3 污水处理系统的硬件设计
3.1污水处理的过程和设备控制过程
3.1.1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。
3.1.2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。
3.4PLC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
4 污水处理系统的软件设计
4.1PLC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
4.4仿真运行结果与分析
本文中的污水处理系统程序分为手动模式和自动模式两种。当设备正常工作时，对污水处理问题可以通过自动控制方式进行。而当设备处于故障状态时，可以通过人工去进行手动操作，从而确保系统正常运行。结合两种不同方式，有助于确保系统可以实现正常的运转[15]。
(1)手动模式
按下I0.0和I1.0，这时系统处于手动状态下，依次按下I1.3、I1.4和I1.5，这时Q0.2、Q0.3和Q0.4依次运行，当运行到设定值时，她们依次关闭，这时按下I1.1，使得系统中的Q0.0运行，使下潜滗水器运行，经过一段时间后，按下I1.2，使得Q0.1运行，上升滗水器开始运行。当达到其设定值后自动关闭，从而排出污水。
(2)自动模式
按下I0.0、I0.1、I0.2和I0.3，这时系统处于自动状态，Q0.1、Q0.2和Q0.3将同时开启。当ADD_DI数值比较指令达到设计中相对应的给定值时，输出Q0.1、Q0.2和Q0.3将逐步复位，这时系统处于静置状态，Q0.0输出置位，下潜滗水器开启，经过一段时间后，Q0.0输出复位，下潜滗水器停止，这时输出Q0.1置位，上升滗水器开启，经过一段时间后，Q0.1复位，上升滗水器停止，从而完成污水的排出。如下图4.9、4.10、4.11和4.12所示。
图4.9风机、进水泵、回流泵运行状态
5 组态王的仿真与模拟
5.1组态王软件
组态软件是随着当前工业的发展而兴起的模拟工业环境的技术软件，该技术软件特别是在自动化控制领域方面运用得更加深入。该系统无需编制具体的指令代码，只要在配置软件中找出相应的编辑器，并在硬件配置、数据配置、图形图像配置等方面进行设计与调试即可，就可以完成组态设计要求的开发工作。组态软件具有远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等强大功能，还具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点[16]。其中，实时版本对系统的负载进行了自动调整和控制。在对监测系统进行需求和性能的同时，还采用了该软件的图像处理来实现实时监测，并实现基于图形的自动生成和动态空白的显示。同时，组态软件中的各种运行状况可以通过实时动态窗口生成。该系统软件是通过人机界面从而实现全方位控制操作系统，系统中功能简单实用、界面简洁明了，受到广大从事系统仿真的工作人员的欢迎。
5.2组态软件与PLC的通信设置
(1)创建工程路径
将组态王软件下载到电脑上，然后启动组态王，在它的工程管理工具中，点击“新项目”选项，然后弹出一个新项目向导。如图5.1所示。
图5.1新建工程向导图
5.5污水处理控制系统监控程序
监控软件的现场运行界面如下图5.11所示。
图5.11污水处理系统动态图
结论
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。
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