基于PLC的污水处理系统设计

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一、摘要

  近年来，随着科技的不断发展和人民生活水平的提高，当今社会受到污水污染环境的问题越来越严重，工业污水和居民污水治理已经刻不容缓，为此，世界各国都在为解决污水处理问题上投入了大量的金钱和人力。随着当前高新技术的不断发展和完善，人们迫切希望找到一种高效快捷的方法来对污水进行系统的处理。为此PLC以其编程简单、成本低等特点受到了各国研究人员的青睐。本课题首先针对国内外污水处理现状进行了解，并从中找到适合本次设计的方法，本文主要设计思路首先是通过对系统的硬件设计与选型，确定好系统中设备的I/O分配，通过设备功能设计出系统中的程序。本次设计的程序有自动排污程序、手动排污程序和报警指示程序。利用STEP7-MicroWINSMART软件，编写污水处理系统中所设计的程序。并将所设计的程序编译并保存为awl文件，并将该文件通过S7-200仿真软件进行程序的模拟运行，查看程序设计是否正确。最后利用组态王软件去建立出污水处理系统的实物动态模拟系统，并模拟出污水处理系统完整的去污过程。

关键词：PLC；组态王；污水处理系统

二、绪论

  我国水资源人均占有量相对世界平均水平较低，水资源地域分布不平衡。且随着中国经济和人民生活标准的稳步提升，中国城市化、工业化正以难与想象的速度与日剧增，工业和城市居民对水资源的需求量也日益增大。因为工业科技迅猛发展和大量农村人员进入城市，导致城市人口增加迅速，城市人口容纳量达到了峰值且因为人民对水资源没有合理的利用和保护，使得城市的生活用水因为工业废水和居民缺乏环保意识造成了极大的污染，使得当前城市用水已经远远不能满足于当前城市人口的用水量，同时也因为没有完善的污水处理系统，导致了大量的生活污水被随意排泄到城市周边，从而影响了周边的生态环境，造成土地酸碱度过高、湖泊中大量生物死亡，已经严重危险到了我们赖以生存的环境。所以目前人们迫切希望通过当前高新技术的研究与设计，从而实现对工业生产废水及生活污水的循环再利用，即而达到对节约用水和减少水资源开采的合理规划，使得人们的健康和生命安全得到了保障。为此，科研人员通过当今先进技术设计出了针对水资源污水处理的系统设计，使得人们摆脱当前水资源因污染而缺乏的困境。

二、污水处理系统的硬件设计

1 污水处理的过程和设备控制过程

1.1 污水处理的过程

  本文是基于SBR污水处理工艺所设计的，按照“进水、反应、沉淀、排水”这四大步骤而进行的污水处理措施。从污水流入开始到排水结束算一个周期[8]。其基本操作运行过程如下图3.1所示。

图3.1SBR工艺流程图
（1）进水：当进水阀门打开，污水会通过污水池排除较大的杂质，而较小的杂质将通过水泵来进行排除，经过以上步骤后，污水才进入到SBR池中。
（2）反应：设定污水在SBR池中的进水液位高度，当污水到达其限定高度后，将入口阀门关闭。罗茨风机、潜水搅拌机和回流污泥泵同时开机。
（3）沉淀：当上述工作完成后，将同时停用潜式搅拌机和回流污泥泵，并进行沉降。并将泥浆和水分分开。
（4）排水：SBR槽内的污泥和污水在SBR槽中完全分开，然后用滗水器将SBR池上方的污水排放出去。而底部存在的污泥在滗水器停止运行后，排到储泥池中。

1.2 设备控制过程

  本文以SBR池中的设备工作情况为例对污水处理的工作流程进行说明：（1）系统刚开始运行时，这时可以先设置好SBR池中系统开始进水时间，设置为两个小时。此时，电控蝶阀对进水进行了调节，风扇进入了曝气状态，并启动了回流水泵。
（2）在进入预定的入水量后，电动蝶阀及污泥回流泵将会停止运行，而风机继续工作。当其达到设定的六个小时的曝气时间后，风机将停止工作。
（3）当风机停止运行时，这时系统处于静置状态。当SBR池静置时间完成后，污水中的污泥沉降到底部，这时通过滗水器将上层中与污泥分开的污水排出。当上层排水结束后，并将污泥清除。将污泥清除干净后就完成了此次清理污水的工作。

2 PLC接线连接图

  根据选择设备的I/O分配表，从而设计出PLC的接线连接图，如下图3.2所示。

图3.2污水处理系统的PLC接线连接图

三、污水处理系统的软件设计

1 PLC的程序设计流程图

  污水处理系统采用的SBR法处理工艺一个完整的操作过程有五个时期，分别是进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期、闲置期[14]。根据这五个时期的运行先后过程从而具体了SBR池的一个周期的流程图。如下图4.1所示。

图4.1SBR池流程图

2 PLC的程序

4.3 仿真软件的运用

  首先，将STEP7-Micro/WINSMART软件中编好的程序进行编译，并将文件导出，导出的格式为awl文件格式，并将导出的文件命名为污水处理系统程序，如下图4.2所示。

图4.2导出并命名文件
其次是对S7-200仿真软件的安装与运行，它的运行界面如图4.3所示。点击界面中“配置”字样，在其中选择符合设计要求的CPU，如图4.4所示。

图4.3仿真软件界面

图4.4仿真软件中CPU选型
  接下来是点击“载入程序”字样，从桌面中找到保存的污水处理系统的awl文件，并将其运用到仿真软件去，其操作过程如图4.5、4.6和4.7所示。

图4.5载入程序按钮图

图4.6查找程序图

图4.7载入程序图
最后将装入程序进行仿真，找到状态栏的绿色三角形按钮，点击按钮使得程序正常运行如下图4.8所示

图4.8仿真程序载入并运行

总结

   本次毕业设计是基于西门子S7-200PLC所做的污水处理系统设计，根据系统的设计要求，本文从系统的硬件入手，确定了设备的I/O分配，并通过其I\O分配设计出了系统的程序。并在PLC仿真软件上对所设计程序进行了运行分析。同时运用了组态王对所设计的污水处理系统进行了仿真，使设计系统具有了可操作性。
   在这次的毕业设计中，我学习到了很多，将老师传授的知识充分的运用到自己的毕业设计，让自己的思维和操作都得到了较大的提升。在论文设计思路方面，我听从老师的建议，阅读了很多和自己毕业设计相关的参考文献，并通过此找到了自己论文的设计思路。通过对系统的设计与仿真中所经历的种种困难，使我更加明白自己的专业知识对自己今后工作的重要性。
   本次设计我发现了自己的很多不足之处，如对设计中控制对象的实现考虑的不是很充分，导致自己在程序设计方面未能完整的实现控制要求，同时对组态王软件的运用也不太熟悉，我希望自己在接下来的工作中得到改善。

目 录

目录
1 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 选题的国内外发展现状 1
1.2.1 国内发展现状 1
1.2.2 国外发展现状 1
1.3 选题的研究目的与意义 2
1.3.1 研究目的 2
1.3.2 研究意义 3
2 PLC简介 4
2.1 PLC的组成 4
2.2 PLC的特点 4
2.3 PLC的运用领域和工作原理 5
2.3.1 PLC的运用领域 5
2.3.2 PLC的工作原理 6
2.4 PLC控制系统的设计原则和设计步骤 6
2.4.1 设计原则 6
2.4.2 设计步骤 7
3 污水处理系统的硬件设计 9
3.1 污水处理的过程和设备控制过程 9
3.1.1 污水处理的过程 9
3.1.2 设备控制过程 9
3.2 污水处理控制系统的PLC选型和I/O分配 10
3.2.1 PLC的选型 10
3.2.2 PLCI/0分配 10
3.3 污水处理系统的器件选型 10
3.4 PLC接线连接图 12
4 污水处理系统的软件设计 13
4.1 PLC的程序设计流程图 13
4.2 PLC的程序 13
4.3 仿真软件的运用 16
4.4 仿真运行结果与分析 19
5 组态王的仿真与模拟 22
5.1 组态王软件 22
5.2 组态软件与PLC的通信设置 22
5.3 变量和数据的定义 27
5.4 数据采集的实现 28
5.5 污水处理控制系统监控程序 29
结论 30
参考文献 31
致谢 32