各大中型企业纷纷对污水处理技术进行了更新换代。崭新的污水处理流程线，世界先进水平的处理设施，都表明了我国污水处理行业正在从最初的品种单一、规格低下、规模小、水平低、质量不够的水平逐渐向多样式、复合结构、大规模、高质量、高要求的方向发展，我国的污水处理技术水平在已基本满足国内的需求情况下，逐渐开始转型污水处理出口，行业发展速度之快居于世界领先水平。其中，PLC控制系统作为一项先进的技术也逐渐应用于污水处理系统中。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变具有很好的柔性等特点 7。不仅如此，PLC 自身还可以与计算机进行数据连通，一方面采集数据，一方面进行信息的监控处理，强大的联网功能使得PLC 通信更加方便，利用PLC 这种“集中管理、分散控制”的特点，可以实现中控室中央监控，可以实现现场生产线自动化流水作业，也可以构建大型集散控制系统 8。1.3 污水处理控制系统主要研究内容及设计目标本文以校园污水处理的控制系统为课题，采用松下PLC设计污水处理控制系统，构建现场级与管理级，现场级与现场级之间的网络通讯，并利用组态软件进行组态监控。第一部分为绪论部分，主要介绍污水处理系统，自动化控制系统的研究背景、现状、意义。第二部分，通过对污水处理系统的工艺流程、硬件设备及相关参数的分析，提出总体的设计方案。针对控制要求设计出主电、控制电路以及PLC的选型和梯形图的编写。第三部分，对污水处理各部分功能进行具体分析，并且对已经编好的梯形图进行连接调试，为后续的网络组态研发做好准备。第 6 页 共 45 页第四部分，利用力控组态软件对污水处理自动化系统的监控系统进行设计，实现对污水处理工艺系统全面的监控，提高了污水处理系统监控管理的效率。第五部分，总结整个设计过程中遇到的问题，以及最终采取的解决方法。2 小型 SBR 废水处理系统中的 PLC 应用设计2.1 总体方案设计说明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，电动阀电动机要采用正、反转控制。2) 污水池、清水池、中水水箱水位检测开关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考虑耐腐蚀性。3) 电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保护信号，PLC控制电路考虑该信号逻辑关系。4) 1#清水泵、2#清水泵、罗茨风机电动机、电动阀电动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 9。5) 罗茨风机要求在无负载下起动或停机，需要在曝气管路上设置排空电磁阀。6) 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。7) 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。8）设计方案中选用的PLC为继电器输出型。2.2 电气控制原理图设计2.2.1 主电路设计 (1) 主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制M1（1#清水泵）、M2（2#清水泵）、M3（曝气风机），交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。(2) 电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护，电动阀电动机M4机壳内部还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M4实现双重保护。(3)选择 QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到隔离三相交流电第 7 页 共 45 页源的作用，使用和维修方便 10。(4) 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。（5）电动阀的控制设计中，拖动电机由主回路设计，电动阀的控制电路由PLC回路设计完成。根据上述设计原则绘制出电路，见图2.1所示电气控制主电路图。 M12SK12FU 3T3RNL56RF#泵 （ 污 水 ） 泵 （ 清 水 ） 风 机 4K4M5U阀 门 电 动 机Q图 2.1 SBR 废水处理电气控制系统主电路2.2.2 交流控制电路设计(1) 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。(2) 隔离变压器TC的选用，根据PLC耗电量配置。因此，这里可以可以配置标准型、变比1：1、容量100VA的隔离变压器。(3) 1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3分别有运行指示灯HL1、HL2、HL3，均由KM1、KM2、KM3接触器的常开辅助触点控制。(4) 上水电磁阀YA1和指示灯HL1、排空电磁阀YA2,分别由KA2-1、KA2-2和KA3-中间继电器触点控制。(5)系统中4台电动机M1、M2、M3、M4的过载保护，分别由4个热继电器FR1、FR2、FR3、FR4组成。将其常开触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护电路。中间继电器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。交流控制电路图见图2.2所示。第 8 页 共 45 页1#泵 提 示 (潜 水 )L5NHL23L4YA1H52KA1FR134KM1-3TC20隔 离 变 压 器1: L N+24VDCOMP注 :电 源 指 示泵 提 示 清 水罗 茨 风 机上 水 电 磁 阀上 水 阀 指 示排 空 电 磁 阀 表 示 采 用 第 三 种接 地 方 式 。20V电 动 机 过 载 保 护图 2.2 SBR 废水处理电气系统交流控制电路2.2.3 主要参数计算(1) 断路器QF脱扣电流的计算 11。断路器为供电系统电源开关，在其主回路的控制对象为交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。本系统有3kW负载电动机一台，起动电流较大。其余三台电动机为1.1kW以下，起动电流较小，而且是单独启动运行（工艺要求）。因此可根据3kW电动机在系统中容量较大的特点选择自动开关QF脱扣电流IQF：IQF1.7INE=1.76A10.2A10AINE2#清水泵电动机额定电流因此，选用IQF10A的断路器。(2) 熔断器FU熔体额定电流IFU 12。以曝气风机为例，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第 9 页 共 45 页选用2A。(3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，自行计算参数。(4) 根据以上设计方案选择电器元件，编制原理总图的元器件目录表，如表2.3所示。表2.3 元器件目录表序号代号 名称 数量规格型号 备注1 M1M4 电动机 4 Y系列 三相交流异步电动机2 FR1 FR4 热继电器 4 JR16B-20/3 参照电机整定电流3 FU1FU4 熔断器 12 RL1-15 熔体210A4 FU5、FU6 熔断器 2 RT16-32X 熔体2A5 QF 自动开关 1 C45AD 脱扣值10A6 TC 隔离变压器 1 BK-100 变比1:1,220V，AC7 SB1 停止按钮 1 LAY37 红色8 SB2 启动按钮 1 LAY37 绿色9 SB3 转换开关 1 LAY37-D2 手动/自动转换10 SB4SB8 手动开关 5 LAY37-D2 黑色11 KM1KM4 交流接触器 4 DJX-9 线圈电压:220V AC12 KA1KA3 中间继电器 3 HH52P 线圈电压:220V AC13 HL1HL15 指示灯 15 AD16-22G LED显示，220V AC14 YA2 电磁阀 1 ZCT-15A 线圈电压:220V AC15 YA1 电磁阀 1 ZCT-50A 线圈电压:220V AC16 YA2 电动阀门装置 1 LQA20-1 AC380/60W17 PLC 可编程序控制器 1 AFP02543C 继电器输出型FP0-C322.2.4 PLC控制电路设计 包括PLC控制原理电路的设计和系统程序的设计。1）建立系统控制流程图，见图2.4所示。第 10 页 共 45 页图 2.4 SBR 废水处理系统控制流程2）PLC的选型及I/O表的绘制首先，根据上述设计可以确定输入点数为20而输出点数为16，以及松下PLC编程软件简易的原因，这里选择松下PLC。其次，硬件中有交流负载，因此选择继电器输出类型的PLC。根据以上特点选择FP0-C32型PLC 13。具体I/O分配见表2.5和2.6。表 2.5 FPO-C32 型 PLC I/O 输入接口功能表序号 工位名称 文字符号 输入口5 中水箱高水位开关信号 H3 X46 中水箱低水位开关信号 L3 X57 起动按钮（绿色） SB1 X68 停止按钮（红色） SB2 X79 旋钮开关（自动） SB3-1 X810 旋钮开关（手动） SB3-2 X9第 11 页 共 45 页（续表 2.5）11 手动开电动阀旋钮开关 SB4 XA12 手动关电动阀旋钮开关 SB5 XB13 1#清水泵手动旋钮开关 SB6 XC14 2#清水泵手动旋钮开关 SB7 XD15 电动阀门开起限位开关 SQ1 XE16 电动阀门关闭限位开关 SQ2 XF17 电动阀电动机故障报警 FR0 X1018 电动机热保护器报警 KA1 X1119 曝气风机手动旋钮开关 SB8 X1220 输入点备用 X13X16表 2.6 FPO-C32 型 PLC I/O 输出接口功能表序号 工位名称 文字符号 输出口1 1#清水泵接触器 KM1 Y02 2#清水泵接触器 KM2 Y13 污水池高水位红色指示灯 HL7 Y24 污水池低水位绿色指示灯 HL8 Y35 清水池高水位红色指示灯 HL9 Y46 清水池低水位绿色指示灯 HL10 Y57 中水箱高水位红色指示灯 HL11 Y68 中水箱低水位绿色指示灯 HL12 Y79 电动阀门开起绿色指示灯 HL13 Y810 电动阀门关闭黄色指示灯 HL14 Y911 开电动阀门接触器 KM4 YA12 关电动阀门接触器 KM5 YB13 电动机热保护器报警红色指示灯 HL6 YC14 罗茨风机（曝气风机）接触器 KM3 YD15 排空电磁阀继电器 KA3 YE第 12 页 共 45 页（续表 2.6）16 上水电磁阀继电器 KA2 YF17 输出口备用3）PLC控制原理电路的设计(1) 根据上述硬件选型及PLC的选型，绘制PLC控制电路原理图，图2.7为SBR废水处理系统PLC控制电路原理图，L6作为PLC输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有COM端短接后接入电源N端。（2）在KM4和KM5接触器线圈支路中，设计了互锁控制电路 14，以防止误操作故障。（3）电动阀的控制部分设计在PLC的输入回路中。图 2.7 SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图4）设计PLC梯形图程序，见附录A。第 13 页 共 45 页3 自控系统的设计及调试31 自控系统部分梯形图分析（1）自动与手动的控制梯形图图 3.1 自动手动控制图中，R106是启动按钮，R107是停止按钮，当按下启动按钮时，R0得电，若此时按下自动开关R108，那么R3得电，实现自动模式。同理按下R109进行手动模式切换。这里重点是当启动按钮R106弹起时，只要不按下停止按钮R107，R0就会一直得电。与此同时，R3与R5进行互锁，防止切换发生错误。（2）曝气与沉淀梯形图图 3.2 曝气与沉淀R901C是1S时钟脉冲继电器，每1S中发出一个脉冲，与计数器C100联合控制曝气时间，与C102联合控制沉淀时间（3）电动阀的开关控制第 14 页 共 45 页图 3.3 电动阀的控制当污水池处于低水位状态时，RA闭合，R24得电，因此YA得电，电动阀打开。当污水池处于高水位时，RB闭合，R25得电，YB得电，电动阀关闭。32 PLC 软件（松下 FPWIN GR 2.0）简介可编程序控制器一般简称为PC（Programmable Controller）或PLC（Programmable Liabc Con.troller），是一种在传统的电气控制技术和计算机技术的基础上融合了自动化技术、计算机技术和通信技术而不断发展完善起来的新型工业控制装置，具有使用方便、编程简单、可靠性高、易于维护等优点，在工业控制领域应用十分广泛。目前PLC已发展到过程控制、运动控制等诸多领域，无论是老设备的技术改造还是新系统的开发，设计人员都倾向于采用PLC来进行设计，同时PLC也被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、CAD/CAM和机器人）之一 15。松下FPWIN-GR 编程软件采用典型的Windows界面，具有两种工作方式：在线编辑方式和离线编辑方式；在离线方式下，FPWIN-GR不与PLC进行通信。在在线方式下，FPWIN-GR与PLC通信。使用时选用何种工作方式要根据所需的功能决定。PLC有三种工作模式，即运行模式（RUN）、编程模式（PROG）和遥感模式（REMOTE）。工作模式的设置由PLC主机上的工作模式开关确定。在在线模式下进行操作时，必须根据功能要求设置PLC的工作模式，如把计算机上编辑的程序下载给PLC时，应设为编程模式，而监第 15 页 共 45 页控则需在运行模式下进行。PLC提供了三种基本编程模式：符号梯形图、布尔梯形图、布尔非梯形图，各项功能更趋于合理，使用起来更加方便 16。3.3 PLC 软件（松下 FPWIN-GR 2.0）的实现3.3.1 FPWIN-GR 2.0的操作界面进入PLC的工作环境，FPWIN GR 操作界面如图3.4所示。图 3.4 FPWINGR 2.0 的操作界面3.3.2 梯形图的编写1）启动程序启动软件的快捷通道是直接单击桌面的“FPWIN.GR”快捷图标。出现3.5所示的画面，选择“创建新文件选项”选项。图 3.5 FPWIN GR 启动窗口第 16 页 共 45 页2) 选择“FP0 C32”机型,如图3.6所示。图 3.6 PLC 型号设置对话框3）编译梯形图，如图3.7。在选择PLC机型进入PLC编程环境后，按步骤进行程序的输入。图 3.7 编译界面4）程序转换当程序编写完毕后，程序区段内呈灰色，这表明程序需要进行转换，可单击3.8所示的“功能键”界面的“PG”转换按钮，这样程序将变为白色，然后进行程序下载。第 17 页 共 45 页图 3.8 PG 转换5）编译完成并检查无误，将文件保存为“污水处理”如图3.9所示。图 3.9 保存文件3.3.3 程序下载1）当程序转换完毕后，用编程电缆将PLC与计算机通过编程接口连接好，接通PLC的电源，并且将PLC工作模式打在PROG模式下，单击工具栏的“下载”按钮，将程序下载到PLC内，如图3.10,3.11所示。图 3.10 程序下载提示对话框第 18 页 共 45 页图 3.11 程序下载进度界面2) 关闭编程软件FPWINGR 2.0，保证力控仿真软件与机箱正常通信PLC程序可以控制组态仿真中污水处理系统实现各种所要求的功能。第 19 页 共 45 页4 力控组态系统的开发和设计4.1 力控组态软件简介力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成 17，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率 18。 力控监控组态软件能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。力控监控组态软件基本的程序及组件包括：工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件等，其中实时数据库是系统的核心 19。4.2 力控组态软件的实现4.2.1 新工程的建立1) 在力控组态软件中建立新工程，如图4.1,图4.2所示。图 4.1 新建工程第 20 页 共 45 页图 4.2 保存名称2) 进入开发界面，如图4.3,4.4所示。图 4.3 开发新工程图 4.4 忽略进入演示状态3) 建立一个新窗口，如图4.5,4.6所示。（1）进入污水处理组态开发界面。第 21 页 共 45 页图 4.5 组态仿真工程开发界面（2）双击“窗口”，新建一个污水处理的窗口。4.6 新建一个污水处理的窗口4) 建立I/O设备驱动（1）打开开发环境Draw的工程项目导航栏如图 4.7第 22 页 共 45 页图 4.7 选择 I/O 设备组态（2）双击“I/O设备组态”项出现如下对话框，在展开项目中选择“PLC”项并双击使其展开，然后继续选择“松下电工”并双击使其展开后，选择项目“FP系列串口”，如图4.8所示。图 4.8 选择松下 PLC(3) 双击 “FP系列串口”出现如图 4.9所示的“设备配置-第一步”对话框，在第 23 页 共 45 页“设备名称”输入框内键入一个自定义的名称，这里输入“plc” 20。接下来要设置plc的采集参数，将设备地址写为“1”，其它的保持默认值，点击“下一步”。图 4.9 定义设备名称和地址（4）根据电脑与PLC的连接端口，进行串口设置。图 4.10 选择串口通道第 24 页 共 45 页图 4.11 确定串口设置图 4.12 完成配置图 4.13 I/O 设备驱动建立完成5）建立数据库点并创建数据连接项。（1）首先，在工程项目导航栏中图4.14，双击“数据库组态” 21启动组态程序DBMANAGER。启动DbManager后出现DbManager主窗口，然后开始建点。第 25 页 共 45 页图 4.14 启动“数据库组态”（2）双击“点名”单元格，出现“请指定区域、点类型”向导对话框4.15,。这里先建立一个模拟点，选择“模拟I/O点”，然后双击该点类型，出现如图4.16所示的对话框，在“点名（NAME）” 输入框内键入点名“W”。选择报警参数如图4.17所示。图 4.15 点类型选择第 26 页 共 45 页图 4.16 基本参数设置图 4.17 报警参数设置（3）建立数据连接项。由于数据库可以与多个 I/O 设备进行数据交换，所以必须指定哪些点与哪个 I/O 的哪个数据项设备建立数据连接 22。单击“数据连接”-“增加”，出现设备组点对话框 4.18，对寄存器类型和地址进行设置，这里要注意地址的唯一性以及与 I/O 点的对应问题。这样一个点就建好了。图 4.18 点的数据连接（4）按照上述步骤一次建立其他的数字 I/O 点，创建后的点如 4.19 所示。第 27 页 共 45 页图 4.19 数据库组态表6) 建立工程组态画面。第 28 页 共 45 页(1)创建图形对象。在工程项目导航栏中点击“标准图库”，根据需要选择适当的精灵，例如罐的选择如图 4.20。图 4.20 精灵的选择(2) 其它精灵也可按照上述方法依次进行选择。最终画面如图 4.21。图 4.21 力控画面7）关联变量与精灵，例如罐子的关联如图 4.22 所示。第 29 页 共 45 页图 4.22 罐向导对话框8）编译脚本程序。第 30 页 共 45 页图 4.23 脚本程序4.2.2 力控的仿真运行点击仿真进入监控画面界面，如图 4.24 所示.第 31 页 共 45 页图 4.24 进入监控1) 开始运行，选择自动模式，电动阀接触器接通，电动阀门打开，开始向污水池注水，三个池子的指示灯分别显示低水位（这里将指示灯“颜色相关动作”设置为闪烁）。如图 4.25 所示。图 4.25 污水池开始注水2) 当电动阀门开到一定程度，受限位开关保护，阀门电机接触器断开。此时，阀门保持原状等待关闭，而污水池继续注水，如图 4.26 所示：第 32 页 共 45 页图 4.26 阀门电机关闭污水池持续注水3) 当污水池中的水位升至至高水位时，电动阀门接触器（关）接通，电动阀门开始关闭。紧接着电动阀门限位开关（关）动作，当电动阀门关闭后排空电磁阀开启，2S 后风机延时启动，污水池开始曝气。同时，污水池高水位指示灯闪烁。如图 4.27 所示：图 4.27 污水池曝气处理4) 一定时间后曝气结束，风机关闭，开始沉淀，如图 4.28。第 33 页 共 45 页图 4.28 污水沉淀处理5) 沉淀一段时间后 1#清水泵启动，开始向清水池泵水,如图 4.29 所示。图 4.29 清水池注水6) 当清水池水位至高液位（正常）后，清水池高水位指示灯闪烁，2#泵启动，上水电磁阀延时启动，开始向中水箱泵水。如图 4.30 所示。第 34 页 共 45 页图 4.30 中水箱开始注水7） 污水处理完成，如图 4.31 所示。图 4.31 污水处理完成8） 当需要进行手动操作时，将自动选择开关调到手动模式，自动打开保护板，显露出手动开关，可以进行手动操作，如图 4.32 所示。第 35 页 共 45 页图 4.32 手动处理9）当中水箱内的水达到 100，此时按下放水按钮，放水电磁阀开启，中水箱开始放水，如图 4.33 所示。图 4.33 中水箱放水10) 当按下阀门电机或电机过热保护按钮进行故障模拟时，故障指示灯闪烁。阀门电机不能正常工作，电动阀门不能正常开启（关闭），如图 4.34 和 4.35 所示。第 36 页 共 45 页图 4.34 阀门电机过载保护图 4.35 阀门电机过热保护以上就是小型 SBR 废水处理系统的全部仿真过程。第 37 页 共 45 页5 总结5.1 工作总结污水处理控制系统 23是一个比较复杂的综合系统，它包括与之相关的生产工艺流程、相关生产设备，现场计量自控检测仪表的选用 24、控制流程的模型建立、对 PLC系统软硬件应用研究等。本文详细阐述了污水处理工艺流程、控制系统总体方案以及具体的软硬件实现。通过这几个月的课题设计和调试，基本上完成了对 PLC 污水处理系统的设计，达到了预期的设计目标。在这个过程中，使我学到了很多知识，积累了许多宝贵的经验，锻炼了自己的独立思考能力和实践动手能力。进一步加深了解了 PLC 在实践当中的应用。熟悉了 PLC 硬件的工作原理 25，完成了整个系统的模拟调试，通过对系统的不断修改和调试，基本上达到了预期的设计要求。在设计过程中，由于硬件方面条件不具备，因此主要从软件方面入手。软件方面主要问题在于程序编写完毕后，需要首先在电脑上对程序进行软件仿真，主要检查是否存在各种错误，可利用力控组态的仿真软件。然后通过模拟硬件的方式检查程序，主要检查程序是否存在逻辑上的错误。调试时，可根据功能模块分类分别调试，最后进行总体调试。在该控制程序中，需要根据外界输入的状态来控制清污机、潜水泵，以及污泥回流泵的启停，因此需要按照液位传感器和液位差计反馈来的信息进行判断处理，然后再进行输出控制。5.2 在设计中遇到的问题的总结认识1) 关于电动阀：其结构构成是能够进行正反转的电机，开闭阀门时的限位开关，被电机控制的阀门 26。其工作过程是：污水池水位低时，电机正转带动阀门开启，污水池开始有污水流入，当阀门开启到一定程度触碰到到限位开关 27，电机停止转动，阀门保持这个开启程度，向污水池注入污水；污水池水位达到高水位（正常液位）时，电机反转启动带动阀门开始闭合，当阀门闭合完全时，触碰到限位开关（关）、电机停止转动，阀门不再动作，污水停止注入污水池。在力控仿真组态软件素材库中没有带有限位开关的阀门 28，要实现阀门开启后污水池马上开始注水，阀门完全闭合后污水池才停止注水，这中间有个阀门闭合的过程，在阀门开始闭合时污水池仍在注水。通过在 PLC 梯形图程序中加入如图 5.1 所示程序第 38 页 共 45 页实现。图 5.1 延迟仿真中电磁阀关闭动作的梯形图2) 根据实际仿真需要，将输入点改用 PLC 内部继电器表示，具体见附录B。X10（R110）作为电动阀上的驱动电机的过载保护开关为常闭触点，在换用内部继电器表示时，应将其常闭状态改为常开状态，常开状态改为常闭状态，以便于程序正常运行。3) 在力控中建点时，内存区的偏置地址必须与 PLC 中 I/O 点对应，否则 PLC 无法与上位机进行正常通信 29。4) 由于“小型 SBR 废水处理系统中的 PLC 应用设计 30”是基于实际应用开发的，故污水处理的各阶段所需动作时间都较长，为了方便仿真演示，将程序图中各计数器、定时器在本设计中污水处理各阶段的反应动作时间关联分析，在不影响污水处理各阶段能够正确按顺序进行的前提下，做出修改以缩短演示时间。R901C 是一秒钟发出一个脉冲，与计数器 C100 联合控制曝气时间，与计数器 C102 联合控制沉淀时间。计时器T1、T2、T6、T7 联合控制排空电磁阀动作时间。第 39 页 共 45 页附录 A 第 40 页 共 45 页第 41 页 共 45 页第 42 页 共 45 页第 43 页 共 45 页第 44 页 共 45 页附录 B序号 工位名称 文字符号 输入口1 污水池高水位开关信号 H1 R1002 污水池低水位开关信号 L1 R1013 清水池高水位开关信号 H2 R1024 清水池低水位开关信号 L2 R1035 中水箱高水位开关信号 H3 R1046 中水箱低水位开关信号 L3 R1057 起动按钮（绿色） SB1 R1068 停止按钮（红色） SB2 R1079 旋钮开关（自动） SB3-1 R10810 旋钮开关（手动） SB3-2 R10911 手动开电动阀旋钮开关 SB4 R12112 手动关电动阀旋钮开关 SB5 R12213 1#清水泵手动旋钮开关 SB6 R12314 2#清水泵手动旋钮开关 SB7 R12415 电动阀门开起限位开关 SQ1 R12516 电动阀门关闭限位开关 SQ2 R12617 电动阀电动机故障报警 FR0 R11018 电动机热保护器报警 KA1 R11119 曝气风机手动旋钮开关 SB8 R11220 输入点备用 R130R133参 考 文 献第 45 页 共 45 页1 王燕飞. 水污染控制技术M. 北京：化学工业出版社，2008.5：12-16.2 Kevin. M. Passino, StePhen Yurkovich. Fuzzy ControlM. Beijing: Tsinghua University Press.2009:61.3 王颖哲,陶博,于水利等.高浓度活性污泥法处理化工园区综合废水研究J.工业水处理,2009,29(9):72-74.DOI:10.3969/j.issn.1005-829X.2009.09.021.4 李迎迎.我国污水处理现状及对策分析J.东方企业文化,2011,(2):216.5 W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin. An energye cient MAC protocol for wireless sensornetworksZ. In 21st Conf. of the IEEE Computer and CommunicationsSoc. (INFOCOM), pages1567-1576, June 2002.6欧林林污水处理中溶解氧模糊控制的研究，合肥工业大学硕士学位论文，20033；7秦魏,刘芹,周盼.PLC 的发展及应用.科技致富向导,2011,(5):110.8 Tijs van Dam and Koen Langendoen. An Adaptive Energy-Ef-ficient MAC Protocol for WirelessSensor NetworksJ. Proceedings of the 1st international conference on Embedded networked sensorsystems table of contentsC. Los Angeles: 2003.171-1806. 9 方崇正.浅析正确选用热继电器对电动机进行过载保护J.排灌机械,2002,20(2):45-46.DOI:10.3969/j.issn.1674-8530.2002.02.015.10 盛小伟.小型断路器保护特性及其在低压配电系统中的应用J.低压电器,2009,(15):49-51.DOI:10.3969/j.issn.1001-5531.2009.15.014.11 张白帆.保护低压隔离变压