基于PLC的污水处理控制系统设计

第一章绪论1.1研究背景及意义污水处理是保护环境和人类健康的重要环节，在城市化进程中尤为重要。然而，传统的污水处理方法存在人工操作繁琐、控制不准确等问题，无法满足现代社会对环境保护和资源利用的要求。因此，开发一种基于PLC的污水处理控制系统成为了当前重要的研究方向。PLC作为一种高性能、可编程、可靠性高的控制器，已经广泛应用于各个工业领域。通过PLC控制，可以实现对污水处理过程的整体控制，监测各个参数，调整处理工艺，提高处理效率和准确度。因此，基于PLC的污水处理控制系统设计具有重要的科学意义和实际应用价值。在国外，已经有许多研究致力于基于PLC的污水处理控制系统的开发。这些研究主要集中在控制策略的设计和优化、系统的硬件设计和软件开发等方面。并且，已经取得了一定的成果和应用。然而，在国内，相对于国外研究的进展，相关研究还相对较少。因此，开展基于PLC的污水处理控制系统的研究具有很大的发展空间和潜力。随着我国人口的不断增长，社会经济的发展，城市生活污水的排放量也不断增大。在这样的大环境下，加强对污水处理系统的研究和开发已迫在眉睫。基于以上背景，本课题详细设计了一款基于PLC的污水处理控制系统。该系统利用PLC实现对污水处理设备的自动运行，具有高度的智能化和可控性。当污水处理设备发生故障时，系统能够自动报警，确保设备的安全运行。通过研究本文，可以为污水处理行业提供一种先进的控制技术和解决方案，改善传统的污水处理方式，实现对处理过程的全面控制和监测，并最大限度地减少对人工操作的依赖。同时，本论文的研究结果还可以为污水处理控制系统的设计和应用提供参考，并为相关领域的进一步研究提供技术支持。总之，本论文的研究具有重要的理论和应用价值，对于促进环境保护和可持续发展具有积极的推动作用。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状在国外的研究中，控制策略的设计和优化是一个重要的方向。研究人员通过对污水处理过程的深入分析和模拟，将不同的控制算法应用于控制系统中。例如，PID控制算法常被使用于调节进水流量、搅拌池搅拌速度和曝气量等参数。此外，模糊控制算法和神经网络控制算法也被引入用于处理换向阀和气体输送管道等特定的控制任务。这些控制策略的设计和优化旨在最大限度地提升污水处理的效率和准确性[1]。另外一个研究方向是系统的硬件设计和软件开发。研究人员设计了基于PLC的污水处理控制系统的硬件结构，并选择适合的传感器和执行器来完成测量和控制任务。针对不同的处理工艺，研究人员还开发了各种控制模块和程序。例如，针对生物处理过程，研究人员开发了自适应的监测和控制系统，通过实时监测污水处理的关键参数，调整控制参数以实现最佳的处理效果[2]。另一方面，研究人员还关注污水处理系统的可靠性和故障诊断。他们通过引入冗余设计和安全措施，提高了系统的稳定性和鲁棒性。此外，他们还开发了故障检测和诊断方法，以实现对污水处理系统故障的自动检测和修复。这些方法利用智能算法和专家系统进行判断和决策，使得系统在出现故障时能够自动切换到备用设备或报警[3]。在实际应用方面，一些国外的研究人员已经将基于PLC的污水处理控制系统成功应用于实际工程中。这些应用案例证明了基于PLC的系统在提高污水处理效率和准确性方面的巨大潜力。如，德国研究人员开发了一种基于PLC的污水处理系统，实现了对多个水质参数的在线检测和自动控制，使处理效果得到显著提升。另外，美国的研究人员还开发了一种基于PLC的污水处理系统，实现了对多个处理单元的集中监控和控制，减少了人力成本和人工误操作的风险[4]。总的来说，国外的研究已经取得了一些重要的成果，基于PLC的污水处理控制系统在提高处理效率和准确性方面具有广泛应用前景。然而，国外的研究还有一些局限性，例如对特定工艺的控制策略研究较多，对整个系统的综合控制还有待进一步研究。此外，针对不同的处理工艺和环境，研究人员需要进一步提出更加创新的控制算法和策略，以满足不同环境和运营要求的需要。因此，进一步研究和开发基于PLC的污水处理控制系统仍然具有重要的科学和实际意义。1.2.2国内研究现状与欧美等发达国家相比，国内的污水处理控制系统尚处在初级阶段，存在着许多问题。20世纪初，上海东部建成了我国第一个城市污水处理厂，对我国的污水处理技术进行了初步探索，并列入了国家“八五”、“九五”科技攻关项目。二十世纪末期，中国的污水处理业发展速度已经超越了国际上的平均水平，国有企业通过与外资合资、引进技术等方式，逐步形成了一个个具有一定规模的污水处理线。2006年，明平松等人提出了一种将逻辑控制与阻塞控制相结合的污水处理系统控制方法，可以使其工作性能得到改善，并使其工作效率得到提高[5]。2014年，北京工学院王伟贤团队提出了一种基于群体遗传的范例推理回归算法，它可以从某种意义上解决DO（含氧量）的软计量问题，为污水处理过程的智能化监控开辟了新途径[6]。经过三十多年的发展，国内的污水处理技术在吸取欧美等发达国家的技术积累下，逐步形成了自己的工艺，但是，与国外同期相比，国内的技术水平还很落后，自动化、信息化管理水平还不够高，主要是靠人工操作，对电子控制柜、控制设备的要求更高，而且效率低下、能源消耗大、维护成本高。在我国，随着自动化技术的迅速发展，许多污水处理装置已开始使用PLC进行控制，而现场总线技术已逐渐应用于工业生产中。随着我国污水处理技术的不断发展，其技术和电子技术也日趋成熟，但在实际应用中，由于技术水平尚不高，实践经验不足[7]。因此，研究高效、可靠、经济的污水处理控制系统越来越受到人们的重视。1.3课题设计的内容本论文主要针对基于PLC的污水处理控制系统进行设计和研究。在研究背景和意义部分，对于污水处理的重要性和自动化控制的优势进行了阐述。在国内外研究现状部分，对国外和国内的研究情况进行了概述，指出国外的研究已经取得了一些重要的成果，但还存在一些局限性。接着，介绍了论文的课题设计内容，即污水处理控制系统的总体设计、硬件设计和软件设计。在总体设计部分，讨论了系统的结构组成和工艺流程。在硬件设计部分，包括PLC选型、传感器选型、变频器选型、电动机选型和电路图设计，涵盖了各个关键部件和系统的电气连接。在软件设计部分，介绍了编程软件概述、程序流程图设计、PLC梯形图设计和组态界面设计，详细描述了系统的逻辑控制和人机界面。最后，在总结部分对整个论文进行了归纳和总结，强调了该研究对于提高污水处理效率和准确性的重要性。整个论文内容涵盖了污水处理控制系统设计的方方面面，为实际工程应用提供了重要的指导和理论支持。第二章污水处理控制系统总体设计2.1结构组成本课题设计的污水处理控制系统包括上位机系统、下位机系统和远程控制部分三个主要模块。这些模块分别具有不同的功能和特点，共同协作完成对污水处理装置的监测、控制和远程操作。首先，上位机系统作为整个污水处理控制系统的核心，能够实时监测被监视装置的全过程，并以图像方式进行可视化显示。通过对装置操作参数的记录，系统可以对参数的变化趋势进行分析，为后续的管理决策提供依据。此外，上位机系统能够对可能出现的故障进行预警，并采用先进的管理策略来执行相关操作。通过对整个污水处理过程的实时监测和分析，上位机系统能够提高污水处理的效率和质量，保证系统的稳定运行。其次，下位机系统主要负责数据的采集和逻辑控制。根据实际情况和管理需求，下位机系统可以启动或停止被监测的装置，以达到预期的管理效果。通过对污水处理装置的实时监测和控制，下位机系统能够根据不同情况调整操作参数，保证装置的运行在最佳状态下。最后，远程控制系统则通过手机、短信等方式实现对现场的远程监测和操作。由于污水处理装置常常布置在距离远、无人值守的场地，远程控制系统允许用户通过手机或短信等方式实时传输数据，并能远程操作污水处理装置。这样，即使在远离现场的情况下，用户也可以随时了解装置的运行状态并采取相应的控制措施。通过远程控制系统，用户可以及时监测和调整污水处理装置的运行，提高对水资源的利用效率，降低对环境的影响。本课题设计的污水处理控制系统总体结构如下图2-1所示。图2-1系统结构图该系统在工作时，将各传感器的电子参数和数据先输入到控制器，然后通过转换界面进行数据和变量的显示，并在通讯信道上进行信息传输和显示，并在出现故障时报警。2.2工艺流程本课题设计的污水处理控制系统的工艺流程包括以下几个步骤：首先，污水通过进水管道进入初次沉淀池，固体颗粒沉淀到污泥池底部。然后，上清液通过出水管道进入接触氧化池，在此处进行生物降解和氧化处理，以去除有机物质。接着，经过二次沉淀，污水中的悬浮颗粒被去除，清水流向沉淀池。在沉淀池中，再次进行沉淀和过滤处理，以去除残留的固体颗粒。最后，经过消毒处理后的清水被排入外部环境。该工艺流程通过一系列的化学反应、生物降解和物理过滤，有效去除了污水中的有机物质和固体颗粒，使污水得到了有效处理并达到排放标准[8]。其具体工艺流程如图2-2所示。图2-2污水处理工艺流程（1）污水预处理环节污水处理控制系统中的污水预处理环节是为了优化污水的处理效果和减轻后续处理工艺的负担。首先，污水经过进水管道进入格栅，通过物理筛分去除大颗粒杂质和固体废物。接下来，污水进入砂沉淀池，通过减速和重力作用，使较重的悬浮物质沉淀到污泥池底部，从而去除污水中的沙砾等杂质。然后，污水通过细菌过滤池进行生物降解处理，细菌通过吸附作用分解有机物质。此外，还可以加入化学药剂进行沉淀和氧化处理，以增强污水的净化效果。污水预处理环节的目的是将污水中的固体废物和颗粒物质去除，减少后续处理的负荷并保护后续设备的运行。通过合理的预处理，可以提高污水处理系统的处理效率和水质净化效果[9]。1）粗格栅污水首先进入粗格栅，其主要作用部分是一列平行的金属栅栏，能有效地阻挡更大的固体杂质。在粗格栅的两边安装了液位差传感器，在粗格栅中截留了大量的固体杂质，使其流动变得不顺畅，且在粗格栅两侧的液位差也会增加，在达到一定范围后，就会启动格栅除污机，以除去被阻挡的污染物。2）污水提升泵站其次是污水提升泵站，其主要功能是将经过粗格栅处理的污水从低位地段提升至高位地段。为了实现自动化控制，污水提升泵站通常配备了液位传感器。这些液位传感器安装在进水管中，能够测量并传送污水的水位信息给控制中心。控制中心根据测量到的水位和设定的水位值进行比较，并根据结果控制提升泵的工作状态。例如，当测量到的水位低于设定的水位值时，控制中心会启动提升泵，将污水提升到高位地段。如果水位超过设定值，控制中心则会停止提升泵的工作。通过液位传感器和控制中心的配合，污水提升泵站可以实现自动控制，从而提高处理效率和运行稳定性。[10]。控制流程如图2-3所示。图2-3粗格栅及提升泵房的控制流程3）细格栅经过粗格栅排放的污水，由升降机输送到细网中，它的金属网间距较小，起到了类似于粗格栅的作用。在细格栅两侧还装有一个水平差测量仪，随着细格栅内固体物质含量的增加，两侧水平差逐渐增大，直至到达某一值时才停止；然后就会开启细格栅去污装置，将细格栅所阻隔的杂质清除，去除后的杂质在细格栅的入口处通过螺旋传送式压榨。4）曝气沉砂池污水中的碎石不可避免地会混有有机物，通过曝气，将碎石和有机物分开，使较纯的碎石沉降；砂、水混合料由桥吸沙器牵引至砂、水力分离器上进行分离。曝气反应既能使泥沙和有机质分离，又能改善水质，起到脱味作用，有助于污水的后期处理[11]。如下图2-4所示。图2-4细格栅及曝气沉砂池的处理流程（2）污水处理环节1）恒水位SBR反应池在常规SBR法的基础上，对SBR法进行了改良，并与常规SBR法进行了比较。对生活污水进行了预处理，然后将其排入恒定水位的

SBR反应器中，进行生化反应。在此基础上，设计了一种新型的生物反应器，并利用双翼式弹性风帆将其分为三个不同体积的区域，分别为：进水控制区、生化反应区和出水稳态。在反应室中设置4个潜式搅拌装置，2个抽水装置，1个淤渣装置，2个恒定水位冲洗装置。在进水区、出水区分别设有2套水下搅动机构。在反应区的入口、出口分别设有一套抽水装置；反应区设有2台恒定水冲洗装置、2台潜流螺旋桨、1台淤渣泵。使用鼓风曝气法对反应器进行曝气，并使用溶解氧传感器、

PH传感器等来监控生化过程[12]。如图2-5所示。图2-5生物反应池流程2）混合反应沉淀池经过生化池的处理，比较干净的处理水进入混合反应沉淀池，向污水中添加

PAM和

PAC，再通过搅拌机进行搅拌，放置，使污水中的胶体沉淀，再通过污泥泵将污泥送入储泥池。3）滤池及接触消毒池过滤和接触消毒池的处理是污水出厂之前的最终步骤，经过加药消毒，过滤，然后由提升泵排出，期间要对出水进行质量检验，保证出水的质量。（3）污泥处理环节在污水处理过程中，会产生大量的污泥，这些污泥大多来自于生化反应池和混合反应沉淀池。污泥是污水中的一种高浓度污染物，为了防止污泥随意排放，对环境造成污染，必须制订一套行之有效的治理措施。污泥的处置能够充分利用现有的物料，对有害物质进行合理的处理，从而达到对环境友好的污水处理和防止交叉污染的目的[13]。沉淀污泥是在污水处理后产生的含固体颗粒的污泥，需要进行进一步处理，处理后的污泥为泥饼状，含水量较低后才能运输出污水处理厂。首先用淤渣水泵将沉渣输送到淤渣槽中。在该工艺中，设置了一个污泥浓度感测器和一个液位传感器来探测出污泥的密度和液位传感器。在淤泥罐内的水位上升到某一程度后，系统将开始对淤泥进行浓缩。浓缩器的功能是除去淤泥中的水，使淤泥中的固含量增加。经过集中处理的淤渣将经由搅拌槽的电动刀闸阀门流入搅拌槽。在均化槽内，将对淤泥进行药剂添加。针对淤泥的药剂添加，在搅拌槽中设置了一套石灰药剂添加设备。石灰的加药可以调整污泥的酸碱度，从而改善其结构和性质。此外，还会进行FeCl3和PAM的加药处理。FeCl3和PAM可以增加污泥的凝聚性，促使其固体颗粒的结合，从而便于后续的脱水处理。经过加药处理的污泥会被低压螺杆泵进行输送。低压螺杆泵具有较低的工作压力，能够将污泥稳定地输送至下一个处理环节。污泥在输送过程中不断与加药剂混合，确保加药均匀。脱水后的污泥可以有效减少体积和重量，便于后续的处理和运输。最后，经过脱水处理的污泥将被运送出污水处理厂。由于其含水量较低，污泥呈现泥饼状，运输和处置更加便捷。这一系列的处理过程能够最大程度地减少污泥中的水分，使其更易于处理和处理后的利用。第三章污水处理控制系统硬件设计3.1PLC选型由于该污水的控制系统较为复杂，因此，为方便维修与改进，必须采用标准且适用范围广泛的控制器。主机根据使用者的需求，完成对系统整体的探测与运算，并将其结果传送给输出端，并向外界提供指示；同时，还可以通过各种内部故障诊断来实现对系统整体运行的有效控制。通过对污水处理过程中所涉及到的各种功能和复杂性的分析，从经济性和可靠性角度出发，选用了西门子S7-1200系列

PLC作为污水处理过程中的主控设备。本文介绍了一种以CPU1214为核心的工业污水电控系统，它具有多个输入、多个输出、控制流程比较繁琐的特点。另外，为了实现对仿真数据的获取和对仿真数据的处理，还必须对仿真数据进行处理和处理。西门子在S7—1214系列

PLC中特别配备了EM235型类比输入、输出模组，其精度高，可实现高精度、高功率的输出。如表3-3所示，可查看污水控制系统输入/输出的地址分布表。表3-3I/O地址分配表输入输出I0.0启动系统Q0.0絮凝剂阀门I0.1停止系统Q0.1破乳剂阀门I0.2污水液位报警1Q0.2PH调整剂阀门I0.3污水液位报警2Q0.3消毒剂阀门I0.4污水液位报警3Q0.4提升泵I0.5污水液位报警4Q0.5风机I0.6污水液位报警5Q0.6污泥泵I0.7污水液位报警6Q0.7压滤机Q1.0系统运行指示灯污水处理控制系统PLC接线图见与3-1。图3-1污水处理控制系统PLC接线图3.2传感器选型（1）温度传感器温度传感器选择PT100铂电阻，PT100铂电阻的测量范围为-20～+105℃。（2）液位传感器液位传感器能够更好的检测出提升泵水位，具有很强的抗干扰性，并且重量轻、不结垢、不会对介质造成二次污染。它在检测水位时能够通过上位机进行监视，总范围能够达到十米之远，输出的模拟电流信号的范围在4到20mA内，将采集到的信息传送到PLC，当PLC根据其采集到的信息进行合理的运算之后经过以太网传入总控制室。液位传感器在运算时所采用的公式为：D=C.T/2根据用户输入的水池深度E也可以简单算出液位L=E-D[14]。本课题选用MEACON工控MIK-P260型液位传感器，其不锈钢壳体内装有一个充油的油芯，其前端防护罩作为保护膜，可保证液位与保护膜的接触。采用防水线与外部箱体相连，通风管路与外部电缆相连，内部采用防凝结结构，内置微型信号处理回路，稳定、可靠。该传感器主要参数如下表3-2所示。表3-2液位传感器主要性能指标参数指标供电电压DC24V量程范围0-2M输出信号4-20mA、1-5V介质温度0-80℃外壳材质全不锈钢材质测量精度0.5级过载压力200%FS（3）PH传感器对污水PH值进行适当的调节是污水处理的重要环节，PH值必须保持在中性，这样才能加快微生物的生长和繁殖，如果超过或低于PH值，就会造成严重的后果。本课题选择了罗素技术E-201-9ph复合电极作为PH传感器。理论上，在25℃下，随着pH的改变，电极的电势将会发生到59.16mV的变化。然而，在实践中，并非每一种PH电极都能达到理论上的100%。通常，电极的斜率比理论上的98.5%（斜率）要大。零电位pH是指在电势为0时，由玻璃电极和参比电极构成的原电池pH。通常有两种规格：7±0.5pH和2±0.5pH[15]。（4）溶解氧传感器利用溶解氧传感器可以对污水中的溶氧量进行监测，而溶氧量是污水中的重要影响因素。在生化反应中，调节溶氧量是提高生化反应效率的重要途径。实验中使用的是JYD-2型溶氧膜电极。其技术指标为：漏电流≧0.005微安、反应速度30s、量程≧20毫克/升。在常规工作状态下，工作环境的温差不超过10℃，测量准确度不超过0.2毫克/升。（5）电导率传感器项目拟采用四段式电极检测技术，实现对水体电导、水温等参数的高精度大程电导、高精度检测。因为离子溶液的导电系数会随着气温的上升而上升，所以有一个内部的温度感应器，它可以在25°C左右时，自动进行2°C的温度校正。内部的接口模块将数字的导电率和温度数据转换成两个4-20

mA的独立的信号，并将它们分别与数据记录仪和PLC相连[16]。3.3变频器选型污水的自动控制是通过水泵来提供水源，因为每个工序的工作条件都不相同，所以每个工序对污水的要求也不尽相同；在实际运行中，若实际运行中所需的出水量与实际运行中所需的压力相差较大，则需通过升压或降压来满足实际运行中所需的出水量。因此，在系统的检测端，压力是会发生改变的，若达不到要求的压力，不但会导致污水的处理效率下降，还会导致电力的巨大消耗。实践上，要选择适当的水泵组选型，要使用控制器来实现对污水的控制；达到了压力和流量的稳定，降低了能耗的目的[17]。总而言之，该设计选用了由西门子公司制造的MICROMASTER440型的变频调速装置，其性能参数如表3-3所示。表3-3西门子MM440变频器主要参数表参数名称参数参数名称参数型号MICROMASTER440海拔高度<1350m不需降额使用输入电压AC380V~480V内部接口RS485功率范围0.12kW~200kW开关频率16kHz输入频率47Hz-63Hz相对湿度≤95%RH输出频率47Hz-63Hz存放温度-40℃~+70℃变频器效率96%~97%工作温度-10℃~+40℃断放电时间5min3.4电动机选型本文选择了Y型三相感应电动机作为污水处理的控制系统。该电机是一种新型的笼式转子感应电机。其保护级别是IP44（对1毫米以上的固态物质进行保护，防止飞溅和防水），其散热方式是IC411

（全封闭式，带有风机散热）。适合于不需要特别说明的各类机器，如：机床，水泵，风机等。Y型电机效率高，能耗低，噪音小；振动小，重量轻，性能可靠，易于安装和维护。电机的型号包括4个组成部分，即：产品编号，技术编号，专用编号，附加编号。电机型号为Y132S2-2，其首位的首位大写Y表示三相感应电机。其后的三位数（132）表示马达的底座中心高度为132毫米。其后的英文字符表示马达底座长度编号（S-短马达底座，M-中等马达底座，L-长马达底座），字符之后的字符2表示马达磁芯长度编号。而后面的两个数字，则表示电动机的极数是两个[18]。本装置选择了Y2-225M-2型电机，其参数如表3-4所示。表3-4电机参数表额定功率45KW额定电压380V额定转速2970（r/min）电流82.3A效率92.3（%）功率因数0.90额定电流Ist/In7.5额定转矩Tst/Tn2.0额定转矩Tm/Tn2.33.5电路图设计本文主要介绍了西门子MM440型变频器在主马达环控制中的应用，以及在此基础上所做的电机箱、控制原理等方面的详细设计。图3-2是变频调速装置的主要原理图，举个例子，就拿“污水泵”来说，这台变频调速装置，就是用来在污水中进行喷雾和抑制粉尘的装置，它可以根据装置在污水中的管路和污水中的压力变化，来调整变频调速装置的工作状态。图3-2变频器主电路图由于污水泵间与上位控制室之间的距离比较长，而且之间还有一道隔音门进行阻挡。为了方便我们进行日常维修和调整，所以我们必须在泵间中设置一个有机侧控制柜，这样我们就可以在人工方式下对污水泵进行启动和关闭。因此，在设计中增加了手自切换的控制模式，这样不仅可以使自动控制更容易地实现无人化，还可以考虑到故障维修调试的实时性。它的控制器结构示意图见图3-3。图3-3控制设计原理图污水泵是将经过处理的污水供给到堆场进行喷雾降尘，因此，必须要有一个反馈值来进行变频控制，在主干道中增加了一个压力变送器，将管道的压力信号进行反馈。在仓库中央安装了一个风力控制器，可以将仓库内的风力和风向及时地反馈出来。它的回馈讯号的进线，见附图3~4及附图3~5。图3-4传感器信号反馈进线图图3-5转速给定反馈进线图3.5.1温度检测回路设计温度检测回路号为AIC-203和AIC-303，分别测量SBR反应池的温度和氧化氯发生器的温度。将PT100型温敏元件与温敏元件相联结，采用三根导线联结方式，消除了测温误差。所述温度发送装置TN-203将所述电阻信号变换成一个从4至20

mA之间的电流信号，并将其输出至所述模拟量输入组件。布线的基本原理在附图3~6中说明。图3-6AIC-203回路PLC输入接线原理3.5.2液位检测回路设计该系统不但可以对每一池的水位进行实时监测，而且可以对入水过程进行自动化控制。利用超声液面传感器检测每一级的液面高度，并将其输出到模拟量的输入模组中，通过PLC比较设置的数值来启动和停止泵站，从而达到调整液面高度的目的，从而构成一个闭合回路；通过对液压系统中的液压系统进行监控，使液压系统能够对液压系统中的液压系统进行监控，并能对液压系统中的液压系统进行监控。液位传感器向一个模拟量输入组件提供一个4至20毫安的电流讯号，LIA-101回路接线原理如下图3-7所示。图3-7LIA-101回路PLC输入接线原理3.5.3PH检测控制回路设计pH对污水的处理有很大的作用，适当的pH可以促进污水生物化学过程的进行。因此，在SBR反应器内，必须监测并调整污水的pH值。在SBR常温下的生物反应器中，分别设有两条pH监测电路和两条pH监测电路，并在进、出口段加装了一套水质综合测定仪器。PH值的调整为闭环，PH值由PH值传感器输出到发射机，再由发射机输出4-20

mA的电流，再由发射机输出到模拟值。PLC在将测量值与设定值进行对比后，将模拟量输出模块输出4~20

mA的电流信号，对加酸阀或加碱阀进行控制，并且调节阀将开度信号反馈给模拟量输入模块，从而实现加酸加碱调节污水中

PH值的目的。在图3-8中说明了AIC-204环路输入配线的工作原理。图3-8AIC-204回路PLC输入接线原理3.5.4溶解氧检测回路设计针对

SBR反应池中存在的问题，提出了一种基于PID的双通道监测控制方法。其中，所述溶解氧传感器向所述发送仪提供测量到的溶解氧传感器的含量，所述发送仪经由所述隔离仪提供4-20

mA的电流信号给所述模拟量输入模组。PLC以所探测到的溶解氧浓度为基础，对其进行了查表，并将查表的结果进行了处理，再由通信模块将其发送给MM440变频器，由该变频器对风扇进行了适当的调整，以实现对溶解氧浓度的控制。在图3-9中显示了AIC-206环路的输入部示意图。图3-9AIC-206回路PLC输入原理3.5.5电气原理图设计图3-10为污水处理控制系统电气原理图。图3-10电气原理图第四章污水处理控制系统软件设计4.1编程软件概述本课题采用西门子薄涂（SiemensPLC编程开发平台）编制S7-1200PLC程序。薄涂为S7-1200系列PLC提供了不同的编程语言，包括STL、LAD、FBD三大类[19]。4.2程序流程图设计（1）粗格栅控制程序设计污水进入工厂后，第一个进入的是粗格栅，粗格栅的作用是阻挡大块的杂质。粗格栅设置一套格栅除污机。在粗格栅的两边都安装了一个液位差传感器，在粗格栅上截留了大量的固体杂质，使排水量减少，而在液面差增加到一定的水平时，则会启动格栅除污机，将阻挡在栅格中的污染物清除。控制流程图如图4-1所示。图4-1粗格栅控制流程图（2）污水提升泵控制程序设计经过粗格栅处理后，污水提升泵站必须对污水进行提升，在提升泵站中共有三台提升泵。在提升泵站的入口管路上安装了液位传感器，通过液位传感器将检测到的数据传送给控制中心，由监控中心根据测量结果与设置的水位值进行比对，对提升泵的工作状况和数量进行控制，从而实现对提升泵站的自动控制。应特别指出，提升泵启动液面必须在最低停止液位以上，以避免提升泵在停机高度附近出现重复启停的情况，从而降低能耗和重复启停对提升泵的损失。启动液位和停止液位应按实际工况设置。三个提升泵的启动高度为2米、4米、6米，提升泵的污水处理流程见图4-2。图4-2提升泵房污水处理流程图（3）细格栅控制程序设计由粗格栅排放的污水由提升泵送入细滤池，其工作机理与粗格栅类似，但能去除微量的固体杂质。在细格栅的两端各装有一个水位差探头，细格栅内含较多的固体物质时，细格栅内的水位就会降低，同时细格栅两端的水位也会降低；在设置数值后，起动网状去垢器，将网状挡板上所截留的杂质除去，并在网状渣层的出口通过螺旋输送机进行碾压。详细的工艺流程见图4-3所示。图4-3细格栅污水处理流程图（4）恒水位SBR反应池控制程序设计SBR固定水位反应器是污水处理中的一个重要环节，其运行时间为1个小时左右。在进水完毕后，关闭进水，打开风扇，在水中曝气2.5小时，并且需要2.5

mg/L的溶氧。通风完毕后，关掉风扇，让空气静置1个钟头。当沉降结束时，起动冲洗机冲洗1小时。在冲洗完毕后，关闭过滤装置，打开淤泥泵，将淤泥抽干0.5个钟头。污水排放完成后，关闭排放水泵，使其循环运行一次。图4-4显示了SBR生物反应器的工艺过程。图4-4SBR生化池处理流程图（5）污泥脱水控制程序设计沉降后的淤渣由淤渣水泵输送至淤渣槽，淤渣槽内装有淤渣含量及水位感应器，在淤渣槽内探测到淤渣含量及水位，便会开启浓缩器，使淤渣浓缩。集中后的淤泥通过均化槽入口管道流入到均化槽，并在均化槽内设置了相应的投料装置。在此基础上，采用低压入泥螺旋泵将淤泥送入水中，再用氯化铁、PAM等药剂对淤泥进行处理。添加完药剂的淤渣由高速吸泥螺杆泵抽吸，送入膜片压榨器中进行脱水。在附图4~5中显示了污泥的脱水工艺的工艺流程。图4-5污泥脱水处理流程图4.3PLC梯形图设计基于PLC的污水处理控制系统梯形图见图4-6。图4-6梯形图4.4组态界面设计4.4.1MCGS简介利用MCGS的结构分析工具，对整个污水处理的控制系统进行了结构化接口的设计。MCGS工控组态软件可以高效、省时地进行一系列监控，不需要操作员有很好的程序知识，只需要添加输入框，标准按钮，标签即可；位图，动态显示，警报显示；实时曲线和历史曲线等，可以实现对监测系统的实时显示，给使用者带来方便。MCGS系统由两部分组成，一是配置环境，二是操作环境。如图4-7。图4-7MCGS系统组成配置环境就像是一个设计和开发工程的软件，它提供了窗口编辑，工具箱，工程设计，保存和编译。用户在配置中的最终结果是一个被称为配置结果数据库的数据库。在运行环境下，它是一个独立的运行系统，它可以根据使用者设定的参数，在系统中进行动态的操作，从而达到预期的目的和功能[20]。MCGS组态系统主要包括：主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和操作策略。图4-8MCGS系统结构在MCGS中，以实时数据库为中心，实现了对全部实时数据的有效处理。从外部设备采集来的实时数据打入实时数据库，实时数据库将数据传递给系统其他部分，从而使得系统各个功能部件实现数据共享。主控窗口构建了一个应用系统的主体框架，而主控窗口的设定就等于是对MCGS系统进行了一个菜单的设计，其中包含了以下内容：操作流程、菜单命令、函数参数以及启动功能。MCGS的装置窗将外界装置的资料透过元件收集起来，再录入至实时资料库。或将数据输出到外部设备。当设置执行时，将会在背景中打开一个装置窗口，不过使用者无法看到这个窗口。通过使用该界面，可以“可视化”地显示系统中的信息和过程。一个使用者可以按自己的要求增加多个使用者视窗，在窗口内通过放置各种框、构件、图形，来设计美观实用的图形界面。操作策略是一种能够有效地控制系统操作过程的方法。定义了运行策略，使系统可以根据所设置的时间、条件来操作实时数据库，并实现对用户窗口的开闭进行控制。4.4.2界面设计工艺流程界面属于污水处理控制系统的主要界面，该界面展示了污水处理厂各技术部分的运行情况，并对污水处理过程中的数据进行监控和显示，了解系统当前的运行情况。界面图如下图4-9。图4-9主控制界面图PAGEPAGEI第五章总结本论文的研究目的是设计一个污水处理控制系统，通过硬件和软件的设计来实现对污水处理过程的控制和监测。本文通过对国内外研究现状的综述，并结合课题设计的内容，对污水处理控制系统的总体设计、硬件设计和软件设计进行了详细的讨论。在总体设计方面，本文首先介绍了污水处理控制系统的结构组成和工艺流程。通过对系统的功能和特点的分析，确定了系统所需的硬件和软件设计内容。在硬件设计方面，本文重点讨论了PLC选型、传感器选型、变频器选型和电动机选型，并进行了电路图的设计。其中，针对不同参数的检测需求，设计了温度、液位、PH值和溶解氧的检测回路，并完成了电气原理图的设计。在软件设计方面，本文对编程软件进行了概述，并详细设计了程序流程图和PLC梯形图。此外，本文还介绍了一款名为MCGS的组态软件，并以此软件为基础设计了污水处理控制系统的组态界面。综合以上设计内容，本文完成了一个污水处理控制系统的总体设计、硬件设计和软件设计。通过本设计方案的实施，可以实现对污水处理过程的自动控制和监测，有效提高污水处理的效率和质量。然而，本研究也存在一些不足之处。首先，硬件选型可能受到市场情况和技术发展的限制，可能存在性能不足或不适用的情况。其次，在软件设计方面，可能存在一些功能实现上的局限性，需要进一步进行优化和改进。展望未来，可以对所设计的污水处理控制系统进行实验验证，验证其在实际应用中的性能和可靠性。同时，可以进一步优化硬件和软件设计，提高系统的稳定性和自适应能力。此外，可以考虑加入其他先进的控制算法和技术，以进一步提高污水处理效果。总结而言，本论文通过对污水处理控制系统的总体设计、硬件设计和软件设计进行了详细论述。本设计方案有望实现自动控制和监测，提高污水处理的效率和质量。然而，仍需进一步的实验验证和改进，以提高系统的性能和可靠性。未来的研究可以将注意力放在优化设计和引入先进技术上，以提高污水处理水平。

参考文献[1]GonzalezJ,SargentP,EnnisC.Sewagetreatmentsludgebiocharactivatedblastfurnaceslagasalowcarbonbinderforsoftsoilstabilisation[J].JournalofCleanerProduction,2021,311(6):127553.[2]ZwainH