毕业设计（论文）基于PLC的养殖场的污水处理控制系统.doc

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1、目 录1前言（绪论）12总体方案设计22.1养殖场的污水处理控制系统项目要求分析22.2养殖场的污水处理控制系统方案的提出与选择22.2.1方案一的提出22.2.2方案二的提出32.3系统方案的框架设计42.4 远程控制系统设计43养殖场的污水处理控制系统分析63.1污水处理控制系统的功能分析63.2污水处理控制系统的组成73.3污水处理控制系统的工艺设计说明73.4污水处理控制系统的功能分析83.4.1污水处理控制系统的输入信息分析93.4.2污水处理控制系统的输出信息分析103.4.3污水处理控制系统的中间元件表104养殖场的污水处理控制系统的硬件设计124.1污水处理控制系统的硬件选型1

2、24.1.1污水处理控制系统的PLC的选型124.1.2污水处理控制系统的电气元件选型124.2污水处理控制系统的总电路图设计174.3污水处理控制系统的PLC的外部接线图设计184.4污水处理控制系统的控制柜设计195养殖场的污水处理控制系统的软件设计215.1控制系统程序的结构设计225.2控制系统的程序模块设计235.2.1控制系统的公用程序的设计235.2.2控制系统的工作模式程序设计256监控系统组态软件的设计366.1组态软件的选择366.2易控组态软件的介绍366.3上位机监控画面开发376.4组态软件的变量的设置396.5 I/O通信的配置416.6动画的链接446.7脚本程序

3、的设计457系统的综合调试507.1综合调试的平台507.2综合调试的步骤507.3调试程序的设计507.4整体的综合调试518结论579总结与体会5810谢辞（致谢）5911参考文献60附录1：系统的元器件清单61附录2：传感器电源模块PCB图62附录3：外文资料翻译631前言（绪论）随着生活水平的不断提高，人们对肉类的食品的需求量也在逐渐的增大。有市场便有需求，很多大大小小的养殖场也开始兴建起来。尤其在农村，百姓可以通过养殖业来发家致富，使生活水平得到提高。在一定程度上，虽然养殖场可以带来经济效益，但是养殖场的副产品成为了一个问题。养殖场的副产品主要包括粪便和污水，粪便可以作为农家肥，用于

4、农业生产，但是对于养殖场所产生的污水就很棘手，如果不经处理就排放，不仅会严重的污染水源，而且对空气也会造成严重的影响，产生难闻的气味。没有经过任何处理的污水直接排放的话会严重污染环境，导致空气的质量下降，空气中到处充满难闻的气味，同时如果直接排到水里，会使水中的营养化变得严重，水中的植物会大量繁殖，导致水中的营养成分减少，带来严重的后果。养殖场的污水主要成分是动物的排泄物和冲洗圈舍的水，属于高浓度的有机污水。废水中含有大量的氮、磷等成分。为了能够达到排放的标准，需要设计一套比较完整的处理工艺的系统,来提高水质的质量，达到排放的标准，改善环境，节约水资源。为了使经济、环境和可重复性发展的三者之间

5、紧密的结合一起，设计一套养殖场的污水处理控制系统具有积极的意义。有关环境保护的问题，国家已经提出了污染源都必须达到排放的标准，对污水进行相应的处理使得可以循环再利用，这样主要有两点好处：一是可以改善环境，二是可以节约水资源，极大改善养殖场的环境和效益问题。采用简单的处理工艺，PLC的控制技术，新型传感器的使用，这将为解决养殖场的污水处理问题提供了很好的解决方案。为了解决上述有关养殖场的污水处理的相关问题，本设计将以此为背景展开，设计养殖场的污水处理的工艺系统的组成、污水的处理方式、PLC的控制系统设计、监控组态软件的远程监控等内容。通过该系统处理的污水可以达到排放的标准，以及水体可循环使用。可

6、以极大的改善养殖场的环境问题，使养殖场更加的干净，节约水资源。同时，使用该污水处理控制系统所产生的澡气可以通过储气罐收集起来，再供给燃气灶使用，作为燃料，可以极大的节约燃烧煤炭或者电能所支付的费用。除此之外，污水处理控制系统浓缩产生的废渣可用于农业的生产，用农家肥不仅可以节约买化肥所花的钱，还可以提高农产品的质量，做到绿色无公害，对人们的身体健康更具有积极的作用。该控制系统具有现场监控和远程监控的功能，通过远程监控可以极大的方便用户，上位机的人机界面可以实时显示出系统的工作状态以及系统的相关数据，达到了预期设计的目的。 2总体方案设计2.1养殖场的污水处理控制系统项目要求分析养殖场污水的主要特

7、点是排放比较集中、水解酸化比较快、沉淀性能比较好（沉淀物主要是粪渣）、机物的浓度相对较高。针对现在的大多数的养殖场而言，收集粪便主要采用干清粪的方法，所以污水的来源主要是冲洗圈舍的冲洗水。通过以上对养殖场的污水特点的分析，处理养殖场的污水可以采用物理沉降法、化学反应法和生化反应法等传统工艺。在这几种的方法中，运用物理处理方法是最直接的，也是最省钱的。通过沉降可以首先将不容物从污水中过滤出来，而要想去除污水中的微生物和有机物、细菌等成分就得将生物处理法和化学反应法结合使用，从而达到去除有机物的目的。养殖场的污水完全不同于工业污水，不含有重金属，所以设备相对于处理工业的污水的设备就要简单一些，成本

8、也要相对低一些。出于成本的考虑，养殖场的污水处理系统要在保证能实现功能的前提下，尽可能的节约成本。系统的装置如图2.1所示：图2.1 污水处理控制系统装置图2.2养殖场的污水处理控制系统方案的提出与选择2.2.1方案一的提出传统的自动设备的控制部分是由继电器、热保护器、接触器等部件组成的逻辑控制电路。其中的逻辑控制电路是由继电器及其相应的触点组成的，其逻辑关系已经固定在接线的方式上，要想改变逻辑控制的功能就必须重新改变逻辑电路的连接方式，这样做的严重的缺点就是不能灵活的变更。如果改变逻辑控制的方式，那么所带来的工作量会相当的大，相当的繁琐，而且对于特别庞大的系统来说，所应用继电器和接触器的数量

9、也会相应的增加，使得系统的电路变得庞大，线路显得也会比较复杂，对于这种电路而言维修也是相当的困难。对于继电器控制的逻辑电路逻辑功能性是比较强的，只有比较专业的人员才能够胜任电路的设计。这种设计的方法是非常灵活的，不同的人设计出的电路也是不一样的，这种电路的设计主要与设计员的经验有直接关系。 继电器的结构原理图如图2.2所示： 图2.2 继电器原理图2.2.2方案二的提出随着电子技术的飞速发展，PLC是在集成模块、智能化技术基础上开发出来的一种新型的自动控制装置，它使用非常的方便、配置简单、工作的可靠性比较高、不占用装备空间等优点，所以在自动控制领域的使用是十分广泛的。尽管PLC延续了继电器的逻

10、辑控制原理，但它是一个智能化的控制系统，有着单片机的控制方式和特点。而在常规的控制电路中的所有控制逻辑电路都是同时工作的，这对于电路的设计而言是比较复杂的，而PLC在通电和断电的顺序上根本就不存在先后的问题，为并行的工作方式。这在一定程度上，使得电路的逻辑设计得到了简化，使设计变得更加的容易了。 通过上面的继电器的逻辑控制和PLC控制电路进行比较的话，可以得出PLC具有易编程、可替换性强、体积小、控制线路简单等突出优点。如果想改变电路的控制功能，只需要重新编写PLC的程序，编写之后再下载到PLC中即可，这一点的便利是继电器逻辑控制电路所完全不能够比拟的。由此可见PLC在自动化逻辑控制方面有着明

11、显的优势，所以本系统采用PLC进行控制。2.3系统方案的框架设计在养殖场的污水处理过程中，需要控制的设备比较多，之间的逻辑结构也相对复杂，出于对方便操作、易维护等方面的考虑，所以选择PLC作为该套系统的控制机构。整个系统的开发结构如图2.3所示： 图2.3 系统的控制结构图该系统的方案采用易控作为远程监控的平台，利用网络进行对该设备进行远程实时的控制、管理等工作，而系统的控制柜是用来控制系统的工业现场。2.4 远程控制系统设计远程控制是指对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。PLC有多种的通讯接口，有很强的联网、通信的能力，并不断有新的联网的模块与结构退出。远程控制可提升PLC的控制能

12、力、扩大控制地域及提高控制效益。总之，远程控制也是PLC的应用的重要方面。远程控制则是使在信息化额定基础上的自动化的拓展，能从局部级，发展到全局的生产级等。这种大规模的、大范围的自动化、信息化，将具有更大威力及得到威力及得到更大的效益。本系统是基于组态软件的网络发布的功能的远程控制功能，一般的组态软件都提供网络发布的功能，就易控组态软件而言，通过它提供的网络版，可允许用户进行远程控制。污水处理控制系统的结构图如图2.4所示：图2.4 系统的结构图在目前未来的世界里，网络的应用无处不在。目前，大多数的网络版的组态软件都是在原有单机版的基础上改编的，在许多的关键性的细节技术上还不能满足需求，真正为

13、网络量身打造的组态软件几乎没有。利用网络的优势，可以做到无限客户端，真正做到远程操作，远程维护，给用户提供100%的IE平台，非常的方便使用。与传统的网络相比，网络的拓展也是比较容易的。所以选用网络组态软件作为远程控制的平台是非常方便的。3养殖场的污水处理控制系统分析3.1污水处理控制系统的功能分析 养殖场的污水从养殖场出来储存在污水集水池中，等待污水处理控制系统的处理，当启动污水的处理系统后，污水被水泵吸到沉降罐中，开始沉降，当沉降的时间到达之后，上清液流进过滤罐，而沉降罐中的沉降的污泥流到浓缩干化罐中，等待处理；过滤罐中分为三级过滤，而且第一级过滤、第二级过滤、第三级过滤是同时进行的，这样

14、设计能够提高系统的效率。经过过滤的工艺处理后，过滤后的液体流进生化氧化罐中，而过滤罐中的过滤物从罐体下面的放污口流出去，同样流到浓缩干化罐中进行处理。 流进生化反应罐的液体等待生化的处理，在进行生化的过程中，会产生澡气，产生的澡气用储气罐收集起来，用于燃气灶的使用，同时紫外线对水体进行杀毒处理。当水体的PH值达到要求之后，流经氧化罐，液体放到接触氧化罐中，经过氧化处理，并进行加热处理，当液体的温度和溶氧量达到设定的要求后，上清液流到储水罐中储存起来，同样接触氧化罐中反应产生的沉降物从下面的排污口放到干化浓缩池中进行处理。 而储存在储水罐中的水可以直接排到田地中进行灌溉，也可以直接储存起来，用于

15、冲洗养殖场的圈舍。进过浓缩干化处理的污泥可以直接装车，也可以先对进行发酵处理，在将其放到田地中，可以取代化肥。用农家肥不仅可以使农作物长得更加的茂盛，而且人类吃了这种作物，还有利于身体的健康。 养殖场的污水控制系统的工艺过程如图3.1所示：图3.1 污水控制系统的工艺过程 由此可见，经过这套养殖场的污水处理控制系统处理之后，使得农业的经济产业链得以形成。养殖场的养殖可以创造经济价值，而污水经过这套设备也可以重复使用，达到变废为宝的目的，资源合理利用，保护生态环境的目的。3.2污水处理控制系统的组成 养殖场的污水处理控制系统的输入是由两部分组成的：控制面板和检测信号。控制面板的输入主要指的是控制

16、柜上的控制按钮，通过控制按钮可以控制系统的工作状态，以及系统的模式选择等。而检测信号指的是罐体的液位传感器，PH的检测传感器、溶解氧的检测传感器、温度传感器等。 而PLC的输出端控制的主要是水泵、电机、搅拌器、加热器、紫外线发生器、指示灯等。 污水处理控制系统的控制柜对污水处理的现场进行控制，通过控制柜上面的按钮对设备做出相应的动作指令。工作人员可以通过观察控制柜上面的相应指示灯来判断系统的工作状态以及相应的工作步骤。 而上位机的监控，采用的是易控组态软件。通过组态软件可以对系统的工作状态远程进行监控，在控制界面上，不仅反映出系统的工作过程，而且能够完成数据的采集、报警显示、状态报表等一系列工

17、作。远程控制是指对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。PLC有多种的通讯接口，有很强的联网、通信的能力，并不断有新的联网的模块与结构退出。远程控制可提升PLC的控制能力、扩大控制地域及提高控制效益。总之，远程控制也是PLC的应用的重要方面。远程控制则是使在信息化额定基础上的自动化的拓展，能从局部级，发展到全局的生产级等。这种大规模的、大范围的自动化、信息化，将具有更大威力及得到威力及得到更大的效益。 3.3污水处理控制系统的工艺设计说明 处理养殖场的污水不同于工业上的污水，处理养殖的污水主要应该从功能、效果、经济、结构等几个方面来考虑。 养殖场的污水处理控制系统应该具备以下的特点：（1

18、）功能完善。一个系统要是能够长期稳定的工作，必须保证系统安全可靠的运行。设计系统时，就必须设计好系统的安全报警功能。在系统出现问题时，要能够及时的响应，使系统停止工作。保障系统的各个元件功能上的完好。应该具备多种的工作方式，以备在不同的情况下使用不同的工作方式，来达到预期的目的。（2）处理效果。处理效果就是使用该设备所要达到的最终目的，也是衡量设备好坏的重要依据。（3）是否经济。在设计整个系统时，要在保证系统安全可靠运行的前提下，尽量做到节省经济。假如处理污水所花费的费用都大于了养殖场的收益，那就得不偿失了。 （4）设备结构。设备结构的简单与否，不仅决定了设备的占地空间的大小，还与设备的正常操

19、作和日常管理有着密切的关系。所以，在保证安全、功能效果的前提下，要做到节省空间，尽量使设备小型化。系统的工艺流程图如图3.2所示：图3.2 系统的工艺流程图3.4污水处理控制系统的功能分析根据系统的功能要求，为PLC的I/O口分配相关的功能变量。3.4.1污水处理控制系统的输入信息分析系统的输入表如表3.1所示：表3.1 系统的输入表名 称功 能功 能SB1启动按钮X0SB2停止按钮X1SB3放水按钮X2SB4停水按钮X3SB5单循环按钮X4SB6自动按钮X5SB7半自动按钮X6SB8装车按钮X7S1沉降罐上限X10S2沉降罐下限X11S3过滤罐上限X12S4过滤罐下限X13S5生化罐上限X1

20、4S6生化罐下限X15S7氧化罐上限X16S8氧化罐下限X17S9储水罐上限X20S10储水罐下限X21SB9放料按钮X22S11沉降罐故障检测X23SB10放料停止X24S12储水罐中间传感器X25SB11沉降按钮X26SB12过滤按钮X27SB13生化按钮X30SB14氧化按钮X31S13过滤罐故障检测X32S14生化罐故障检测X33S15氧化罐故障检测X34S16PH检测传感器X35S17压力传感器X36S18温度传感器X37S19溶解氧传感器X403.4.2污水处理控制系统的输出信息分析系统的输出表如下图所示：表3.2 系统的输出表名 称功 能编 号KM2控制沉降罐进水电机的接触器Y0

21、KM3控制过滤罐进水电机的接触器Y1YV1一级过滤阀Y2YV2二级过滤阀Y3YV3三级过滤阀Y4KM4控制生化罐进水电机的接触器Y5YV4澡气阀Y6KM5控制生化罐搅拌器电机接触器Y7KM6氧化罐进水电机的接触器Y10YV5加絮凝剂阀Y11KM7控制氧化罐搅拌器电机接触器Y12KM8储水罐进水电机的接触器Y13HL1储水罐已满状态指示Y14YV14氧化罐放水阀Y15KM9控制沉降罐进水电机的接触器Y16KM10控制干化罐风机的接触器Y17KM11控制干化罐加热的接触器Y20KM12控制压缩活塞的接触器Y21KM13控制氧化罐风机的接触器Y22KM14控制氧化罐搅拌器的接触器Y23YV15放料阀

22、Y24YV16放水阀Y25HL2故障指示标志Y26YV17控制紫外线发生器的接触器Y27YV18控制氧化罐加热器的接触器Y303.4.3污水处理控制系统的中间元件表污水处理控制系统除了有输入、输出的量之外还有中间元件，中间元件主要表示PLC的某些状态，提供时钟脉冲和工作标志（如进位、借位等），设定PLC的运行方式，或者用于步进顺控、禁止中断、设定计数器是加计数还是减计数等。系统的中间元件表如表3.3所示：表3.3 系统的中间元件表M0工作标志M5自动工作标志M1干化罐工作标志M6半自动动进沉降罐标志M2储水罐防爆标志M8半自动动过滤罐下放 M3报警指示灯M9半自动生化罐进水标志M4半自动工作标

23、志M10半自动过滤罐下放标志M11半自动氧化罐进水标志M15单循环工作标志M12半自动氧化罐工作标志M16故障检测标志M13半自动储水池进水标志M17有无污水检测标志M14半自动氧化罐下放标志T0沉降罐放水时间T1过滤罐放水时间T6过滤罐搅拌时间T2氧化罐搅拌时间T7生化罐搅拌时间T3氧化罐放水时间T8氧化罐搅拌时间T4干化罐工作时间T9压缩罐工作时间T5氧化罐下放时间T10有无污水检测时间 4养殖场的污水处理控制系统的硬件设计4.1污水处理控制系统的硬件选型 在任何电路中，硬件元件的选型都是非常重要的，因为无论什么样的电气元件，它的额定电压都是固定不变的，如果电路中加载到电气元件的电压高于了

24、元件的额定电压，它就有可能发生爆炸的危险。那是不是电气元件在使用时，原则的额定电压越大越好呢？肯定不是。比如说热保护元件，如果选择的额定电压过大的话，就会出现在电路中的电流过大的情况下，不能够对电路及时的进行保护，就很有可能烧坏电路中的其他电气元器件。所以，在一个电路控制系统中，选择合适的电气元件对电路而言是十分必要的，它是决定额电路系统的关键因素。4.1.1污水处理控制系统的PLC的选型出于多方面的考虑，我选用了FX2N-80MR PLC。实物图4.1图所示：图4.1 PLC的实物图之所以选用该型号的PLC，主要原因有以下几个原因：（1）FX2N 配置相对比较灵活。本系统设计共需要I/O共5

25、8点（输入33点，输出25点），为了保证设计的需要，所以选择合适的数量输入输出口的PLC。（2）在选择PLC的型号时，要为日后的装备拓展留有余量，PLC的输入输出口留有10%15%为宜。（3）FX2N 指令功能也比较丰富，且指令的执行速度比较快。 33个输入点主要包括控制按钮、启动按钮、停止按钮、模式选择按钮等，25个输出点主要包括电机的控制的继电器的线圈、搅拌器的电机、加热器、紫外线发生器等装置。4.1.2污水处理控制系统的电气元件选型在本控制系统中，电气元件主要包括按钮、继电器、接触器、热保护器、液位传感器、电机等，下面分别介绍各个元件的选型：（1)按钮的选型因为按钮是安装到PLC的输入口

26、的，所以流过按钮的电流不是很大，所以选择的按钮的额定电流值不需要太大。之后考虑的就是按钮的额定电压的问题，该按钮用在的是AC220V 50HZ的环境下，选择质量相对好一点的，坚固耐用的就可以了。通过综合考虑，决定选用LA19-11按钮，该按钮为自复位性平钮，1常开 + 1常闭型，颜色有绿、红、黑、蓝、白、黄六种颜色可供选择。在本系统中，启动按钮选择绿色的，停止按钮选择红色的，急停按钮选择红色的，控制按钮也选择白色的。主要技术参数如下：开孔：24.5额定电压：660V约定发热电流：1th 5A开关额定值：220V/4A按钮的实体图如图4.2所示： 图4.2 按钮的实体图（2）电动机的选型该系统中

27、的电动机主要用于搅拌，以及风机的控制等操作。选用的是全封闭自扇冷式的鼠笼型三项异步电动机，型号为ZL65-20。启动电流的大小为20安培。电动机的实物图如图4.3所示：图4.3 电动机的实物图（3）自吸泵的选型由于系统中使用的沉降罐、过滤罐、生化罐、接触氧化管、储水罐的进水都需要由水泵供水，出于使用条件的考虑，优先选用自吸泵。自吸泵上面的电机的启动电流的大小为17安培。自吸泵的实物图如图4.4所示： 图4.4自吸泵实物图进出口径相同，并且进出口可以安装在同一个水平线上。由于自吸泵具有上述的众多优点，所以采用自吸泵，不占用空间，运行也是非常可靠的。（4）空气开关的选型空气开关是断路器的一种，如果

28、电路中的电流大于空气开关的额定电流，那么空气开关就会迅速的做出反应，自动切断电路，从而达到保护电路的目的。除此之外，空气开关对电气设备所发生的短路故障、过载、以及掉相等常见电路故障都能做出及时的保护，保护电路的安全运行，可以说空气开关就是电路的守护神。 由于在本系统中，使用的设备是电动机以及电磁阀，在电动机启动时，会产生很大的启动电流，所以在选用空气开关的时候需要考虑启动电流对电路的影响。经过综合考虑，在此系统中所选用的空气开关的型号是DZ47-60A C45。虽然本系统中含有多个电机，但是每个电机都是间接启动的。所以为了保证每个电机都能够顺利启动，要保证空气开关的额定电流大一些要好。空气开关

29、的实物如图4.5所示： 图4.5 空气开关的实物图（5）接触器的选型 接触器主要用于大电流设备的接通及分断电之用，适用于电机的工作过程的控制。选择接触器主要应该考虑接触器应该具有防抖颤的特性，吸持的特性比较好，节能等关键因素。 在本设计中接触器选用的型号是EB9-30-10。由于接触器的触头端接的是电机和泵类。在电机的启动的时候，所产生的启动电流是非常大的。为了保证顺利启动，所以选择的接触器的额定电流一定得大于电机启动电流。选用该型号，该型号的接触器的体积比较小，不占用空间。并且载流的能力比较强，工作特性也可以。接触器的实物图如图4.6所示：图4.6 接触器的实物图 （6）热过载继电器的选型热

30、过载继电器主要是通过控制电流的大小，来达到保护电路的作用，当电路中的电流多大时，热过载继电器就会做出相应动作，断开电路，从而达到保护系统电路的目的。由于热过载继电器接的是三相电机，启动电流是比较大的为保证正常启动，脱扣电流的额定值也应该相对大一些。经过综合考虑，选择热过载继电器的型号为T25DU4.0。该元件具有整定电流设置等级，环境温度补偿，自由脱扣结构，缺相保护，复位测试等功能。这些功能完全能够满足该套控制系统的控制要求。该元件的主要参数如下所示：脱扣等级：25A；防护等级：符合EN50274标准，防止手部接触；实物图如图4.7所示：图4.7 热过载继电器实物图（7）液位传感器的选型由于该

31、系统的液位传感器的工作条件比较恶劣，所以不能选用浮球式的，因为浮球式的在管体内工作可能会被卡住，所以本设计采用的是光电液位传感器。液位传感器的实物如图4.8所示：图4.8液位传感器的实物图（8）压力传感器的选型 在本系统的生化反应罐中，发生生化反应的时候会产生澡气，为了保证澡气罐的安全，所以在罐体安装压力传感器，选择HM10型号的传感器。当压力过大（大于10Kpa）时，传感器做出反应，切断系统的电源。压力传感器的实物图如图4.9所示：图4.9 压力传感器（9）PH传感器的选型 为了保证系统处理的污水的PH值达到要求，在系统中安装了PH只检测的传感器，该传感器能够准确的测出PH值的大小。由于养殖

32、场的污水呈现弱酸型，当生化反应之后的PH值6.1以上后，传感器就接通，做出反应。传感器的实物图如下图4.10所示：图4.10 PH传感器（10）温度传感器的选型由于物质的反应的速度与温度有直接的关系，为了提高反应的速度，本系统采用加温的方式加快反应的速度。为了方便，直接选用响应温度可设置的温度传感器。当反应的温度达到55时，传感器做出反应信号，等待PLC做出相应的处理。实物图如图4.11所示：图4.11 温度触感器（11）溶解氧传感器的选型主要是为了检测水体的含氧量。含氧量是检测水质的重要指标，所以在本系统中采用了该传感器。实物如图4.12所示：图4.12 溶解氧传感器4.2污水处理控制系统的

33、总电路图设计养殖场的污水处理控制系统的主电路原理图主要由水泵的电机、搅拌器的电机、装载机的输送带控制电机，以及各部分电源组合而成。其中包括PLC的供电电源，PLC的负载电源，而对于附属电路AC 24V是为了给传感器供应电源的。但是，有一点是要值得注意的，就是传感器所用的电压是直流24V，由于在总电路原理图中没有绘制整流部分，所以在此输出的电流是不能够直接供给传感器的，必须经过整流部分，再为传感器提供电源。污水处理控制系统的总电路原理图如下所示： 图4.9 污水处理控制系统的总电路原理图传感器的电源部分电路如图4.10所示：图4.10 传感器的电源设计 由于传感器的电源的电压是直流24V,在图4

34、.9中的传感器的电压经过变压器变压之后，产生的是交流电24V，所以要想为传感器供电，就必须有一个电源处理模块。上图中的电源模块是由变压、整流、滤波、稳压几个过程将变压器产生的交流电转化为稳定的直流电，为传感器供电。本电源的稳压模块直接采用7824模块对电压进行稳定。输出端采用两个电容进行滤波。其中的小电容C2的电容值较小，它的作用主要是滤除输出断的高频信号，而电容C3的电容值相对较大，在低频信号的条件下，容抗是比较大的，起到稳定电压的作用。4.3污水处理控制系统的PLC的外部接线图设计PLC的外部端子接线如图4.11所示： 图4.11 PLC的外部接线图在设计PLC的外部接线的时候，出于考虑节

35、省PLC的输出口，将控制柜的前面板的指示灯并联在相应控制的状态步的电磁阀上，这样设计可以更加的合理和经济。4.4污水处理控制系统的控制柜设计 控制柜的设计包括两个内容：一个是控制柜的前面板的设计，另外一个就是控制柜内部电气元件的布局与安装等工作。控制柜的前面板主要包括控制按钮、以及相应的状态指示灯。将系统的控制按钮安装在一起，这样便于对系统进行控制。在本系统中，设计有三种工作的模式，将这三种工作模式的按钮设计在一起，并将相应的指示灯也安装在一块，这样有利于合理的从控系统。同时，将储水罐的控制按钮以及所对应的指示灯都放在一起来控制。控制柜的设计图如图4.12所示： 图4.12 控制柜的设计图 控

36、制柜的内部由继电器、热继电保护器、空气开关、PLC、熔断器、接线端子以及导线等构成。在设计控制柜之前，需要考虑以下几个问题：（1）控制柜的可操作性和维护性工作。在设计控制柜的内部安装的时候，要为今后电气元件的更换流出来足够的操作空间，要以安全、方便为主。（2）控制柜上的状态指示灯要安装在工作人员容易看到的位置上，同时控制按钮要安装到人们人容易操作的地方。（3）在设计之前，要为以后的功能拓展、性能改造考虑一下，所以在进行电气元件的安装时，就要为日后的工作留出一定的拓展空间。（4）对控制柜的接线线缆应该进行适当的支撑和固定，这样做不仅可以使控制柜的内部看起来比较有条理，而且又提高了线缆的抗拉能力。

37、（5）在对控制柜内部的各个电气元件进行接线的时候，PLC的上面有防尘罩，安装的时候不能够将防尘罩去掉，以免工作的时候不小心将导线的碎屑掉到PLC的内部，影响PLC的正常使用。（6）布线安装结束后，一定要将PLC的防尘罩去掉，因为在PLC工作的时候，内部元件会产生一定的热量，如果不将PLC的防尘罩去掉的话，就会影响PLC的正常工作，不利于PLC的正常散热。（7）接地保护的问题。在电路正常的运行条件下，地线是没有电流流过的，只有电路发生故障，或者外部的条件因素造成的问题，地线中才会有电流流过。 5养殖场的污水处理控制系统的软件设计 采用梯形图的方式编程是常规控制电路的设计思路，用梯形图编程可以实现

38、各种各样的控制要求。由于系统要尽量做到比较完善，所以应该事先将考虑的问题先列举出来，避免遗漏其中的细节。在对养殖场的污水处理控制系统的PLC程序设计前，应该优先考虑到以下问题：（1）当储水罐中的水储满时，不能将水继续往储水罐种种注入，这时必须停止系统，并发出警示 （无论在何种的工作模式下）。（2）在自动、半自动、单循环的三种工作模式下，不能让三种工作模式的按钮同时按下，如果同时按下，并且系统都做出相应，就会导致系统发生混乱。所以在选择了某一种的工作模式后，必须将系统停下来，之后再去选择其他的模式，这样才能保证系统的工作模式不发生混乱。（3）选择自动的工作模式时，必须保证过滤罐、生化反应罐、氧化

39、罐中没有残留的液体，这样才能保证在自动的工作模式下，某个罐中没有剩余，不至于让多余的液体从下放排污口流出去，造成水量的浪费。（4）在其他罐中有残留液体时（沉降罐中有多余的液体除外，必须只能选择半自动的工作模式，只有将残留的液体处理掉后，才能选择自动模式和单循环的工作模式。（5）当储水罐中的水量达到上限时，并且系统已经给出了相应的提示，必须保证将罐中的水放掉一部分之后（放掉水的量要大于接触氧化罐所能容纳的容积），这样才能保证在之后的工作中能够顺利的进行，自动的工作模式和单循环的工作模式下，当液体放掉一定的体积后，能够自动执行完接下来的过程。（6）在设计系统时，必须设计故障的报警功能，在本系统中，

40、采用了十一个电动机，对电动机采用继电器的硬件保护方式，对于罐中的液位防爆满采用软硬件结合的方式来进行处理，即在罐体的上端放置一个检测液位过高的液位传感器。当某个液罐中的液位过高时（可能是某个传感器的故障或者其他别的原因），这时系统要对用户进行故障报警，并且要及时停止整个系统的工作。必须等到故障的解决之后，才能正常启动污水处理控制系统，否则处于停机的工作状态。（7）当执行半自动模式时，如果系统检测到沉降罐之外，其他几个液罐中有一个罐中有液体时，在这种的情况下，要是先按动沉降按钮，那么系统是不会做出反应的，必须按动罐体中有液体的相对应的按钮，这样设计的原因是为了保证系统的中残留的液体尽快的处理掉，

41、以等待之后的模式选择。（8）节能。当系统工作在自动的工作模式下，在储水罐不满时，系统就会不断的循环下去。如果养殖场的污水池中的水没有了，系统改怎么办呢？必须停止。即用沉降罐的进水阀和沉降罐的低位传感器进行判断。5.1控制系统程序的结构设计 为了满足系统在实际运用中的需要，所以需要系统具有多种工作方式。在本系统中设计的工作模式包括半自动的工作模式、自动的工作模式、单循环的工作模式。半自动程序的编写相对来说比较容易，一般用逻辑经验控制法就可以完成。而对于复杂的自动程序则用顺序控制法进行设计。自动程序的运行对硬件的可靠性要求是非常高的，如果在系统中的机械开关、光电开关、传感器等部件不能提供正确的反馈

42、信号，自动控制程序是无法自动完成的。在这种情况下，为了保证生产能够正常的进行，需要改为半自动的工作方式，通过半自动的工作方式，将系统还原到能够满足自动的工作模式下，当系统条件满足之后，再选择自动的工作模式。 用半自动操作方法使系统进入自动程序的初始条件满足的情况下，再切换到自动的工作模式或者是单循环的工作模式。 系统的程序结构如图5.1所示： 图5.1 程序的结构图在上面的程序结构图中，当自动工作标志为ON时，半自动的工作标志就为OFF（为了保证系统的工作正常稳定。不能将系统的工作模式混乱，否则会导致系统出现问题），之后程序就会跳转到P1，由于半自动的工作标志为OFF，所以执行自动程序。相反，

43、当半自动的工作模式为ON时，自动的工作模式就是为OFF状态，在此时跳转到P1的指令就不会执行，直接执行半自动程序。跳转指令“CJ P63”跳转到END 指令处。5.2控制系统的程序模块设计系统的程序结构主要由公用程序、模式选择程序、自动程序、半自动程序、报警程序五大块组成。5.2.1控制系统的公用程序的设计公用程序主要由于在使用自动程序和半自动程序的进行相互切换的处理。而对于半自动模式、自动模式、单循环模式的共同需要处理的步骤也需要用公用程序来处理。公用程序的状态标识的写法如图5.2所示： 图5.2 公用程序的状态标识使用PLC的中间辅助继电器可以指示软件中的状态，对后面的程序控制起到更加好编

44、写的作用。程序中的M0指的是工作标志。当按下启动按钮之后，工作标志M0接通，表示系统的开关已经打开，等待进入模式选择的步骤。但是在进入系统工作的模式选择之间有两个前提条件：一是系统没有故障；二是系统的储存污水的水池中要有污水。系统的故障检测是根据硬件电路的液位传感器和相应的检测程序共同作用完成的。在后面的故障报警模块中会详细的介绍，在这里就不在赘述。而对于储存污水的水池中有无污水的检测是出于节能的问题考虑的。首先，污水处理控制系统就是处理污水的，如果系统中都没有要处理的污水，就启动系统工作。那么就会白白的消耗掉电能，这是得不偿失的事。由此可见，要想使系统能够新启动工作，必须保证有要处理的污水。

45、系统必须能够检测出这一点，这样才是系统能够启动的前提。而第6步的意思是储水罐中的水达到上时，中间继电器M2就会接通，有利于后面的程序作出相应的反应，不至于让储水罐中的水压过大，达到保护系统的硬件的目的。具体的保护程序在后面中会介绍。第18步指的是系统中干化罐的工作状态。由于系统中还有引用中间继电器的作为工作标志的，由于受篇幅的限制，在这里就不做过多的介绍，原理和作用都是一样的。下面介绍公用程序中最重要的一块电路，如图5.3所示：图5.3 系统的公用程序这块电路公用程序中比较重要的，跳转指令“CJ P1”的指针P1在图5.1中。在半自动工作标志和首次扫描时（M8002为ON），将顺序功能图中的非初始步对应的状态（S0S30）进行平凉的复位，然后将初始步S0置位，此外还将所有的输出继电器复位。这样设计的目的就是防止工作方式进行切换时发生混乱，这块程序的目的就是防止异常情况的发生。下面介绍公用程序的放水控制程序，如图5.4所示： 图5.4 系统的放水控制程序 在