基于labview的污水处理控制系统设计

1、武汉轻工大学毕业设计（论文）武汉轻工大学毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目：基于LabVIEW的污水处理控制系统设计姓 名_ _学 号_ _ 院（系） 电气与电子工程 专 业指导教师_2016年月日目录摘要2Abstract31 绪论41.1 污水处理控制系统的选题背景41.2 国内外发展现状41.3 城市污水处理的发展趋势51.4本课题研究的内容52污水处理系统设计62.1 污水处理的工艺流程62.1.1 污水的预处理72.1.2 污水的生物处理72.1.3 污水三级处理82.2 污水处理控制过程设计92.2.1 粗、细格栅的过程控制92.2.2污水提升泵的运行过程102.2.3曝气设

2、备的过程控制102.2.4污泥处理过程控制103 污水处理的控制系统设计113.1 污水处理厂控制系统的结构113.2 电气原理图设计123.3 PLC的I/O资源配置133.3.1 数字量输入部分133.3.2数字量输出部分143.3.3 模拟量输入部分143.3.4 模拟量输出部分143.4 PLC的硬件原理图153.5 PLC程序设计164 基于LabVIEW的监控系统软件开发204.1 LabVIEW的程序设计204.3 LabVIEW与PLC通信连接的建立22结论25致谢26参考文献27摘要随着社会工业化的加速发展，污水处理已然成为当今亟待解决的重要问题之一。转眼间，国内的工业化程度

3、已经上升到了一个新的高度。但与国外对比，国内的工业化发展时间较短，暴露问题时间晚。所以，国内的污水处理当前还处于发展的初期，同时存在技术水平不先进，自动控制程度不高等问题。在污水处理过程中，涉及到的设备类别很多、每一个过程操作复杂、处理工艺五花八门。所以，对于中国来说，提高污水处理系统的自动控制程度对保证出水的水质，实现无人化工厂管理和提高效率来说是必不可少的。现如今，LabVIEW已经越来越多的应用于工业自动化系统的设计中。本论文集中论述了基于LabVIEW和PLC的污水处理控制系统的设计方案。这个系统分别将PC端和LabVIEW端连接，LabVIEW端与PLC端口连接，以实现互相通信的效果

4、，且运行过程能在LabVIEW界面直观的反映。此污水处理系统主要应用于城市污水处理。关键字：污水处理，LabVIEW，PLC AbstractWith the rapid development of industrial society, sewage treatment has already become one of the essential problems which are dealt with. Blink of an eye, the degree of industrialization in China has risen to a new level. However

5、, compared with the foreign countries, the development time of industrialization in China is short, and this problem exposes lately . Therefore, the domestic sewage treatment is still in the early stage . In the mean time , the level is not advanced and automatic control level is low. In the sewage

6、treatment process, involving many kinds of equipment, each process is complex and the processing technology is varied. Therefore, in our country, improving the degree of automation of sewage treatment system can ensure the quality which is significant in improving the productivity of sewage treatmen

7、t. Nowadays, LabVIEW has more and more applications in system design of industrial automation.The end of computer is connected with LabVIEW. LabVIEW of the PLC output port is connected which is to finish the function of talk with each other. Operation processes can interface with intuitive reflect i

8、n the LabVIEW. The sewage treatment system is mainly used in urban sewage treatment.Keywords: sewage treatment, LabVIEW, PLC1 绪论1.1 污水处理控制系统的选题背景社会的发展带动着经济的变革，中国从一个以农业为基础的大国过渡到一重工业、轻工业为主体的最大的发展中国家，社会公民的生活水平和生活质量也不断地上升。与此同时，人们越来越意识到环境污染将会对社会生活造成严重后果。但是，长期以来，时代在进步，由于在国家发展之初，我们对环境保护的重视力度不够，投入心力不足，保护意识不

9、强，导致大量污水未经过任何处理直接排入城市水系，造成江河湖泊和地下水污染问题愈来愈严重。厄尔尼诺现象的频繁出现，大型灾害的不正常发生，雾霾的盛行这些都让人们越来越意识到保护环境刻不容缓。在这些环境污染问题当中，水污染问题逐渐步入污染问题的中心，人们对由水污染造成的严重后果有了一个更加深刻的认识，太湖蓝藻事件，饮用水致毒致癌事件等都给我们敲响了警钟。随着水环境污染问题的严重化，城市作为居民生活的集中地，城市污水处理就成为了改善居民生活环境，提高居民生活质量的重要手段之一。1.2 国内外发展现状在国外，由于数次工业革命的影响，加速了国外工业化的进程，随着工业的不断升级，资源的短缺的端倪也渐渐出现。

10、水资源的短缺和水污染对环境和社会生活造成的严重影响逐步的暴露出来。社会的进步和生活条件的优渥致使他们对自身的生活质量要求也更高，于是水污染问题较早地得到了这些国家政府的重视。高效型、智能型、集约型是研究的目标，同样也是检测的标准。许多发达国家研制的污水处理设备经过时间和实际的检验，在实际运用过程中的处理效率达到了很高的水平，有效的解决了污水处理和水资源污染的种种问题。目前，由于我国的工业化在近几十年内才取得较大的发展成果，水污染意识较为薄弱，污水处理是在近几年才得到有效的落实。正是因为我国污水处理起步晚，于是设备种类稀缺，框架不合逻辑，设备要求不达标种种缺陷成为了国内污水处理设备劣势所在 1。

11、因此国产化设备将在技术水平上处于劣势。随着自动控制原理、现代控制理论的快速发展与投入应用，现场总线技术、网络通讯技术等高科技新技术也被渐渐地引进到污水处理的自动控制领域当中来，这些技术让一些新投入使用的污水处理厂实现了集散控制、远程监控等一系列功能，逐渐减少了人工对污水护理系统的影响。其次，我国人口分布广泛，地大物博，水资源分布的区域差异十分明显，不同地区居民的生活水平也不平衡，生活要求也不近相同。种种原因，导致了我国的污水处理落实率也相对较低。1.3 城市污水处理的发展趋势随着国内打开国门，发展经济和政治，中国在国际上的影响力也不断提升。国家和公民在面对日益严重的环境污染的严峻挑战时，政府也

12、愈来愈认识到这一问题的严重性。水污染作为环境污染的重要部分，污水处理在水污染治理中起到了举足轻重的作用。城市污水处理包括两部分，生活污水和工业污水。例如降雨降雪等天气因素造成的下水道中的污水，从公众场合排放的污水和日常的生产活动产生的污水，这类污水都属于生活污水。生活废水的特点是含有较高的有机物以及N、P无机物，此外，还含微生物和大块的悬浮物等。对于各种工厂来说，污水的排放是其中必不可少的一个环节。特别是对于一些金属冶炼厂来说，矿石加工后必然产生许多重金属元素，若含有这些的污水直接排放，必将对土壤造成巨大的危害。工业污水污染的影响更为严重。所以说，筹建高效、集约、友好的城市污水处理厂是有效减缓

13、城市水污染程度，建设绿色家园的关键 2。但是国内的污水处理厂普遍存在运营成本高，技术严重依赖等问题，很多污水处理厂被迫停止使用。因此，我国城市水污染处理发展趋势主要是提高自动化程度，提升处理效率，降低投入成本等方面。1.4本课题研究的内容本课题研究的是城市污水处理的自动控制系统，采用的处理方法为生物处理方法。同时，根据污水处理工艺的特点和现场环境的要求，我们将采用LabVIEW和PLC相结合的方式。论文的章节安排： 第一章是绪论，本章主要介绍了对基于LabVIEW的污水处理控制系统设计这个课题所做的背景调查，基于此前提，今后对开发污水处理系统提出的要求并进行展望，最后，描述了本论文的研究框架。

14、第二章是污水处理控制系统过程控制设计，主要分污水处理的工艺流程和污水处理的过程控制设计两大板块来写。对污水处理的分层和每层污水处理中主要设备的控制运行过程做了一个详细的说明。第三章是污水处理的系统设计，首先描述了控制系统的结构，然后详细分析了系统硬件设计和软件设计。第四章是介绍人机界面LabVIEW软件的相关介绍和使用，并将PLC和LabVIEW连接，最终能够在LabVIEW监控界面直观的监控污水处理的全部流程。第五章是结语，是对本次设计的一个总体认识和对大学四年的一个总结。2污水处理系统设计2.1 污水处理的工艺流程我国污水处理一般分为三级处理工艺。一级污水处理工艺主要是为了去除污水中的大块

15、杂物，大颗砂砾以及肉眼可见的悬浮物等，属于粗处理工艺。一级污水处理工艺流程图如图2.1所示图2.1一级处理工艺在污水处理的过程中，泵房又称污水提升泵房。水泵、格栅机等设备和一些设备的控制装置构成了这个建筑。泵房的原理是重力自流；在两个处理过程之间，需要实现污水的传送，若两个设备没有水位差，或者水位差为负时，此时我们借助泵房，将低处的污水送入高处污水处理设备的进水口中3。沉砂池主要是减少污水中的含砂量，来保护管道等不受砂砾的影响而导致管道堵塞，它借助的是重力分离的效用。沉淀池的工作原理同沉砂池一样也是利用重力作用将大块杂质沉底从而去除水中悬浮物。二级处理工艺和三级处理工艺采用物理方法-不发生物质

16、的变化，化学、生物方法-有物质的变化，减少反应物，产生新的生成物。对污水中的不溶于水的物质，胶体，和溶于水的物质进行精处理。污水的二级处理工艺如图2.2。图2.2 二级处理工艺在二级处理工艺中，污水中的可以沉淀的部分如细小的砂石等和悬浮的物质等可以在初沉池中净化。经过初沉池后的废水进入生化处理设备，生化处理设备的核心就是活性污泥法。活性污泥法应用广泛，经过实践表明，活性污泥法的使用效果显著，性价比高。它不仅能通过发生一系列反应去除溶于水中或者呈胶体的物质，而且能通过活性污泥的物理等特性直接吸附污水中的杂质。实验表明，若使用活性污泥法作为二级污水处理工艺的核心过程，在检测二级处理工艺排除的水时，

17、会发现水中溶解的氮、磷元素的量偏低。 二沉池顾名思义是一个沉淀分离设备，在活性污泥法中起到了举足轻重的作用，其作用主要是把污泥和清液分开，使得通过二沉池后的处理水中悬浮物，胶体，砂石等都能大量减少。 污水的三级处理工艺如图2.3 图2.3 三级处理工艺在三级处理中，调节池的功用是调节污水的水质和水量。调节污水的水质主要就是调节进水的酸碱度、温度这两个量；调节污水的水量就是控制调节池中污水的进水量，从而保证出水率和出水量，为曝气过程做准备。曝气池也称氧化沟（氧化渠），呈环状，曝气池主要就是通过电机变频改变曝气池中转刷的速度，从而使池中水的溶氧量保持在一定范围内。由于本课题研究的是城市污水处理的研

18、究方案，对于多数的城市污水处理的三级处理工艺流程来说，一级污水处理是预处理，二级污水处理是主体，三级污水处理是精处理。基于城市污水的大部分特性，生物处理法是城市污水处理的核心方法。在排出的污水中，常常有一些溶解在污水中的物质。这种物质不利于绿色发展，且其中重金属元素稍利用不慎将会致毒，若不处理直接排出，将会对水环境产生很大污染中。生物处理法可以利用微生物本身的特性降解通过纯粹的物理反应或者化学反应难以降解的物质 4。原理相对简洁、投入低、回报高等优点是生物处理工艺的特点。2.1.1 污水的预处理污水的预处理的主要步骤是将原水输入至粗格栅机，在粗格栅机中可以去除污水中的大块漂浮物，不溶于水的固体

19、等易除物质，紧接着被将从粗格栅机输出的污水送入潜水泵，通过潜水泵的重力自流作用，再将污水送进细格栅机，细格栅机可以除去污水中的小块儿杂质，最后通过沉砂池等沉淀装置出去污水中的砂石颗粒等沉淀物。对于污水处理厂来说，污水的预处理是一个重要的过程。2.1.2 污水的生物处理污水的生物处理是污水的二级处理，是污水处理技术的主体。根据污水特性的区别，主要分为五种生物处理法。一、生物化学法 生物化学法主要用于处理含重金属的废水，将可溶性离子转化为不溶于水的化合物。它的主要原理过程是，硫酸盐在缺氧的条件下，能够通过发生还原反应，+2价的硫元素被氧化成为+3价的硫，生成硫化物沉淀。这种方法是一种先通过化学过程

20、，再通过物理过程达到目的要求的方法。二、生物絮凝法 许多微生物都很多意想不到的功能，这些功能不仅限于微生物本身，还包括它的排出物，它们的这些特性能够水中的某些悬浮物絮凝沉淀 5。这种方法能使重金属离子形成稳定的聚合物而沉淀下来，从而达到去除无水中杂质的效果。三、生物吸附法 由于某些生物的本身的特性，它们的化学分子结构呈多孔状，有吸附的效果，例如活性炭。利用这些生物本身的吸附作用，将污水中的某些有害的金属离子、杂质去除。生物吸附法依靠着生物的固有属性，是一种简便的生物处理方法。四、需氧生物处理法 根据生物的好氧/厌氧特性，可以将生物处理法分为两种。将一些微生物放在含氧条件下发生特定的化学反应，达

21、到去除污水中某些物质的方法就是需氧生物处理法。需氧生物处理法中，发生了这样的反应： 有机微生物+N/C/H等元素+氧气 二氧化碳+水 公式2-1五、厌氧生物处理法 在污泥回流后，污泥罐中也有很多未经彻底处理的污泥。这些污泥中还有许多有机物，有毒物质等，若未经处理直接排放到土壤中，将会污染土壤环境。污泥中的有机物多厌氧，因此厌氧生物处理法常用在污泥中 6。在缺氧条件下，厌氧微生物利用自身特性在无氧或少氧状态下将难以分解的物质转化。由元素守恒原理可知，最后将难以降解的物质转化为水，二氧化碳和碳氢气体，碳氢气体例如甲烷是一种十分绿色的清洁能源。厌氧生物处理法大量应用于实际生活中，例如沼气池。沼气池封

22、闭建造，沼气池中的微生物处于一种缺氧环境，通过一系列反应后生成氨气、甲烷等物质可以当做无污染的清洁能源。与此同时，经过微生物反应处理后的污水生成的淤泥比未经过消化的淤泥更易处置。2.1.3 污水三级处理城市污水处理三个过程中的最后一个过程-三级处理。污水在经过前面种种程序、设备的清洁后，污水中依然包括很多N、P元素和许多难以去除的物质，只有通过进一步处理、消毒、净化，才能达到排出清水标准。所以说，三级处理也是污水的深度处理，在此过程中，通过加药，搅拌，污泥回流等措施，使污水中的离子浓度达到设定的标准值，此过程后，排除的水可以达到清水标准。 图2.4 污水处理的工艺流程图2.2 污水处理控制过程

23、设计2.2.1 粗、细格栅的过程控制一、粗格栅的过程控制其程序流程图如图2.5图2.5 格栅机的程序流程图相应的工作过程如下：第一步：选择自动方式，粗格栅启动，并且给粗格栅机设定一定的运行时间 第二步：当设定的时间到时，粗格栅机停止运行。 第三步：此时通过液位差超声波检测仪测量液位高度，并算出液位差第四步：不断检测差值，超过设定值时，清污机工作。第五步：反之，低于设定值时，停止运行。循环操作。二、细格栅的工作过程细格栅的工作过程与粗格栅基本相同，唯一不同之处在于根据具体要求设定的定时时间有细微差异。2.2.2污水提升泵的运行过程在此污水处理系统中，我们采用两套污水提升泵设备。对污水液位设定两个

24、值，分为定位低水和高水位。通过超声波液位控制器来探测污水水位，用液位信号控制泵的启停。具体原理为：当液面低于最低水位设定值时，不启动任何泵；当液位处于低水位和高水位之间时，启动一个泵；当液位高于高水位时，启动两个泵。2.2.3曝气设备的过程控制曝气池分为推流式和全混合式 7。推流式曝气池有一些缺点，例如不能充分平均地利用氧，入流端利用率高，出流端利用率低，导致池尾供气过量等缺点，选择混合式曝气池能够更好的满足我们的需求。在污水处理的曝气过程中，这个污水处理系统采用的是氧化沟，氧化沟的的形状就像学校的标准化操场一般，运用转刷的转动，使池中污水与空气中的氧相接触，改变池中的溶氧量，同时也因为转刷的

25、搅拌使活性污泥处于悬浮状态。氧化沟作为一个环状设备，它所需要的面积相对较小。氧化沟的推流特性体现在污水中的溶氧量上。因为推流特性，污水中的氧含量会沿着氧化沟逐渐递变，形成了好氧、缺氧、厌氧这三种不同的环境 16。在探索污水处理的过程，我们不断发现氧化沟的优点不甚枚举，因此它成为近年来发展较快的生物水处理技术之一。2.2.4污泥处理过程控制污水在二沉池里处理过后，产生的污泥是一种活性污泥。污泥处理过程控制是自动控制。其运行的过程如图2.7所示。污水处理过程中产生的污泥全都排入污泥浓缩池中，通过污泥泵将污泥提升至自动配药池中，对污泥的微生物，有害物质，酸碱性等进行处理。处理后，加入清水冲洗，然后将

26、合格的污泥送进污泥浓缩脱水机中，脱水。最后通过空气压缩机的动力将压缩污泥分别送进倾斜传送皮带和水平传送皮带。图2.7污泥处理过程3 污水处理的控制系统设计3.1 污水处理厂控制系统的结构整个污水处理系统采用分级控制，包括计算机端，人机界面-LabVIEW端，PLC控制端，在LabVIEW的前面板中既能显示实时处理过程，又能手动控制开关按钮。在系统的运行过程中，自动和手动可以随意切换。污水处理控制的全部过程均能实现自动运行，实现无人化管理，也对污水处理厂员工的专业要求相应降低。但是，若在污水处理过程中出现某些设备故障，监控人员能够在PC端实时监测，并且及时派人维修，解决问题。同时，系统还在在污水

27、处理过程中的关键工序配置人机界面LabVIEW作为现场工程师操作站。模拟量信号通过传感器作用送至PLC，数字量信号直接送入PLC，在PLC接收到这些输入指令后，就进行对应的处理，同时PLC的输出端会输出信号控制电机等各种设备的启动运行，不仅如此，我们还能通过LabVIEW端看到PLC端的运行状态，也能为工程师提供一个更方便、直接的控制面板 8。整个污水处理厂的系统结构如图3.1 图3.1 污水处理监控系统结构为保证系统的安全运行，此污水监控系统主要分为三个部分：第一部分：工控机终端控制。在计算机上，整个污水处理控制系统的参数，各个处理过程中设备的启停都能得以观察，根据情况的不同，可以在计算机上

28、及时调整各数据或参数并显示。操作数据也能够存储在计算机中，历史趋势可以通过曲线在计算机上显示。第二部分：现场（S7-200 PLC）控制。在PLC控制界面，我们可以调节整个污水处理过程的控制量。同时，PLC程序的改变有能力使得PC端的参数相应的发生变化。第三部分：人工手动控制部分。 人工手控是指直接控制控制柜上的开关。3.2 电气原理图设计本次设计范围为废水处理自动控制部分，包括有预处理部分、二级生物处理部分、曝气部分和污泥处理部分等污水处理的各个过程。还包括管理用房等生产设施的照明、防雷接地等设计。由于本设计原理图较多，下面贴出部分核心处理部分的电气原理图。在污水的处理过程中，污水的运行工艺

29、流程大部分采用重力流的方法来通过各个污水处理的设备。所以，在污水处理系统的设计中必须必在前处理处加污水提升泵将污水提到某一要求的高度后才能按重力流方法运行。总的来说，污水提升泵站就是将上流来的污水提升至后续处理单元所要求的高度，使其实现重力流。当浮球处于低水位线和高水位线之间时， KM1通电并自锁，M1污水提升泵持续工作，HL1灯亮。当浮球高于高水位时，M1、M2电机均运行，两台电机运行指示灯都要亮。由于污水提升泵作用，污水不断提升运送到下一个处理设备，所以浮球位置下降，常开触点开启，控制线路断开，KM1，KM2停止通电，潜水泵停止工作。污水提升泵的电气原理图如3.1 图3.2污水提升泵的电气

30、原理图加药絮凝过程是污水处理的最后一个重要环节，在此过程中，加药装置定时加药、配水且搅拌。在加药时，首先根据预先设定要求配置成一定浓度的除磷药剂，然后通过在配药罐上的液位传感器，将模拟量信号送进PLC中读。当药液满足设定的要求时，PLC自动打开配药罐的出口阀门。加药絮凝过程启动步骤为：采样计数器清零-循环水泵开-检测水的浊度是否满足设定要求-启动絮凝搅拌器-延时2秒-启动絮凝计量泵。图3.3加药过程主电路图3.3 PLC的I/O资源配置3.3.1 数字量输入部分任何自动控制系统，都要设计一个人工控制的急停按钮，保证在自动控制过程中，出现问题时，能够手动紧急停止系统的运行。手动方式针对污水处理的

31、各个部分，总共24个数字输入量。数字输入量接口分别从4个部分来考虑。第一部分：自/手动控制的输入接口。第二部分：预处理时所需要的设备接口，主要是通过物理中的过滤，沉淀过程实现；第三部分：二级处理中曝气过程等过程的设备接口，变频器可以控制曝气设备中转刷的速度。第四部分：主要三级处理中的污泥处理过程中所需要的设备接口。如表3.1表3.1 数字量输入地址分配3.3.2数字量输出部分数字量输出部分共13个信号输出量主要是考虑上文设置了输入量的设备的接触器，从而来控制电机的启动/停止。如表3.2表3.2 数字量输出地址分配3.3.3 模拟量输入部分因为在污水处理控制系统的曝气过程中，设计到溶氧量这个参数

32、，我们通过传感器溶氧仪来测得，因此，系统中涉及到一个模拟量输入。如表3.3表3.3 模拟量输入地址分配3.3.4 模拟量输出部分PLC只能读数字信号，不能读电压/电流信号。因此，我们要将模拟量输入部分采集到的信号进行一系列的处理，将电压/电流信号转化为数字信号，处理后的数据通过模拟量输出口输出，从而对变频器进行控制。如表3.4表3.4 模拟量输出地址分配3.4 PLC的硬件原理图图3.3硬件电路图在手动方式下，该污水处理系统以人动为首位，不根据自动方式下的传感器评判标准来执行相应操作。是一种无逻辑控制。在自动方式下进行闭环控制。在自动控制过程中，它不是要按照上述工作过程一步一步地进行顺序控制，

33、而是通过传感器,根据PLC接受到的信号值，符合其初始设定值的范围时，PLC就能启动或停止某一过程。PLC的硬件原理图如下图所示，其包含11个继电器。KM1-KM4分别控制预处理过程中粗细格栅机，潜水泵和清污机，主要去除污水中的固体悬浮物等杂质。KM5控制分离机的运行，KM6-KM7控制的是二级处理中的曝气过程。在污水的二级处理过程中，曝气过程无疑使其中重要的一环，其中心思想就是控制溶氧量。故要通过控制曝气池中转碟（刷）的运行速度来控制污水中的含氧量，在此过程中，要运用到变频器，变频启动通过改变电机运行的频率产生改变电机转速的效果，从而达到控制要求。KM8-KM11主要控制的是三级处理中的加药过

34、程，污泥回流过程和污泥的处理加工过程。3.5 PLC程序设计 潜水泵的PLC编程如图3.5所示。其编程包括提升泵的启动，停止，报警图3.5由上文PLC的I/O点的设计可知，I2.4为进水泵高位，I2.5为进水泵低位，Q0.2为潜水泵启动，Q1.3为潜水泵报警。网络1为程序开始准备，接着就是当根据浮球测定的液位低于下限，报警灯亮。网络4是当液位逐渐上涨，高于下限值时，结束报警。网络5,6是当液位位于设定液位范围之内时，潜水泵运行。网络7是同时启动定时开关，网络8是定时结束后，潜水泵停止工作。变频器MM420与PLC通讯编程如图3.6所示图3.6 变频器与PLC通信PLC将输入端口0分配给USS

35、协议，并将变频器的通讯频率设定为9600bps ，启动变频器的端口为Q0.2。在图3.6.2中利用USS_INIT 是对PLC与变频器通信进行初始化设置，USS_INIT只需要在程序中执行一个周期就能改变通信口的功能，以及进行其他一些必要的初始设置，因此可以使用 SM0.1调用USS_INIT 指令。Mode是模式选择，执行USS_INIT 时 ，Mode=1， 设置 Port 0 为 USS通信协议并进行相关初始化。Baud=9600，即将USS通信波特率设置为9600bps 。Active 参数是用来表示网络上哪些 USS从站要被主站访问，即在主站的轮询表中激活，本方案使用站地址为3的 M

36、M 440 变频器，则Active=8。Done是初始化完成标志。Error是初始化错误代码。图3.6.1中USS_CTRL 指令用于对变频器进行运行控制，这个功能块利用了USS 协议中的 PZD 数据传输，控制和反馈信号更新较快。利用 SM0.0 使能USS_CTRL 指令，利用I0.2来控制变频器的启动。Drive表示变频器在USS 网络上的站号，这应该和USS_INIT中的Active 参数一致，则Drive=3。Type=1表示变频器的类型是MM4系列的。Speed_SP =100表示变频器初始频率对应的速度是100。 Resp_R表示从站应答确认信号，将M1.0位设置为从站应答。 R

37、un_EN接Q0.2作为运行模式反馈，表示当Q0.2为1时表示变频器是运行的，当Q0.2为0时表示变频器是停止。因为要测试污水中的溶氧量，溶氧量不能直接通过数字表示因此我们要借助模拟量输入/输出模块，通过这个模块把溶氧量信号也是一种电信号转化为数字信号，它是一个扩展模块。假定溶氧量为A，范围即为A0Am，实时物理量为X；标准电信号是B0Bm，实时电信号为Y；A/D转换数值为C0-Cm，实时数值为Z。 如 此，B0对应于A0，Bm对应于Am，Y对应于X，及Y=f(X)。由于是线性关系，得出方程式为Y=(Bm-B0)*(X-A0)/(Am-A0)+ B0。又由于是线性关系，经过A/D转换后的数学方

38、程Z=f(X)可以表示为Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am-A0)+C0。那么就很容易得出 逆变换的数学方程为X=(Am-A0)*( Z-C0)/( Cm-C0)+ A0。方程中计算出来的X就可以在显示器上直接表达为被检测的物理量。AIW0是PLC模拟量采样值，输入接口接的是溶氧仪，溶氧仪的原理就是将污水中溶解氧的浓度转化为电信号，本设计将曝气池中的溶氧量的标准范围设定为49mg/L。此溶氧量传感器，溶氧量检测范围为010mg/L与电信号420mA对应。O2-溶氧量，则溶氧量的模/数转化公式为：O2=10*（AIW0-6400）/25600编程如图3.8图3.8 模拟量的PLC编程4 基

39、于LabVIEW的监控系统软件开发 LabVIEW是一种由美国国家仪器有限公司（NI）研制开发的程序开发环境13。LabVIEW采用图形化编程语言呈现出程序框图的编程形式，因此，它的掌握和使用相较于其他语言来说也更加一目了然14。4.1 LabVIEW的程序设计在设备控制主界面，用户可以对污水处理中主要的污水处理数据有一个直观的了解。在主界面中，共分为四大块，分别是进水的相关数据和参数，曝气池的相关数据和参数，回流泵的相关数据和参数，最后是二沉池的相关数据和参数。其中，主界面还包含了时间标识，温度等。污水处理厂主界面前面板的设计如图4.1所示4.1污水处理厂主界面前面板曝气池无疑使污水处理中的

40、重要一环，曝气池中的总需氧量不能通过传感器等设备直观测得，于是，我们通过其计算公式计算得出其具体值。污水中好氧生化反应的需氧量公式是:R= a*Q*S+ b*V*X 14。根据公式,我们可以通过其中各个参数的运算关系设计出总需氧量的程序框图。用式中已知参数作为输入量，未知数作为输出量。如图4.2所示图4.2总需氧量子程序的前面板设计图总需氧量子程序的前面板中包括了BOD分解需氧率a,污泥自身需氧率b，池容量等设定值，和总需氧量计算值。其LabVIEW的整个程序运行过程就是利用公式，再通过数值加运算符，数值乘运算符连接数值总需氧量的程序流程图如下图4.3所示图4.3总需氧量子程序程序流程图4.3

41、 LabVIEW与PLC通信连接的建立随着网络技术的快速发展和应用，通过网络实现数据的传递，共享是目前各种应用软件及仪器的必备功能和未来的发展趋势。为了支持网络化的虚拟仪器的开发，LabVIEW提供了功能强大的网络与通信开发工具，可以很方便的通过网络通信编程来实现远程虚拟仪器的设计及数据的传送和共享。LabVIEW与西门子PLC的串行通信要将PC机的COM1口与西门子PLC的下载口通过PC/PPI电缆连接起来。PLC端接入220v的交流电，在输入端将M与1M相连接，用L+来触碰I0.0，I0.1来模拟开关的接通与断开，在输出端将1L与2L用导线连接起来。如图 4.4 图4.4 PC与PLC连接

42、要完成LabVIEW对S7-200 PLC的控制，首先要安装西门子OPC软件PC ACCESS V1.014。安装PC ACCESS后，运行软件，设置PC通讯口。然后点击项目树的Micro Win（com）进行PG/PC接口属性的设置。如图4.5图4.5设置完成后，将被测试的PLC、文件夹等输入，如图4.6图4.6 接口属性接下来就是在LabVIEW中创建新项目，在此，本设计选择的是LabVIEW2013中文版。如图4.7图4.7 labview的开始界面在新创建的项目中新建一个I/O服务器，如图4.8图4.8 新建I/O服务器界面之后，注册OPC服务器并绑定变量，确定变量类型15。如图4.9图4.9 确定变量类型通信的连接建立好之后，只需要再设计出前面板和程序框图，就可以实现LabVIEW和PLC之间的实时通信了。结论本论文设计的污水处理控制系统，使用了PLC、变频器和LabVIEW监控软件。利用LabVIEW图形显示功能显示污水处理的实时过程，并且显示污水处理过程中的关键参数指标，利用编写程序来对各个量进行采集和显示。利用PLC来控制提升泵、搅拌机，格栅机等电机的启动和互锁。利用变频器来控制曝气池中的含氧量。当池中含氧量比计算机设定值低时，氧化沟中转碟转速加快，加速污水和空气的接触；当池中含氧量比计算机设定值高时，氧化沟中转碟转速减慢，