基于plc的污水处理控制系统设计毕业论文(毕业论文).doc

毕业设计（论文）

题 目 基于PLC的污水处理控制系统设计

武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书

设计(论文)题目: 基于PLC的污水处理控制系统设计

设计（论文）主要内容：
1. 查阅与本课题相关的国内外文献，掌握相关技术的发展动态。
2. 熟悉PLC原理及其应用、传感检测技术。
3. 掌握PLC编程方法、系统硬件集成技术。
4. 熟悉AutoCAD绘图技术。

要求完成的主要任务:
1. 按照时间安排及时完成外文翻译工作，英文文献不少于20000字符。
2. 对城市污水处理做详细的需求分析，掌握污水处理工艺，提出污水处理系统的总体方案。
3. 设计污水处理系统的输入检测环节，进行PLC设备选型及其扩展。
4. 设计控制系统操作与显示接口。
5. 根据污水处理工艺过程，完成控制系统控制流程设计，并利用PLC编程软件实现，要求手动与自动控制。
6. 完成污水处理系统的电气硬件电路的绘制，图纸规范，并不少于三张。
7. 根据武汉理工大学毕业设计工作管理办法，完成论文的撰写工作，制作演示PPT，做好答辩准备工作。
必读参考资料：
1. 程玉华.西门子S7-200工程应用实例分析.北京：电子工业出版社.2008(01)
2. 张运刚,宋小春,郭武强.从入门到精通-西门子S7-200PLC技术与应用.北京：人民邮电出版社.2007(06)
指导教师签名 杨胤铎 系主任签名
院长签名(章)
武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告
1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）
长期以来,在我国城市建设快速发展的过程中，由于对环境保护基础设施建设重视不够、投入不足，污水直接排入城市水系及相关流域,造成江河湖泊水质和地下水污染,城市水环境污染问题日益突出，污水净化就成为改善城镇居民生活环境、提高人民健康水平的主要手段之一。为保证污水处理工艺可靠、顺利实施，自动控制系统的设计及控制技术的运用要以可靠性为基础，综合考虑控制技术先进性、可扩展性，同时兼顾降低系统造价。
在污水处理控制系统中，除了存在分布区域广、设备分散、控制点多及控制信息复杂等要求外，同时具有控制输入和输出以开关量参数居多，模拟量参数少的特点，而这些都是PLC控制系统的优势所在。原有的污水处理厂其控制部分采用传统的继电器控制，控制线路复杂，继电器多，长时间运行后，线路老化，频繁出现控制故障。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，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。
国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力进行水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。一些发达国家经过几十年的努力，污水处理率已经达到80%-90%，成功的解决了来自于城市和工业的水污染问题。同时一些国家开始重视污水的回收利用。其特点有：大量采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实时监测并有上位机记录下来，提高了测量精度；生产过程中不同程度的采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相应的控制方式；大量采用遥测、遥控设备，并有效地利用社会资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。
目前,国产化污水处理设备具有品种不全,结构不合理,技术水平比较低,产品质量不稳定的特点。
我国自主生产的设备在很大程度上是依托国外相关设备的构造,再经过自我消化、研发和生产实践,逐步填补国内空白并在此基础上不断发展壮大。不过,我国污水处理设备会在相当长的时间内落后于其他国家,还有许多空白,很多设备还停留在仿制的水平上,对于其理论研究尚显不足。因而,国产化设备将会在未来相当长时间内在技术水平上处于劣势,特别是先进设备的技术保密与知识产权保护意识的加强,其竞争力将在未来市场中不断接受考验。
2、基本内容和技术方案
基本内容：掌握多种污水处理工艺，并确定其中一种处理工艺，提出污水处理方案；设计污水处理系统的输入检测环节，进行PLC设备选型及其扩展；设计控制系统操作与显示接口；设计系统控制流程，并利用PLC编程软件实现，要求手动与自动控制；绘制污水处理系统的电气硬件电路。
细格栅、清污机
清污机
转碟曝气机
技术方案：本设计采用氧化沟处理工艺，主要包括：进水系统、除砂系统、氧化沟系统、沉淀系统和污泥脱水系统。其工艺流程图如下图1所示。

污水
氧化沟反应池

沉砂池
粗格栅
潜水泵

分离机
潜水搅拌机

污泥回流泵

排泥灌

刮泥机
沉淀池

离心式脱水机

清水排出

污泥脱水

图1 污水工艺流程图
如上图所示，污水由进水系统中的进水管道和潜水泵通过粗格栅和清污机进行初步排除大块杂质物体。在除砂系统中细格栅和清污机进一步净化污水中的细小颗粒物体，将污水中的细小沙粒滤除，并由分离机对沉砂池中的沙粒进行排除后进入氧化沟反应池。在该氧化沟系统中进行生化处理，分解污水中的有害物质，此环节用到一些化学药剂来加强处理效果。同时在该系统中设置有溶解氧仪超声波检测器，通过它对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈到PLC的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。潜水搅拌机的作用是推进水流，使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈搅拌充分混合接触，使生化反应更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。污泥回流泵根据污泥回流泵房内由液位传感器检测到液位，进行运行或停止，将剩余的污泥及使用过的污泥进行处理。经处理的污水进入沉淀池中，在刮泥机的作用下进行物理沉淀。污水经沉淀池处理最后到达脱水环节，离心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水。
3、进度安排
第1-2周 及时完成外文翻译工作，英文文献不少于20000字符；
第3周 对城市污水处理做详细的需求分析，掌握污水处理工艺，提出污水处理系统的总体方案；
第4-5周 学习PLC指令的编程，进行PLC设备选型及其扩展，并包括水泵、电机等型号的选定；
第6-7周 设计污水处理系统的输入检测环节，根据污水处理工艺过程，完成控制系统控制流程设计；
第8-9周 根据系统控制流程及相关工艺，绘制程序流程图，编写程序，利用PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN，得出梯形图程序，要求手动与自动控制；
第10-11周 设计控制系统操作与显示接口，利用MCGS软件设计界面；
第12-13周 绘制污水处理系统的电气硬件电路，图纸规范，并不少于三张；
第14-15周 根据武汉理工大学毕业设计工作管理办法，完成论文的撰写工作，制作演示PPT，做好答辩准备工作。
4、指导教师意见

指导教师签名：
年 月 日

武汉理工大学毕业设计（论文）
目录

摘要 I
Abstract II
绪论 1
1 系统总体方案设计 4
1.1 系统主要组成部分 4
1.2 系统工作原理 5
2 系统硬件设计 7
2.1 PLC的I/O配置 7
2.1.1 数字量输入输出部分 7
2.1.2 模拟量输入输出部分 8
2.2 设备和器件的选型 9
2.3 硬件电路 12
2.3.1 主电路 13
2.3.2 PLC及扩展 13
2.3.3 PLC输入回路 14
2.3.4 PLC输出回路 14
3 系统软件设计 16
3.1 系统控制信号 16
3.1.1 输入信号 16
3.1.2 输出信号 17
3.2 系统总体控制 17
3.3 系统手动控制 17
3.4 系统自动控制 18
3.4.1 粗格栅系统 19
3.4.2 细格栅系统 20
3.4.3 潜水泵系统 21
3.4.4 曝气系统 22
3.4.5 污泥回流系统 23
3.4.6 污泥脱水系统 25
3.5 软元件的定义 26
3.6 PLC梯形图程序 28
3.7 PLC和变频器通讯 29
4 系统的MCGS组态 31
4.1 软件简介 31
4.2 系统组态界面设计 32
4.3 MCGS与PLC设备的连接控制 34
结束语 37
致谢 38
参考文献 39
附录 污水处理硬件连线图 40

武汉理工大学毕业设计（论文）
摘要

世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程序的环境污染。污水也是造成环境污染的来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。
本文详细介绍了一种基于PLC的污水处理控制系统。本系统采用的是氧化沟法污水处理工艺，氧化沟法是活性污泥法的一种变形，属于低负荷、延时曝气活性污泥法。
文章首先介绍了本课题的目的和意义及国内外污水处理自控系统的发展状况，污水处理控制系统的工艺及相关流程，控制系统的总体方案设计，系统硬件结构及设计、工作原理以及系统软件PLC梯形图程序编写，来说明PLC在污水处理过程中的应用。先根据污水处理工艺要求设计了设备的电气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、信号采集等，最后按照工艺要求设计PLC控制系统，其中包括PLC的选型、系统资源配置以及PLC程序的编写。
最后，本次设计还利用MCGS组态软件，设计了一个反映污水处理工艺流程的显示系统。

关键词： 污水处理 氧化沟法 PLC

Abstract
Economic development of any country in the world, will promote social progress and to promote industrial and agricultural production capacity and further improve people's lives, but also will bring a different program of environmental pollution. Sewage also contributed to one of the sources of environmental pollution. Attracted the attention of the governments of the world's pollution sources, water pollution environmental topics to be included in the work schedule of the World Environmental Organization.
This thesis describes a sewage treatment control system based on PLC. The system uses the oxidation ditch sewage treatment process, oxidation ditch is a deformation of the activated sludge process, a low load, extended aeration activated sludge process.
The thesis first introduces the purpose and significance of this topic, the state of development of the automatic control system at home and abroad sewage treatment, sewage treatment process control system and related processes, the overall control system design, system hardware architecture and design, working principle and system software PLC ladder programming, to illustrate the application of PLC in the sewage treatment process. First design of electrical control and automatic control circuit according to the sewage treatment process requirements, including start and stop equipment, status signal fault signal, the signal acquisition, the final design of PLC control system in accordance with the process requirements, including the selection of the PLC, the system allocation of resources, as well as the preparation of the PLC program.
Finally, this design use the MCGS configuration software, and designs a reflection of the display system of the sewage treatment process.

Key Words：Sewage treatment Oxidation Ditch PLC

II
绪论

1）课题目的及意义
我国是一个水资源匮乏的国家，而且时空分布上极不均匀，许多地区和城市严重缺水。与此同时，在我国大部分城市和地区，本已极为有限的水资源还受到水质恶化和水生态系统破坏的严重威胁。尤其伴随着城市化和工业化进程的加速，需水量和污染物排放量迅速增长，水危机不仅会长期存在，而且有迅速加剧的趋势。水资源短缺和水环境污染造成的水危机已经成为我国社会经济发展的重要制约因素。国内外水环境恢复与再生的实践表明，污水深度处理与再利用是通向健康水循环的桥梁，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。
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。
2）国外发展状况
国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力，进行水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。国外污水处理自控系统主要存在以下几个特点：
（1）采用集散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS。按照厂区的自身情况和工艺段来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以是上下级关系，站与站之间一般独立运行。设立中控室，中控室有操作员和工程师站，负责全厂的数据管理与记录、报表等工作。
（2）采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实行实时监测，并由上位机记录下来，提高了测量精度。
（3）生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动地调整相应的控制方式。
（4）大量采用遥测、遥控设备，并开始有效地利用社会信息资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。
3）国内发展状况
解放初期，我国由于工农业生产刚刚起步，当时的污水污染程度很低，且提倡利用污水进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利用作为经验进行推广，全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂在处理工艺有的还是一级处理，处理的规模也很小，致使污水处理技术和管理水平处于较落后的状态。
与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表，实行集中巡检；八十年代应用分析仪表和DCS系统；至九十年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建设投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大的提高。从国外引进污水厂的自动控制系统已经广泛采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺，新设备大量出现并得到应用。可以说我国污水处理自动化的现状是：手动与自动皆备，自制和引用并举。可以看出我国的污水处理自控系统有以下特点：
（1）对于新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统，手动与自动并存的控制方式。
（2）国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在线仪表，但是由于进口仪表价格昂贵，所以应用并不是很广泛。
（3）各个控制站之间完全独立，没有信息的交换。并且各个控制单元由于其内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制和逻辑控制。
通过对比，不难看出整体上和国外相比我国污水的自控系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。
4）设计的主要内容和预期目标
本设计的主要内容是：了解污水处理的工艺方法，确定采用其中一种处理工艺（氧化沟法），根据其工艺要求及相关流程，选定设备的具体型号，设计系统的硬件连线图和PLC梯形图程序，从而完成整个污水处理系统的设计。
所要完成的任务和预期目标：
（1）设计能够实现污水处理的氧化沟系统方案。
（2）利用AutoCAD，绘制污水处理系统的电气硬件连线图。
（3）根据控制流程图，完成系统的PLC梯形图程序。
（4）设计控制系统操作与显示接口，利用MCGS组态软件设计界面。
5）论文结构
根据以上的主要内容和预期目标，本次设计论文通过以下几个方面进行阐述污水控制系统：
（1）绪论。主要概述课题的目的和意义，已及国内外的发展现状。
（2）第一章 系统总体方案设计。介绍氧化沟系统的组成部分、工作原理和工作基本过程。
（3）第二章 系统硬件设计。主要介绍PLC的I/O配置、设备选型和硬件电路连线图。
（4）第三章 系统软件设计。介绍手动自动控制流程和梯形图程序。
（5）第四章 系统的MCGS组态。设计系统的组态界面和MCGS与PLC设备的连接控制。
（6）结束语。对本设计进行总结，并提出需要解决的问题和注意的方面。

1 系统总体方案设计
1.1 系统主要组成部分
工业污水处理系统的结构比较复杂，设备较多，在氧化沟中其控制过程及原理大致相同，都是通过控制曝气机的转速来调节污水中的含氧量，其基本组成如图1-1所示。
污泥脱水系统
沉淀系统
氧化沟系统
除砂系统
进水系统

图1-1 污水处理系统基本组成示意图
1）进水系统。进水系统主要有进水管道和进水泵房组成，进水管道主要由粗格栅机和清污机组成，进水泵房主要有两台潜水泵组成。进水管道的主要功能是将污水中的大块物体排除，其中的粗格栅是根据程序设定的时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止是根据粗格栅两侧的液位差来决定的，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行。进水泵房中的潜水泵运行及停止是通过安装在泵房内的液位传感器来决定的，当液位较低时只启动一台潜水泵，当液位较高时启动两台潜水泵，若液位持续升高时，则输出报警以示意有故障发生。
2）除砂系统。除砂系统主要由细格栅系统和沉砂池组成，细格栅系统是由细格栅机和清污机组成，沉砂池的主要设备是分离机。细格栅系统的主要功能是进一步净化污水中的颗粒物体，将污水中细小的沙粒滤除，其中的细格栅机是根据程序设定时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止则根据细格栅两侧的液位差来决定，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行，这和粗格栅系统的运行方式一致。沉砂池中分离机的运行和后续处理中的转碟曝气机的运行同步，即启动转碟曝气机的时候同时启动分离机，对沉砂池中的沙粒进行排除。
3）氧化沟系统。氧化沟系统由氧化沟和污泥回流系统构成，氧化沟是污水处理系统中最重要的环节，因此控制量较多，控制过程较复杂，包括转碟曝气机和潜水搅拌机，污泥回流系统主要有污泥回流泵构成。氧化沟的功能是对污水进行生化处理，分解污水中的有害物质，使其达到一定的水质标准，其中，转碟曝气机是关键设备，在氧化沟中设置有溶解氧仪对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈到PLC的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。潜水搅拌机的作用是推进水流，同时使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈的搅拌状态，使他们充分混合接触。使活性污泥的生化反应更加充分，这样才能最大程度地分解污水中的有害成分。污泥回流系统的污泥回流泵将剩余的污泥及使用过的污泥进行处理，该设备的运行与停止主要根据泵房内液位传感器的状态，当液位低于某个值时停止回流泵的运行；当液位持续高于某个高位时，回流泵停止运行同时输出报警信号；液位处于正常状态时，回流泵正常运行。
4）沉淀系统。沉淀系统主要设备为刮泥机，其功能是对进行氧化沟处理后的污水进行物理沉淀，将污泥和清水分离，刮泥机在整个系统启动后就开始持续运行。
5）污泥脱水系统。污泥脱水系统主要包括离心式脱水机，其主要功能是对氧化池中处理过污水的活性污泥进行脱水处理，由于对污水进行处理后，活性污泥中有新的微生物及其他杂质，因此需要先对活性污泥添加一定量的药物，便于污泥脱水。离心式脱水机主要有聚合物泵、污泥机和切割机构成，以上设备按照顺序控制的方式启动，依次启动聚合物泵、污泥机和切割机，完成对污泥的脱水处理。
1.2 系统工作原理
污水处理系统的电气控制系统总框图如图1-2所示，PLC为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。
操作面板
执行设备

PLC

传感器输入

模拟量输入
变频器

图1-2 电气控制系统总体框图
在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停控制，其工作过程如下。
1）接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。
2）运行粗、细格栅机，间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环进行。
3）根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行与停止。
4）进水泵房中的潜水泵根据液面高低进行运行、停止及运行数量的控制。
5）转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行与停止。
6）污泥回流泵的运行与停止根据液面的高低进行控制。
7）在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。
间歇启动粗、细格栅机
根据设定程序时间
启动潜水搅拌机和刮泥机

分离机

同步

氧化沟溶解氧

转碟曝气机
变频器
启动离心式脱水机

反馈
溶解氧仪

采集液位数据

液位传感器
是
停止潜水泵
潜水泵房液面是否低于设定值

P
LC
及其扩展

否

启动潜水泵

采集液位差数据

是
液位差是否
超过设定值

液位差计
启动清污机

否

采集液位数据
停止清污机

是

停止污泥回流泵
液位传感器
污泥回流液面是否低于设定值

否

启动污泥回流泵

图1-3 污水处理系统工作示意图
2 系统硬件设计
以上介绍了污水处理系统的机械结构及其相关设备，根据其工作原理和控制系统的功能要求，本节主要介绍如何设计污水处理系统的控制系统和所需的各种硬件设备，在此控制系统中的核心处理器是PLC，其主要输入和输出量主要为数字量，只有一组模拟量的输入和输出。
2.1 PLC的I/O配置
根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行配置，具体分配如下所示。
2.1.1 数字量输入输出部分
在此控制系统中，所需要的输入量基本上都属于数字量，主要包括各种控制按钮、旋钮、传感器输入及过载保护输入，共有49个数字量输入，如表2-1所示。
表2-1 数字输入量地址分配
输入
地址
输入设备
输入
地址
输入设备
I0.0
急停
I3.1
细格栅液位差计
I0.1
手动方式
I3.2
进水泵房液面高位传感器
I0.2
自动方式
I3.3
进水泵房液面中位传感器
I0.3
自动启动确认
I3.4
进水泵房液面低位传感器
I0.4
手动粗格栅机启动
I3.5
污泥回流泵房液面高位传感器
I0.5
手动1#清污机启动
I3.6
污泥回流泵房液面低位传感器
I0.6
手动1#潜水泵启动
I3.7
粗格栅机过载
I0.7
手动2#潜水泵启动
I4.0
细格栅机过载
I1.0
手动细格栅机启动
I4.1
1#清污机过载
I1.1
手动2#清污机启动
I4.2
2#清污机过载
I1.2
手动分离机启动
I4.3
1#潜水泵过载
I1.3
手动1#转碟曝气机工频正转启动
I4.4
2#潜水泵过载
I1.4
手动2#转碟曝气机工频正转启动
I4.5
1#转碟曝气机过载
I1.5
手动1#转碟曝气机变频启动
I4.6
2#转碟曝气机过载
I1.6
手动2#转碟曝气机变频启动
I4.7
分离机过载
I1.7
手动潜水搅拌机启动
I5.0
潜水搅拌机过载
I2.0
手动刮泥机启动
I5.1
污泥回流泵过载

续表2-1
输入
地址
输入设备
输入
地址
输入设备
I2.1
手动污泥回流泵启动
I5.2
刮泥机过载
I2.2
手动离心式脱水机启动
I5.3
离心式脱水机过载
I2.3
手动聚合物泵启动
I5.4
聚合物泵过载
I2.4
手动污泥机启动
I5.5
污泥机过载
I2.5
手动切割机启动
I5.6
切割机过载
I2.6
手动转碟曝气机加速
I5.7
手动1#转碟曝气机工频反转
启动
I2.7
手动转碟曝气机减速
I6.0
手动2#转碟曝气机工频反转
启动
I3.0
粗格栅液位差计

在这个控制系统中，主要输出控制的设备有各种接触器、报警和指示灯，共有24个输出点，其具体分配，如表2-2所示。
表2-2 数字输出量地址分配
输出地址
输出设备
输出地址
输出设备
Q0.0
粗格栅机接触器
Q1.4
刮泥机接触器
Q0.1
1#清污机接触器
Q1.5
污泥回流泵接触器
Q0.2
1#潜水泵接触器
Q1.6
离心式脱水机接触器
Q0.3
2#潜水泵接触器
Q1.7
聚合物泵接触器
Q0.4
细格栅机接触器
Q2.0
污泥机接触器
Q0.5
2#清污机接触器
Q2.1
潜水泵房报警
Q0.6
分离机接触器
Q2.2
污泥回流泵房报警
Q0.7
1#转碟曝气机工频正转接触器
Q2.3
手动方式指示灯
Q1.0
2#转碟曝气机工频正转接触器
Q2.4
自动方式指示灯
Q1.1
1#转碟曝气机变频接触器
Q2.5
1#转碟曝气机工频反转接触器
Q1.2
2#转碟曝气机变频接触器
Q2.6
2#转碟曝气机工频反转接触器
Q1.3
潜水搅拌机接触器
Q2.7
切割机接触器
2.1.2 模拟量输入输出部分
由于需要采集一个溶解氧仪所反馈的数据，因此扩展了一个模拟量输入输出模块，具体I/O分配，如表2-3所示。
表2-3 模拟量输入地址分配
输入地址
输入设备
AIW0
溶解氧仪
在此控制系统中，需要将采集回来的模拟量进行数据处理，然后，通过模拟输出口对变频器进行控制，进而控制其他设备的运行，如表2-4所示。
表2-4 模拟量输地址分配
输出地址
输出设备
AQW0
经运算输出
2.2 设备和器件的选型
1）PLC及扩展模块。根据污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等方面来考虑，选择西门子S7—200系列PLC作为污水处理系统的电气控制系统的控制主机。由于污水处理电气控制系统涉及较多的输入输出端口，其控制过程相对复杂，因此采用CPU226作为该控制系统的主机。
CPU226在污水处理系统中使用的数字量输入点和输出点都比较多，因此除了PLC主机自带的I/O外，还需要扩展一定数量的I/O扩展模块。由于本系统总共有49个数字输入量和24个数字输出量，CPU226具有24个输入点和16个输出点，因此采用4个EM223输入/输出混合扩展模块，8点DC输入8点输出型，可以满足控制系统的I/O需求。
在该系统中，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此需要在扩展一个模拟量输入输出扩展模块。西门子公司专门为S7—200系列PLC配置了模拟量输入输出模块EM235，该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力，可满足控制系统的功能要求。
2）变频器。该系统选用的变频器是西门子MM430变频器，它是一种风机水泵负载专用变频器，能适用于各种变速驱动系统，尤其是适用于工业部门的水泵和风机。该型变频器，具有能源利用率高的特点，优化了部分结构与功能，便于工作人员进行操作，实现功能强。它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。
在此控制系统中，需要对变频器进行通信控制，因此需先对变频器的参数进行设置，主要对一下几个参数进行调整，如表2-5所示。

表2-5 变频器参数设置表
参数号
参数值
说明
P0005
21
显示实际频率
P0700
2
由端子排输入
P1000
2
模拟输入
P1300
2
可用于可变转矩负载
P2010
6
9600baud
P2011
1
USS地址
P0300
根据具体电动机设置
电动机类型
P0304
根据具体电动机设置
电动机额定电压
P0305
根据具体电动机设置
电动机额定电流
P0310
根据具体电动机设置
电动机额定频率
P0311
根据具体电动机设置
电动机额定转速
对于此系统中的变频器，在进行手动调试时采用通信控制，因此需要将变频器的参数进行重新设置，通过对已编址的变频器发送控制命令，实现对变频器的控制，即将表2-5所示中的P0700和P1000的参数值都改为5，就可进行通信控制；在自动控制方式下，通过改变变频器的参数值，实现变频器的模拟控制，即如表2-5所示。在此系统中，只是用了一个变频器，因此控制变频器的地址为1。
3）各种电机和泵。格栅机型号选用WL-GS300-1500，标准沟深为1535 mm，粗格栅栅隙：22 mm，细格栅栅隙：6 mm。清污机型号选用回转齿耙式清污机，清污刮板传动装置宜采用回转式输送链。潜水泵型号选用WQ30-20-3，流量：30 m3/h，扬程：20 m，功率：3 kw，额定电压：380 V，同步转速3000 r/min。转碟曝气机型号选用YHG1800-A，经济转速：50 rpm，转碟直径：1800 mm，浸没水深：680 mm。潜水搅拌机型号选用QJB，最高介质温度不超过40℃，介质的PH值在5-9间，长期潜水运行，潜水深度一般不超过20 m。污泥回流泵型号选用0JB—W15，电机功率：15 kw，额定电流：41 A，叶轮直径：400 mm。刮泥机型号选用ZBG周边传动刮吸泥机，周边线速度：2.5 m/min，单边功率：0.37 kw，排泥管径：300 mm，处理水量：283 m3/h。离心式脱水机型号选用SX系列三足式，转速：1000 r/min，电机功率：11 kw，分离因数：560 Fr，工作容积：140 L。
4）溶解氧仪。用于测量锅炉给水、蒸汽、超纯水、凝结水、除氧剂出口，以及工厂使用氧气处理化学过程中的含氧量，并根据设定值进行给养控制，其输出信号主要有两种形式：4~20 mA或0~20 mA（电流形式），0~5 V或1~5 V DC（电压形式）。在此控制系统中，采用溶解氧仪的电流输出信号，将其通过PLC的扩展模块送入PLC主机进行处理。
本次选用PH/溶解氧测量仪型号：SA29-MP525。测量范围：pH：（-1.999~19.999）pH mV：±1999.9 mV，溶解氧：（0~40.00）mg/L(ppm)；（0~200.0）% 温度：（-10~110）℃精确度：pH：±0.002 pH mV：±0.03% FS 溶解氧：±0.10 mg/L 温度：±0.4 ℃，自动温度补偿：pH：（0~100）℃ 溶解氧：（0~45）℃，其他参数：数据储存：900组，通讯接口：RS232，电源：DC9V/300mA。其特点是高精度的pH+溶解氧双参数仪表。配用2503型pH电极，可用于离子强度较低、浑浊液体和胶体溶液的测量。可设定高纯水和加氨纯水二种特殊的pH测量模式，适合电力、石化等行业使用。新型的溶氧电极有盐度测试功能，自动实现盐度补偿和温度补偿；仪器内置气压传感器，自动实现气压补偿。极谱型溶氧电极，极化时间短，响应快，测量准确。
5）各类按钮。在这个控制系统的自动操作中，采用三种机械按钮，控制污水处理系统的启动和停止，手动/自动按钮使用旋钮，即旋到一边接通，旋到另外一边就断开；自动启动按钮采用触点触发式按钮；急停按钮使用旋转复位按钮，按下后系统停止，旋转后自动弹起复位。
在手动控制状态时，对于每个设备都对应设置一组按钮，采用触点触发式按钮，即按下接通，松开复位。
6）液位传感器和液位差计。在进水泵房和污泥回流泵房都要