基于PLC的污水处理系统 - 毕业设计 - 图文

中文摘要

本次自动化毕业设计运用可编程控制器（俗称为PLC）与组态王对工厂排放的污水进行处理和监控。我们用简单通俗的解释污水处理监控系统的含义可以表达为是对工业污水水质的鉴定作出相应的处理方案，从而实现污水处理的自动化。

针对当前的污水处理工艺特点，构筑物的分布以及整体的控制要求利用组态王实现现场实时监控,，与此同时选用可靠性和实时性能较好的PLC对污水进行监控，该毕业设计方案将组态王6.55软件与西门子PLC结合起来运用到污水处理厂的实践之中，在实践中集中体现出了PLC较高的可靠性，较强的适应能力、还有便于理解的操作性。融和了较先进的自动化专业技术、计算机专业技术、通讯专业技术、故障诊断专业技术以及软件技术实现了系统的自动化管理与故障诊断等多方面功能，基于上述努力，实现其成本低廉，操作安全可靠，调试维护简单，可基本满足工业处理的使用。 关键词 污水处理 西门子PLC 组态王6.55 监控系统设计

Abstract

The automation of graduation design by using programmable controller (known as PLC) with kingview process and monitoring of effluent from the factory. We use a simple popular explanation of sewage treatment is the meaning of the monitoring system can be expressed as the industrial sewage water quality appraisal make corresponding treatment scheme, so as to realize the automation of wastewater treatment.

For the current sewage treatment process characteristics, the distribution of structures and control requirement of the whole scene by using kingview, real-time monitoring, and at the same time to choose better reliability and real-time performance monitor PLC in sewage, the graduation design of kingview 6.55 software will be combined with Siemens PLC applied to the practice of the sewage treatment plant, in practice focus reflects the reliability of PLC is higher, the stronger ability to adapt, and easy to understand. Harmony of advanced automation technology, computer professional technology, communication technology, fault diagnosis system of the professional technology and software technology to achieve the automation management and fault diagnosis of aspects of function, based on the above efforts, to achieve its low cost, safe and reliable operation, simple maintenance, can basically meet the use of industrial processing. Keywords sewage treatment Siemens PLC kingview 6.55 monitoring and control system design ?

目 录

绪论·······························································1

1 污水处理概述·····················································2

1.1污水处理含义及发展··········································2 1.2 SBR等污水处理工艺介绍······································2 2 设计方案·························································5

2.1 PLC简介及设计步骤·········································5 2.2 SBR污水处理设计步骤·······································6 3 硬件设计························································9 3.1 选择PLC···················································9 3.2 硬件电路接线图···········································10 3.3 SBR污水处理设备介绍······································11 4 软件设计························································13 4.1 I/O口的分配···············································13 4.2 PLC的梯形图程序···········································15 5 组态王6.55对现场的监控·········································16 5.1 组态王6.55简介···········································16 5.2 此任务下组态王6.55的创建·································17 5.3 调试和运行结果············································26 6 结束语··························································27 谢辞······························································28 参考文献··························································29 附录······························································30

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绪论

中国作为世界上最大的发展中国家，经济迅猛发展全面建设小康设计，实现“中国梦”的同时，也伴随着水资源的严重短缺和污染，虽然我国年平均水资源储量巨大，排名在世界范围排名比较靠前为第六位，但是作为世界上人口最多的国家，我国人口众多，把这些水资源平均下来，也就是除以13亿的人口，再多的储量在这个除法计算下也会捉竿见低，这样一来也变成了世界性的缺水国家之一。即但面临这么严重的水资源形势，我国的水资源却一直没有得到高效的循环利用，循环高效的利用水资源一直是我国的短板，污水处理方面对污水处理成本居高小下，质量也堪忧，排放的污水及时经过处理后水质也不理想，所以创建一套高效，可靠的自动控制系统，减少运行的费用，对于当前我国的经济发展就具有重要的现实意义。

本次自动化毕业设计运用可编程控制器（俗称为PLC）与组态王对工厂排放的污水进行处理和监控。我们用简单通俗的解释污水处理监控系统的含义可以表达为是对工业污水水质的鉴定作出相应的处理方案，从而实现污水处理的自动化。

针对当前的污水处理工艺特点，构筑物的分布以及整体的控制要求利用组态王实现现场实时监控,，与此同时选用可靠性和实时性能较好的PLC对污水进行监控，该毕业设计方案将组态王6.55软件与西门子PLC结合起来运用到污水处理厂的实践之中，在实践中集中体现出了PLC较高的可靠性，较强的适应能力、还有便于理解的操作性。融和了较先进的自动化专业技术、计算机专业技术、通讯专业技术、故障诊断专业技术以及软件技术实现了系统的自动化管理与故障诊断等多方面功能，基于上述努力，实现其成本低廉，操作安全可靠，调试维护简单，可基本满足工业处理的使用。

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第一章 污水处理概述

1.1 污水处理含义及发展。

生活生产的污水或工业方面经过简单的处理后的污水，很多都排入城市的排水

系统，而大家就把生活污水与生产污水的混合叫做城市污水。碳水化合物、蛋白质、动植物脂肪、尿素、氨、合成洗涤剂等物质和细菌、病毒等有害微生物都在城市污水中。查阅资料得出，当前的污水处理的目的主要有三种：首先，得去除污水中主要影响水质的杂质和淤泥。其次，要想得到生活用水的标准，也就必须得通过人为的办法在水中加入新的化学成分，例如在水中加入各种对人体有益的化学元素来预防疾病，这样改变水的化学性质来为人类所用。最后，还有可以通过改变水的物理方面的性质，例如水的温度等等方法。

查阅资料得出污水处理技术现状来看，其发展的方向和趋势主要为下面四个方面：(1)继续加强对氮、磷营养物质的处理具有重要的现实意义，也是污水处理发展的为重中之重。(2)在新时期，新阶段在新技术和新设备的带动下，污水开始慢慢转向全自动化过程的控制，将人从生产劳动中解放出来，自动化性的污水处理也会更加得到应用。(3) 在新时期，由于人类整体生活条件和意识水平的发展，污水的处理方式会由以前的单独分散的污水处理转向面对城市污水的集中性处理，而对其水质的处理要求的指标也越见严格。 (4) 仅在中国来说，近些年雾霾等污染的肆虐，也使油管的领导和广大群众加强的环境污染的重视程度，污水的治理和再生问题受到了全社会的关注

1.2 SBR等污水处理工艺介绍。

当前“活性污泥法”在中国的城市污水处理厂中适用的范围最佳广泛，还有少部分稳定塘法、土地处理法，生物膜法及与其他处理工艺结合的工艺。而自1978年改革开放以来，中国伴随着世界经济的迅猛发展的同时，也在大规模的引进新的生产设备，新技术，污水处理得到了快速的发展，如A/O工艺发，AB法，氧化沟法，SBR法等未来的污水处理技术应用前景广泛。

SBR污水处理工艺。全称是序列间歇式活性污泥法。英文译作Sequencing Batch reeactor activated Sludge Process，是一种较为先进的以悬浮微生物为基础，对污水中碳水化合物、蛋白质、动植物脂肪、尿素、氨和合成洗涤剂等等污染物在好

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氧的条件下进行降解的废水生物处理活性污泥法的工艺。其污水处理工艺大体可以分为五个部分：进水、曝气反应、沉降、出水、静置五个阶段。优点包含几个方面，首先最重要的是经过SBR处理的水具有较好质量，其次污水处理的工艺所需要的构造设备较少、结构和原理相对简单，管理方便而且，并且所需的能耗也不高。与此同时，缺点也较显著。整个SBR工艺系统对于操作，管理和维护要求较高，严重依赖于现代科技，尤其是自动化控制技术方面，没有一套完善的科技含量高的理论作为指导，根本无法在实践中顺利的运行和操作，在这样的前提下，要想管理运行好SBR污水处理系统，对于污水厂的管理人员来说，具有优秀素质也是十分必要的。

A/O工艺法。本次介绍的A/O工艺法也被人们称作厌氧好氧工艺法，前面的A代表的就是用于脱氮元素，脱磷元素的厌氧阶段，在缺氧段的阶段，异养菌中将待处理的污水中的悬浮污染物，例如污水中的淀粉啊，碳水化合物等可以溶解于水的有机物，并把它水解成有机酸。后面的O代表的就是主要用于除去水中的有机物的好氧阶段，在供氧段的阶段，自养菌通过硝化的作用将待处理的污水中的NH4氧化为NO3，氧化成NO3后再通过系统回流返回到代表的就是用于脱氮元素，脱磷元素的厌氧阶段，在缺氧段的阶段，异养菌中将待处理的污水中的悬浮污染物，例如污水中的淀粉啊，碳水化合物等可以溶解于水的有机物，并把它水解成有机酸A池，又在A池缺氧的环境下，异氧菌又通过反硝化的作用，再把上面氧化成的NO3再还原氮N2，实现污水的绿色无害化的处理，就实现了碳元素，氮元素和氧元素这三个元素在生态中的循环。与此同时，缺点也较显著，首先由于没有类似于SBR污水处理工艺的污泥回流的系统，这样的话也就不能培养出类似SBR工艺的独特污泥，效率也就变低，也就不容易讲解那些不好降解的物质的降解。其次系统的运行费用较高，而且脱氮的效率又不太高，因为在A代表的用于脱氮元素，脱磷元素的厌氧阶段，异养菌将待处理的污水中的淀粉啊，碳水化合物等等溶于水的有机物水解成有机酸，这样也严重滞后了脱氮的速度。

氧化沟法。氧化沟法起源来与1920年的英国，简单来讲其实也是活性污泥法的一种。这个工艺主要由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备这五部分构成，而购成沟体的形状大部分是环形，也有的呈现圆形，长方形，还有的是L形等其他形状，而在氧化沟工艺所需要的构筑物最大的特点就是封闭，并且呈现环形的沟渠，把污水和污泥在在渠道之中不断的循环。和SBR一样，也是近些年才逐渐兴起的工艺。优点包含几个方面，首先最重要的是经过氧化沟处理的水具有较好质量，其次污水处理的工艺所需要的构造设备较少、结构和原理相对简单，管理方便而且，并且所需的能耗也不高。与此同时，缺点也较显著。整个氧化沟工艺系统对于操作，

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管理和维护要求较高，比较依赖于现代科技，尤其是自动化控制技术方面，没有一套完善的科技含量高的理论作为指导，根本无法在实践中顺利的运行和操作，在这样的前提下，要想管理运行好氧化沟污水处理系统，对于污水厂的管理人员来说，具有优秀素质也是十分必要的。

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第二章 设计方案的确定

2．1 PLC的简介

PLC即Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，记数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。

2．2 PLC的设计步骤

PLC控制系统的设计任务要求。任务要求主要是希望能满足实现当前现实任务的要求，在设计应遵循原则。a、力求设计出来的控制系统能，最大限度地满足控制的要求，减少PLC系统设计应用方面的花费。b、把PLC的可扩展性进行提前准备，提前准备好扩展模块，防止在实践操作中，外界环境发生改变。c、满足系统任务的要求即“使用方便，安全可靠，维护简单”。PLC设计步骤图如下图所示：

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开始 控制要求分析 确定输入输出设备 选择合适的PLC I/O点数分配 PLC程序设计 模拟调试 现场联机调试 整理总结 设计结束

图3-1 设计步骤图

2．3 SBR污水处理工艺设计步骤。

简单工艺流程如下图所示：

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进水 粗格栅间 泥饼外运 进水泵房 污泥脱水 细格栅间 曝气沉砂池 SBR池 滗水器 浓缩池 消毒池 出水 图3-2 工艺流程图

2.3.1 文字简单描述：

排入污水，进入粗隔栅间(粗隔栅间是一种可以连续自动拦截并清除污水中各种形状杂物的处理设备)清除大型杂物，然后通过进水泵房（进水泵房在污水处理系统中作用主要是将来水提升，以达到接下来设备进行操作的需要的高度，使水可以依靠自身重力实现自流。）将污水提升，以达到接下来设备进行操作的需要高度，接着污水经设备进入细隔栅间（细隔栅间是一种可以连续自动清除水中细小颗粒及悬浮物的处理设备）清除细小颗粒和悬浮物，然后进去沉砂池（沉砂池用于去除污水中粒径偏向于较小的砂粒来保护管道和阀门等设施，减少在系统运行是对管道的磨损和阻塞），去除污水中细小的沙粒，随后污水进入SBR池 （SBR是在反应期内预先培养驯化一定量的活性微生物简称为活性污泥，废水进入反应器在与活性污泥在有

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氧的条件下混合接触，然后反应器内的微生物会利用SBR池中的废水所含有的有机物进行新陈代谢，将有机污染物转化为2CO、OH2等无机物；同时微生物细胞增殖），由罗茨风机（罗茨风机在污水处理中主要用于曝气，将空气中的氧强制向污水中转移来获得足够的溶解氧来提供微生物的有氧条件）供氧，将水中的有机污染物通过微生物转换为2CO、OH2等无机物，通过浓缩池（浓缩池是初步降低污水的含泥量）降低淤泥含量再把污泥脱水运出。与此同时，通过滗水器（滗水器是SBR 工艺在此被用的作用是定期排除清水的设备，在不搅动池水下沉淀的前提下，从静止的池水表面将澄清水滗出），这样一来，就确保了上层清水的水质），将澄清的水滗出，最好污水经过消毒池（消毒池中可用二氧化氯发生器、紫外线、臭氧发生器等进行消毒，也可以直接投加氯片等方法进行消毒）消毒后，最后将水排出。

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第三章 硬件的设计

3．1 选择PLC

PLC选择的合适与否，直接关系到整个毕业设计能否成功，一般来讲，选择PLC主要是看以下几个方面：

I/O口点数的选择。当I / O点应考虑适当的余量估计时，通常以输入和输出点的统计，再增加约当前余量的10% 到当前余量 的20%作为扩展余量，以此满足现实环境所需要的输入输出点数。而实际上我们去考虑实际应用的时候，往往还必须要根据产品的特点，从厂家的PLC的I/O点数进行的圆整。

所需的存储器容量大小的选择。存储容量，可编程控制器可以提供硬件存储单元的大小，程序存储器容量使用的存储单元的大小，用户应用程序的过程，所以容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用没有被编译，因此，在设计阶段过程结果是不可知道的，需要调试程序后才知道。内存量容估算固定没有的公式，不同的公式有一下的操作，主要是根据数字I/O点10 到 15倍，还有加上模拟I/O点数的一百倍，根据总记忆单词的数量（十六位）的一句话，然后对数字25%可以考虑一下进行相应的补贴。

控制功能的选择。(a)运算功能。简单的算术运算功能有PLC的运算功能包括逻辑，定时和计数功能；常见的PLC的运算功能包括数据操作如位移，比较功能；更复杂的运算功能，如代数运算和数据传输；大型PLC和模拟PID控制算法和其他高级功能。随着开放系统的出现，目前在PLC通信功能，部分产品与下位机的通信，用机器或计算机通信有一些产品，有些产品还具有与工厂或企业的网络数据通信的功能。设计的模式选择应该是实际应用的要求，为合理选择操作功能。大多数应用程序，只有逻辑操作和定时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制，使用代数运算，转换和PID算法等，显示数据的需要编码和解码操作。(b)控制功能。控制功能简单分析来看可以包括PID控制算法和前馈补偿控制的操作还有比控制操作等等，在实践应用中根据实际任务需要来安排所要的顺序。在应用方面，模拟量的控制有时采用专用的I/O来实现要求功能，以此来达到提升系统运行速度和节省存储空间的目的。(c)诊断功能。主要常说的诊断一方面集中在硬件上，一方面集中在软件上。运行中，我们可以通过通过硬件运算逻辑，根据运算的逻辑来确定故障发生的位置。而软件方面的诊断，也可以简单的表述为通过PLC本身自由的内部的诊断功能来诊断，而PLC的诊断功能越强，

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那么对于操作人员来说，就不必花费太多的精力和时间来操作和维护了，节省了时间。 (d)通信功能。目前来看，我们平时接触和应用的PLC系统都会支持各种现场总线和和国际来说较为标准的通信方面的协议，在运用时它必须可以与工厂管理网相匹配。通信协议在符合国际通信的标准的同时，PPLC系统的通信接口也应包括串行和并行通信接口力拓通讯接口。大型或者中型大小的PLC通信总线在满足冗余配置是1；1的同时，通信方面的总线也应符合国际规定的大家认可的标准，而且在现实的应用和操作中，为了通信而设定的装置，一边要满足实际设计的需求。通信网络形式的PLC系统有主要有以下三种形式：（1）把PC机当为主站，把多台相同型好的PLC当成从站，也是常见的简单的PLC网络；（2）1 台PLC机当成主站，另一个当成PLC的从站；（3）特殊PLC通信网络。根据选择的通信处理器来不同功能，我们合理安排各种CPU所担任的通信任务。(e)处理速度。PLC的扫描方式首先要根据我们社会实践的要求去选择，当然还是速度快的最先考虑啦，而假如扫描时间大于信号的持续时间，那么久会造成PLC扫描不到这个信号，会产生例如信号的数据丢失的后果。PLC接触每个二进制指令的执行时间大约是0.2LS到0.4LS，所需要的控制也就回相对较高。处理器的扫描周期要求是，对于小型的PLC扫描的时间应该是小于等于0.5毫秒/每K；大型和中型的PLC扫描实践应该是小于等于0.2毫秒/每 K.。在于用户程序方面来看，它的结果和处理的速度、长度、CPU的处理速度等等都有联系。(f)编程功能。同一个CPU可同时被西门子PLC和编程器共用，在编程模式下的CPU是程序员，程序员只提供服务，现场设备的控制就不归它管了。开发结束后，程序员要切换到运行模式的CPU，控制现场设备，要想降低成本，离线的编程模式是一个不错的选择，但是有一个很多的缺点就是不太方便使用。另一种让编程的CPU和编程器各有一个独立的CPU来使用，主CPU担当着现场的控制的重任，并要求必须在一个扫描周期内完成数据的交换，数据和程序通过操作人员发送到了主机以后，下一个扫描周期的时间内，主机将会根据接受到的新程序运行。但是这种方法也有不可避免的缺点，最不可忽视的是所花费的成本较高，但凡事也都有两面性，它的调试和操作却更方便和简单一些。

3.2 硬件电路接线图

具体PLC接线图，见附录1

3.3 SBR污水处理系统设备介绍。

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罗茨风机。罗茨风机的在构成方面分类的话，我们可以把它归类为一种“容积式风机”。它的设计原理较简单，简单来说就是在两个类似叶形的风扇作用下，通过叶子形风扇在风机气缸里作相对的运动，在运动的过程中压缩和输送气体的回转压缩机。罗茨风机在此次污水处理中主要作用是曝气，而曝气就是将空气中的氧强制向污水中转移来获得足够的溶解氧来提供微生物的有氧条件，将水中的有机污染物通过微生物转换为2CO、OH2等无机物。系统选用岁茨风机的规格是：GRB-IOO型号，风嫩是10.6l m3/min，转数1750r/min，功率：22kw风压是7000mmAq。

液位差计。此次设计选用的是超声波液位差，此超声波液位差计液位差计是液位差计的一种，应用较为普遍，在工业领域的污水处理、酸、碱性等液体的测量方面应用尤其常见，还有对于固体物体位置和物体位置差值也常见。在构造方面主要其由1台主机和2个超声波的探头组成，在应用中超声波液位差计利用超声波勘测，现场就可显示物体的位置，在控制室就可对现场生产过程进行控制。操作中把超声波液位差计起勘测任务的两个探头安装在被测量介质的上方，并且这类探头可自动调整功率，进行温度的补偿，自动控制增益，同时在设计中特意添加的超声波中对于干扰回波的有抑止，有效的提高了超声波测量的准确性。在优点方面，超声波液位差计在安装操作时候，并不需要专业人员就可顺利安装，而且在使用的过程中，也较为操作。

回流泵。回流泵在污水处理系统中主要用于污泥回流。是在潜水搅拌机的基础上开发的新产品。系统选用网流泵：CP5(T)3.7-80，流量：45rr13/h，扬程：15m，功率：3.7kw。

沉砂池。沉砂池是主要作用是依靠重力分离为其基础，通过人为的操作，控制主进入沉砂池的污水流的流速，在水流的作用下，将重力大一些的无机颗粒沉下去，使悬浮的小颗粒随着水流带走的的原理清除污水中混入的粒径偏向于较小的砂粒来保护管道和阀门等设施，减少在系统运行是对管道的磨损和阻塞，以防在系统运行中泥沙影响设备的操作和运行。当前的沉砂池大体分为爆气沉砂池，旋流沉砂池和平流沉砂池这三种，本次使用的沉砂池是“曝气沉砂池”。

浓缩池。浓缩池是一种以降低污泥含水量和减少污泥体积为根本目标的浓缩方法，通过重力浓缩发和离心浓缩发这两种方法来处理污泥，经过处理的类似糊状的污泥还可以流动。污泥浓缩的方法主要有和离心法和沉降法，气浮法这三种方法。其中介绍的“沉降法”主要运用在处理初沉淀污泥的时候，有些时候也用在处理剩余活性污泥的混合污泥的时候。介绍的第二种叫做“离心法”，把污泥放入特别定做的离心浓缩器里面，应用污泥中各部分的比重不同，泥的比重大，水的比重小，在

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离心器中就回产生不同的离心倾向，这样一来就产生了黑白分明的效果，达到了浓缩的目的，分离了泥和水。第三种是平时不太引人关注的称为“气浮浓缩法”，其原理是将污泥小颗粒带上小气泡，有了气泡在水中的浮力，把小颗粒带上水面之上，然后通过特定的刮板把浓缩的污泥刮入安置好的排泥槽之中，经过上述处理国的泥水把它从从池子底部排出。

溶解氧仪。空气中的氧气通过空气流动和光合作用溶解在水中，而对于测量有关溶液中的溶解氧气含量多少方面，工业上广泛使用溶解氧仪。应用测量氧气含量和对反应速度、流程效率和环境的流程进行监控，例如水产养殖方面，生物化学反应方面还有湖泊的环境测试，溪流的环境测试，海洋的环境测试方面，废水的处理方面等等。

接触器。此SBR污水处理系统用到了大量接触器，例如格栅机的接触器、潜水搅拌机接触器、刮尼机接触器，分离机接触器，清污机接触器等。此次毕业设计选用的是额定1U压220V,额定电流9A 的“施耐德LCI-D0901 M5C交流接触器”。

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第四章 软件部分的设计

4．1 I/O分配表。

该毕业设计方案将组态王6.55软件与西门子PLC结合起来运用到污水处理厂的实践之中，根据任务要求，设计出满足了条件的I/O口分配表。如下表所示：

表4-1 I/O分配表

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4．2 梯形图设计。

梯形图的介绍。梯形图是一种形象、直观、实用的重要的图形编程语言，是在继承了继电器控制电路基本形式上，也在和接触器的组和使用方面简化了符号慢慢的演变出来的，也是当前接触到PLC方面的专业人员运用上最多的PLC的编程方式，“PLC的第一编程语言”就是当前大家对它的普遍称谓。

软继电器。我们接触PLC编程时难免听到类似以下的继电器名称，如“输入继电器”，“输出继电器”、辅助继电器等等，其实这就是梯形图里的某些编程元件继续使用着继电器相关的名称的现象，但事实上，我们平时并不认为那些是物理继电器，而是一些软继电器，也就是存储单元。软继电器和PLC映像寄存器的存储单元存在着按照顺序性的一一对应。假如寄存器里的存储单元发生变化，状态是1，则对应的梯形图中与之按照顺序一一对应的软继电器线圈就产生相应的变化，即通电，常开触点则会接通，那样常闭触点则会断开，我们目前统一把这种存储单元发生变化引起的软继电器线圈变化产生的状态称之为软继电器的1状态或者ON状态。假如寄存器里的存储单元发生变化，状态是0，则对应的梯形图中与之按照顺序一一对应的软继电器线圈就产生相应的变化，即关电，常开触点则会关闭，那样常开触点则会关闭，我们目前统一把这种存储单元发生变化引起的软继电器线圈变化产生的状态称之为软继电器0状态或者OFF状态。

能流。当梯形图中触点接通时，看着梯形图的同时我们可以在头脑中假想有一个概念电流或能流正在从梯形图的左侧向右流动，这个幻想的流动方向跟梯形图逻辑运算的顺序相同。而且需要注意的是，此刻我们假设的‘能流“它只可以按照刚才规定的方向从左向右流，而不可以有其他别的运算顺序。我们在看梯形图时，应该灵活运用这一概念，使头脑中对梯形图有更深刻理解。

母线。简单来说，母线就是梯形图界面两边从上到下的垂直公共线。当我们分析梯形图时，可以用回想一下继电器的电路图，然后根据它的分析方法来分析逻辑关系，把左右的两侧的母线想象成在它们之间连接着一个直流电源电压，左正右负，母线间有一条有能流在从左到右的流动。

逻辑解算。在梯形图中，我么可以由梯形图看出已显示的各触点状态和与之对应的逻辑关系，再通过看线圈状态来得出编程元件的状态，我们把这种逻辑叫做梯形图的逻辑解算。在梯形图中和能流的概念相似，要想看懂逻辑解算，我们一方面要按照从左到右的顺序来分析，另一方面我们还要从上到下的顺序分析。通过分析得出的结果就能被程序后面的逻辑解算利用。值得解释的一点是，我们说的逻辑解算并不是根据解算瞬间的时刻外部输入触点的状态来分析出来的，而是根据我先前我们提到的输入映像寄存器

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中的值来得出结果的。

梯形图的看法。其实在我们刚刚开始接触的梯形图时候，都有可能不太了解，一头雾水。但是通过慢慢熟悉了以后，会发现其实应用起来也并不像我们先前那么认为，那样难。首先，我们要弄懂梯形图编译的PLC控制所需要的设备的基本情况，还有那些需要理解的操作动作还有运行的状态等，要对他们有一个大体的了解。然后，我们应该从PLC输入端开始分析，牢牢的记住输入端点开关指令含义弄懂的，例如最起码得明白哪个是启动指令，哪个是停止的指令。紧接着，再看PLC输出端看起，弄懂输出端点的输出信号、执行开关所表达的意思意，例如最起码也要知道哪个动作表达的是启动，哪个动作表达的是动作停止。最后，可以把梯形图打开了，从上到下，从做到右认真的每个梯级每个梯级的分析，从中找出输入和输出所包含的逻辑关系。要想彻底弄懂整个梯形图的逻辑关系，我们还需要重复以上四个步骤，不要怕麻烦和困难，每一遍都要有第一便时的态度，当从不熟弄到熟悉的时候，你就可以具体的需要靠自己来绘制整个梯形图了，总之，它的熟练应用对于当前我们大学生来说学好PLC的编程方面，具有重要的意义。

4.2.1 S7-200编制程序梯形图。

详细请见 附录2

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第五章．组态王监控现场的实现

5.1 组态王简介

组态王监控系统软件是以当前的自动化技术为基础，广泛面向于较低端的自动化市场，具有高适用性和低价位等优点的一款上位机软件产品，构造通常是由管理层，控制层和监控层这三个层次构成，其中监控层下面连接的是控制层，上面连接的是管理层，控制器在应用时对现场进行监控与控制的同时，起到类似于”承上启下”的作用。而亚控科技在“组态王”系列中获得成功后，而后又广泛征集用户的需求，组织众多软件开发界的精英工程师辛勤劳作一年多的结晶，紧跟世界最新科技，进一步的更新了软件的开发模式，完善了软件的操作流程。在公测阶段，众多位的测试使用人员一致认为较之以前的组态王的版本，新版的组态王6.55超越了前面的版本，在功能上具有了更加完善的改良。

溯源高科技网络技术快速的发展的同时，网络的应用也越发的融入到了进我们普通人的生产生活中。在各个的领域，例如在软件方面，在计算机方面，在自动化应用方面，网络的作用也正越来越成为关键。而另一款组态王6.55的网络版，功能更丰富，操作也越来越简单，其中加入了最新的JAVA技术。在网络版中，我们把企业自动化监测将呈现成类似于一个门户网站上。在不同的工作职责能中，用户应该使用独一伍二的密码进行操作，操作员能根据现场的环境变化，控制设备的启动和停止，而工程师的任务是设置工艺参数，对生产成本实时控制，对制定设备的利用率和政策制定，这都是由产量的数据来决定的。在组态王6.55中的最新的互联网功能里，全新的模拟场景让使用者无论任何时间，任何地点都能实时控制现场的运行过程，过程数据和趋势曲线的变化，生产报表的产生，结果的记录和报警等每个生产的细节进行控制。

用户在网页版上发布的网页信息可以进行编辑，产生一个真正意义的网站。任何工业自动化系统的数据存储能力越发重要，对某些据安全稳重要的数定的存储使用者也有了较快的反应速度，较短的贮藏时间，安全稳定的存储，较小的占用空间，数据的读取速度快等越加高的要求，使用者往往需要进行高效准确的实时的记录，但是在实时数据存储量的时候，尤其是量比较大的时候，那些进行同步存储过程的数据却经常丢失。而使用者对于组态王6.55也并没有失望，在最新的数据压缩和搜索引擎技术的支持下，它支持用户进行高速的数据存储和进行快速工业过程数据的查询功能，进行高速的存储

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节省了使用者的成本。在快速查询数据上，数据以毫秒为单位，往往进行以秒技术的时间就能完成数据查询。这几点上来讲，相比于以往设计的功能来对比，本次的毕业设计系统做到了在以往基础上一次意义上的进步。

多媒体警报组态王新工艺为基础广泛应用在工程自动化操作的系统里，工厂想在实践操作中运用自动化系统来提高生产效率，自动化的实时状态跟踪的完美结合是其中重要的一环。当整个流程出现差错时，报警信息的及时有效的传递到操作人员哪里是不太简单就能完成的，因为单凭以人为主力的工厂，要操作人员去无时无刻的辛苦等待报警信息的出现，其实也是不太现实的，那也就不是我们所说的工厂自动化了。但在新科技和资金的双重的作用下，渐渐的我们可以通过视频去监控整个的生产过程，最突出的就是可以在本地对视频进行播放和保存或在远程对视频进行的回放和保存。通过星罗密布，无处不在的网络，企业操作人员可以随时观测现场设备，记录下它们的运行状况，通过网络把一切放在控制之中。对报警电话预先设定号码，还有设定好的剪短报告，当系统出现问题的时候，确认状态后发送到操作人员的手中，以便操作者可以及时的查询现场，更改设备运行的各项状态。

系统的图像也得到了提高。（1）使用人员可以改变图像的任意大小，使用滚动条控制屏幕显示内容和显是导航图。而地图，移动，选择元件，自动跟踪的画卷，对于大图片和导航图也获得了完美的支持。(2)变量可以代替单独的图像,也支持了可以在变量替换的范围内任意选择人物画面元素。（3）操作中，用户可以运用鼠标和键盘的使用，在图片中选择多个像素组合，排列来进行相关的操作。(4 )自定义的二级菜单，同时在图形信息的文本处理方面，包括图形元素的简单和复合图也进行了提示信息。

系统的变量定义得到了提高。（1）增加了许多的基本特性，例如可变的变量特性，报警和记录的属性等。（2）结构变量一方面可以在定义的时候可以自动去继承结构构件性能，另一方面结构变量又增加了是整个任务的整体赋值。（3）在数据字典中，可以在选择多个变量的同时，一同改变选定的变量的共有属性。

系统的非线性表也得到了提高。增加了新的可以导出用逗号进行分隔的文件，比如它“*。CSV”，系统就可以在一个文本的状态下进入数据编辑和数据传输的双重状态。在编辑结束后，使用者还可以进行还可以把编辑的结果进行导入操作，从而可以完成非线性表在不同的工程中的完美重复使用。

在本次污水处理毕业设计中，直白的来讲就是以组态王为重要的监控辅助，但是假如没有组态王的监控，光光只是PLC的发挥也无法完成设计，PLC就是污书处理的最重要的一环，但是组态王6.55也发挥着不可替代的作用。在PLC编程软件中通过人为的设定好功能逻辑，再将写好的编程下载到PLC中与组态王进行通讯，在组态王6.55

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里再通过已经编写的相关操控变量，在画面之中观察变量的变化，来实现全部控制。在组态王6.55里面根据看到的参量变化来自外部变量的变化，根据得到的消息，操作人员就可以控制设备，例如相关设备的启动和停止，加速和减速等。

5.2 此任务下组态王的创建流程。

5.2.1创建新工程。

在桌面上双击组态王6.55，显示出工程管理器界面，打开工程管理器，点击新建弹出“新建工程向导之一”对话框，根据提示一步一步创建新工程：

图5-1 创建向导图

然后，再根据弹出的提示，填写工程名称的相关信息如下图所示：

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图 5-2 工程命名图

最后点击“完成”按钮，于是创建了一个新的工程。

图 5-3 新工程图

接着，要双击位于最下方的新建设工程“PLC污水处理系统”后，打开工程浏览器，点击右侧新建图标，进入组态王6.55的开发系统：

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图5-4 组态王开发系统图

5.2.2 设计画面。

首先进入新建的组态王工程，点击工程浏览器“文件/画面”图标，然后再双击右侧新建图标，弹出对话框，再设置画面名称为“PLC污水处理“。如图所示

图5-5 设计画面图

然后点击“确认“按钮，弹出组态王画面开发系统，如下图所示：

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图 5-6 画面开发系统图

最后我们在组态王画面开发系统中根据任务需要画图。电脑上的具体流程如下图 所示：

图5-7 画面开发图

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图5-8 绘制画面图

图5-9 系统图

5.2.3 定义I/O口设备。

首先在工程浏览器左侧选择“设备”选项下的“COM1”图标，弹出弹窗并根据要求

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选择西门子S7-200系列。如下图所示：

图5-10 设备选择图

然后根据提示，填写各项信息，检查无误后，在最后的弹窗中点击“完成”按钮。

图5-11 设备选择结束图

5.2.4 构造数据库。

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首先在工程浏览器中选择“数据库”选项中的“数据词典”图标，根据弹出来的“定义变量”弹窗，定义I/O口变量.如下图所示：

图5-12 定义I/O口变量过程图

然后根据上一步，将设定好的I/O口变量和数据全部定义：

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图5-13 I/O口变量图

5.2.5 建立动画连接。

什么是动画连接呢？简单来讲就是把组态王所画的“画面图形”与上面数据库设置的数据变量之间构成联系，这个联系的基础上当设定的数据变量因为外部环境的变化而其值发生变化的同时，组态王画面上的图形对象，就会产生相应的动画效果以此来表达出这种变化,对于整个组态王监控系统而言，具有画龙点睛的妙用。首先任选开发系统中的部分，点击鼠标右键，选择动画连接选项。弹出如下图所示的弹窗:

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图5-14 设置动画连接过程图

然后，点击“确定“按钮，接下来在开发系统上部，选择”编辑”，在下拉菜单中选择”画面属性“或者直接在键盘上选择快捷键“CTRL+W”进入画面属性，如下图所示：

图5-15 设置画面属性过程图

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再选择“命令语言”，并且的编辑框内输入命令语言。最终点击文件，选择“文件”菜单下的“全部存”命令。

图5-16 定义命令语言图

5.3 组态王6.55的运行和调试

根据以上的设计，接下来我们要在西门子所配套的编程软件里编制此“基于PLC的污水处理系统—监控模块设计”毕业设计的程序，并且将其下载到S7-200PLC中进行运行调试，同时检查程序。在调试的时候，根据模块一点一点的分开调试，感觉每个模块都没有问题了，最后我们将每个模块进行整体的调试。在这个毕业设计的控制程序里，我们要根据系统中安装的超声波液位差计来感应外界环境的变化，并且根据反馈回的信息进行判断和处理，然后再进行相关的输出控制。

得出系统运行的结果。当整个系统已经通过了以上的调试后，我们接下来可以尝试在PCL系统控制方式里选择手动和白动的转换与控制。系统在启用自动模式的时候，挣个系统根据外部传感器所感受到的的状态对设备进行启动和停止的控制，此时进行的控制我们叫它闭环控制。当选用手动模式控制时，操作人员根据在操作室所观看到的各部分控制按钮的状态，再根据各个状态的变化，操控系统中各电机运行和停止。经过长时间的调试和运行，污水处理系统基本上达到毕业设计任务报告上所要求的水平。

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第六章 结论

临近大四毕业，总结这些年的所学所用的经历其实是极少的，在学校里学习到的知道要想把它确凿的运用到生产和实践中，通过这次PLC污水处理系统的设计，体会到了很多。在大三学的PLC还有，即使知道是自动化专业比较重要的课程，当时也并没有特别在乎它，等到最近这些日子真正的需要它时候，才拿起书本一点一点的翻看，学习。对于力控软件，我并没有采用，而是应用了组态王6.55，相比于力控，它确实相对来说难了很多，一步一步的学习，将所设计的方案与组态王想结合，着实是吃了不少的苦头，但也从根本上锻炼了我的独立思考能力和实践动手的能力。

其实，在我角度看来这次“基于PLC的污水处理系统，监控模块设计”的自动化毕业设计可以说并不是一个简单的综合系统，将PLC与组态王相结合来做设计，对于我来说也是一次全新的尝试，详细阐述了毕业设计任务书中污水处理的设计要求、污水处理的含义和发展、经过详细的考虑所设计的方案步骤、还有具体的软件和硬件设计以及依据组态王6.55所确立的监控系统方案等几部分，在污水处理的含义和发展这些方面，在网页上搜索了不少知识，就像当前“活性污泥法”在中国的城市污水处理厂中适用的范围最佳广泛，还有少部分稳定塘法、土地处理法，生物膜法及与其他处理工艺结合的工艺。而自1978年改革开放以来，中国伴随着世界经济的迅猛发展的同时，也在大规模的引进新的生产设备，新技术，污水处理得到了快速的发展，如A/O工艺，AB法，氧化沟法，SBR法等未来的污水处理技术应用前景广泛对其也有了初步的了解。硬件问题方面对于机械结构、硬件选型和PLC的外围电路和接线处的安排有些费脑筋，软件在与程序的编写和仿真，在仿真软件上进行程序的检查也耗费了一些时间。通过对组态王6.55软件的设计与应用，将整个系统与PLC进行了通信，在对系统的不断修改和调试后把污水处理控制系统的控制器西门子PLC的各种数据采集到上位机，污水处理厂的操作人员根本不需要去生产现场，就能在组态王上得到实时数据，以便于及时的优化控制处理厂作业，带来巨大的便利的同时，也提高了生产效率。

根据结果所显示，此次毕业设计获得了理想的效果，也基本满足了任务书的要求。

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致谢

我首先非常感谢毕业设计王艳芬老师，从论文的选题和安排论文的具体的内容, 都受到了王老师莫大的帮助，遇到不懂的部分就在QQ上咨询或者直接去王艳芬老师办公室那里请教，邯郸的天气渐渐的热了起来，狭小的办公室里挤满了人，而老师们都勤勤恳恳，热情洋溢，毫无怨言的认真给学生们讲解，这份认真负责让我很感动。诚挚感谢这些日子王老师对我的细心的照顾和孜孜不倦的教导，这篇毕业的设计的完成着实有着王老师的一番心血，值此论文完成的时候,向王老师致以崇高的谢意。

其次，感恩我的母校“河北工程大学”四年来对我的教诲，初入校门“善学善行，立德立志”便深深的印在了我的脑海里，而这句话也会伴随着我的一生，督促我继续奋进。在毕业设计期间，因为家里出现的一些变故，得所以请过了一阵子的假，在家各种事情忙的也没有做毕业设计，结果就是我在家忙的时候周围的同学在学校忙，等我回到学校赶着做毕业设计，才发现我的进度比舍友整整慢了一大截，慌乱的整理了所需的课本和网上知识，整个精力投入到这个“基于PLC的污水处理系统—监控模块设计”的毕业设计，想把所学到的西门子的PLC有关知识与组态王知识在污水处理这个课题实践中结合起来才发现不简单，懊恼荒废了那么多的时间。调整了思绪，刚刚开始的时候真的是一头雾水啊，努力的去回想老师上课教的东西，再结合网络上的视频教程一点点钻研学习，虽然感觉进度是慢了些，但却真实的感觉到大学生要对未知和不太了解的新事物怀有敢于探索的求知精神，在困难的时候受到了周围同学朋友的帮助和鼓励，使我感受到了同窗之间真挚的友情，他们的热心和陪伴帮我度过了大学最后的这个阶段，也让我学会了在毕业以后的学习和生活中，不要遇到问题就放弃，要敢于不怕失败不怕错误，在哪里跌倒就要在哪里爬起来，今天终于把毕业设计一点一点的完成，顿时心情舒畅了很多啊。顺利的完成了“基于PLC的污水处理—监控模块设计”的毕业设计，走完四年的大学生活，有快乐的同时也更多的是不舍哎、、、

最后再次衷心的感谢我周围老师同学朋友，谢谢你们给予了我一份美好的回忆，祝福你们身体健康，工作生活顺顺利利。

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参考文献

1) 殷洪义主编，《可编程序控制器选择、设计与维护》，北京机械工业出版社，2002年11月。 2) 赵广林主编，《Protel99SE电路设计与制版》，北京电子工业出版社，2005年2月。 3) 江永富，廖晓梅，《PLC上位机监控系统设计》，微计算机信息2002年18卷9期论文。 4) 郭华，《基于PLC与组态王的污水处理系统》，华广学院电子信息与机电工程学院2013年4月。 5) 何献忠，《工业污水处理的PLC控制应用》，湖南冶金职业技术学院，2004年4月。 6) 钟坤，张培山，《基于PLC的污水处理厂自控系统的实现》，2006年1月

7) 董淑冷、茅红伟、唐晓俊，《PLC在污水泵站控制系统中的应用》，制造业自动化，2008年6月。 8) 黄阳辉，《基于PLC和现场总线污水处理厂监控系统的设计》，有色冶金设计与研究2009年第

20卷4期。

9) 赵芳，李从冰，《基于PLC的污水处理控制系统》，工业控制计算机，2006年4月

10) 凌军，刘明全，朱德胜，《PLC在污水处理提升泵房自控系统中的应用》，机电工程技术，2008

年4月。

11) 方承远，张振国 ，《工厂电气控制技术》，机械工业出版社，2002年10月。 12) 孙伟娜，《基于PLC的污水处理系统研究》，沈阳航空工业学院报告，2007年6月。 13) 袁秀英，《组态控制技术》， 北京电子工业出版社，2003年7月。

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附录1 硬件接线图

CPU226接线图

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附录2 程序梯形图

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S7-200程序梯形图

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