污水处理系统的设计与调试.doc

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1、污水处理系统的设计与调试摘要：污水处理系统的效益巨大，但运行成本高，经济效益差，为了让污水处理技术有效的实现使系统能够连续稳定运行，保证出水水质达标，将自动控制技术应用与污水处理中，提高污水处理的自动化水平已成为污水处理中的关键问题。本文以污水处理厂的控制系统为研究背景，结合污水处理工艺，探讨PLC及其网络在污水处理厂中的应用，并充分考虑在线检测仪表在控制系统中的作用。文中主要介绍了PLC、污水处理工艺、控制系统硬件、软件配置以及处理厂自动控制系统的实现。关键词：PLC、污水处理、智能控制、SBRABSTRACT：The sewage treatment system benefit is h

2、uge, but the movement cost is high, the economic efficiency is bad, in order to let the sewage treatment technology effective realization enable the system stably to move continuously, guaranteed the water leakage water quality standards, in the automatic control technology application and the sewag

3、e treatment, enhances the sewage treatment the automated level to become in the sewage treatment the key question.This article take the sewage treatment plant control system as the research background, the union sewage treatment craft, discusses PLC and the network in the sewage treatment plant appl

4、ication, and full consideration online examination measuring appliance in control system function.In the article mainly introduced PLC, the sewage treatment craft, the control system hardware, the software disposition as well as the treatment plant automatic control system realizationKeyword: PLC ,S

5、wage treatment,Intelligence control,SBR目录第一章 绪论51.1 前言51.2 水行业的发展趋势对电控系统的典型要求51.3 污水处理厂控制系统简介71.4 自动化控制系统的设计71.5 本文主要研究内容8第二章 污水处理工艺介绍82.1 污水的污染指标82.2 污水处理工艺92.3 SBR工艺介绍11第三章 可编程控制器（PLC）简介123.1概述123.2 PLC的特点133.3 PLC的分类153.4 PLC各部组成163.5 PLC的主要技术指标183.6 PLC的工作原理203.7 PLC的编程语言223.8 PLC的指令系统223.9 PLC过

6、程控制223.10 PLC控制系统的发展趋势23第四章 PLC在污水处理控制系统中的应用244.1 污水处理厂自动控制系统设计原则244.2污水处理控制系统的工艺流程及设备控制要求244.3污水处理控制系统的PLC选型和资源配置264.4污水处理控制系统程序设计和调试274.5系统资源分配304.6源程序32结论49致谢50参考文献51第一章 绪论1.1 前言 水，是一种非常珍贵的资源，时间万物都离不开它。然而，水资源的年平均量是一定的.其中.可利用的水资源之占总数的13。如果水质受到污染，那么就没有清洁的淡水可以用了。因此，要保证水资源的可持续利用，关键是解决污染问题。 目前，我国的水污染问

7、题已经处于一个相当严重的局面。根据水利部1997年的统计，全国河流中，污染河长占总河长65405km的42.7.全国50个代表性水库中，13受到污染。同时，地下水资源的污染情况也很严重。可见，防止水污染、有效的治理污水已成为人们迫切需要认真解决的问题。 随着中国经济的发展和人民生活水平的逐步提高，必然对环境质量提出更高的要求。解决好水污染问题，对污水进行处理后再进行排放，是生态环境保护以及为人们营造舒适生活环境的重要条件。而污水处理作为一个于人民生活息息相关的产业越来越受到人们的关注与重视。污水处理厂按“ 无人值班，少人职守 ”方式进行设计，采用以计算机监控系统为主，通过以太网与PLC构成工业

8、计算机网络。通过自动控制在污水厂的应用，为设备的安全、经济、可靠运行提供了保证；同时降低了运行成本，生产的控制过程更高效、可靠，提高了生产自动化水平；操作人员的劳动条件的到了改善，同时提高了劳动生产率。1.2 水行业的发展趋势对电控系统的典型要求1.2.1 更严格的水质要求需要更先进、强大、可靠的自动化平台提供保证随着国家对水质安全控制力度的加大，越来越多的水厂或污水处理厂面临严格的处理水质标准以及符合政府法规、更严格的水质安全问题。同时，逐步性起的供水的深度处理以及污水终回用的建设，要求电气及自动化系统更可靠稳定、功能更强大，自动化信息程度更高，管理技术更先进，不断的提高水厂、污水厂的运行效

9、率，为更严格的水质达标提供保证。1.2.2 水工业建设是一个持续改进、优化并适应市场发展的过程，电控系统一定要能充分适应这一过程随着污水厂扩建和改建的工程增多，系统升级换代，要求电控系统有很好的可扩展性、可伸缩性和兼容性，充分保护用户的初期投资。1.2.3 水厂管理和运行效率的不断提高，要求电控系统为工艺过程的优化以及节能提出更高的要求如何降低能耗、药耗、使系统不断优化对电控系统提出更高的要求。系统中集成电能管理、智能马达控制以及过程控制算法、模糊控制等高级过程控制算法应用于药剂的给定以及溶解氧地调节将成为未来污水厂电控系统的发展方向。1.2.4 污水处理设施及设备复杂性和多样性要求电控系统提

10、供灵活开放的总线接口，并遵循总线的国际标准就水处理工程的特点而言，在一个项目中可能包含多家供应上的产品，如：水泵电机、气动阀门、智能化仪表、PLC上位机等现场控制和管理设备，因此要求电控系统具有强大的包容性，并符合ICE国际标准。1.2.5 行业专业技术人员配置特点和工作范围决定了电控系统具有较高的可靠性、较好的易用性和易维护性水行业自动化专业人员相对较为匮乏，大部分技术人员主要从事工艺维护，因此他们希望自动化系统稳定、可靠、即便出故障也只许简单操作就能快速是系统恢复，最大程度的减少对连续供水或污水处理的影响。1.3 污水处理厂控制系统简介我国城市污水处理事业是在80年代出逐步发展起来的，经过

11、几十年的发展已经初具规模。但是，于国外同期的城市污水处理厂比较，始终存在效率低、自动化程度低、能耗高且运行费用高等缺点。随着我国自动化技术和仪表检测技术的发展，自动调节仪表逐渐被污水处理厂采用。尤其是近几年来，我国新建城市污水处理厂大都采用了目前较为先进的可编程控制器系统，大大缩短了我国污水处理厂与世界上先进发达国家污水处理厂在自动控制领域的距离。为保证污水处理过程的安全性、可靠性和生产过程的连续性，提高污水处理厂的自动化水平，控制系统采用目前国内外污水处理长广泛应用并取得良好效果的基于可编程逻辑控制器（PLC）的集散型控制系统，以及监控和数据采集（SCADA）系统。集散型控制系统的特点是将管

12、理层和控制层分开。管理层主要是对全厂的生产过程进行监视、数据存储和分析；控制层主要是通过现场PLC或计算机完成个子管辖域内工艺过程和工艺设备的自动控制，同时在传统控制的基础上，提供了智能控制的可能性。污水处理流程中的各检测仪表均为在线式智能仪表，变送器均带有数字显示装置并通过可编程控制器（PLC）的接口传送标准的模拟、数字信号。1.4 自动化控制系统的设计目前国际上普遍采用的自动化控制系统一般都采用这一模式： 人 计算机 PLC 现场设备PLC是这一模式中的关键设备，PLC中事先已输入工艺运行的程序，PLC可以根据工艺参数按运行模式自动监控、运行设备。人可以通过计算机随时改变工艺运行的模式。P

13、LC根据工艺运行的模式自动调整设备的运行，并对工况运行的数据库加以整理保存1.5 本文主要研究内容 污水处理中的生物氧化法（SBR工艺） 污水处理厂自动控制系统的模式、结构 提出PLC技术、控制流程及其在污水处理过程中的应用 污水处理厂自动控制系统的硬件、软件设计 第二章 污水处理工艺介绍2.1 污水的污染指标污水的污染指标是用来衡量水在使用过程中被污染的程度，也称污染水的水质指标。 1、生化需氧量BOD 生化需氧量BOD在指定的温度和制定的时间段内，微生物在分解、氧化水中有机 物的过程中所需的氧气量。一般采用以20和培养5天的时间作为标准。以BOD5 表示。通常用mg/L或ppm作为BOD的

14、量度单位。 2、化学需氧量CODcr CODcr是在高温、有催化剂极强酸环境下，强氧化剂氧化有机物所消耗的氧量，单位为mg/L。 3、悬浮固体SS 悬浮物体SS，也称悬浮物，是水中未溶解的非胶态的固体物质，反应污水汇入水体后将发生的淤积情况，其含量的单位为mg/L。 4、pH值 反映污水的酸度和碱度，用pH值来表示。 5、总氮TN、氨氮NH3-N和总磷TP 氮和磷是植物性营养物质，会导致湖泊、海湾、水库等缓流水体富营养化，而使水体加速老化。 6、有毒化合物和重金属 这类物质是对人体和污水处理中的生物都有一定的毒害作用，如氰化物、砷化物、汞、锡、铅等有直接毒害作用和无机污染物。2.2 污水处理工

15、艺污水处理方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要利用物理作用来分离或回收废水中的悬浮物，它只是用于做废水的预备处理或初级处理；化学法主要利用化学反应来处理或回收废水中的溶解物或胶体物，如酸碱中和等；生物法主要利用生物的作用来处理废水，有机物经过生物法处理后转变为CO2与无机盐。生物法具有净化能力强、费用低廉、运行可靠性好等优点，是废水处理的主要方法。污水处理处理的目的在于最经济合理的解决污水的管理、处理和利用问题，根据处理方法的不同，被划分为三级处理流程。典型的污水处理系统，其流程如图2.1所示。预处理和一级处理（物理处理）：预处理由栅格处理和沉砂池组成，再加上初沉池组成一级处理系统，主

16、要去除污水中大的泥沙颗粒和呈悬浮态的固体污染物，一般可去除50%左右的悬浮物和25%左右的BOD。一级处理出水中还含有较多溶解性有机污染物质，一般不宜直接排放，仅作为二级处理的预处理。二级处理（生化处理）：主要处理对象是废水中的胶体态和溶解态有机物。经过二级处理后的污水已能够达到标准的排放标准。根据生化反应中氧气的需求与否可将二级处理分为两大类：一是好痒生物处理法，常用的是活性污泥法和生物膜法；二是厌氧生物处理法，又分为污泥消化法、厌氧接触法等。在实际中若废水有机物浓度低于1000mg/L，比较适用于采用好氧生物处理；浓度更高时，则应该采用厌氧生物处理。三级处理（深度处理和再利用系统）：目的有

17、二：一是污水回用，其次是防止水体富营养化。当前广泛应用的是利用活性污泥法或生物膜法的生物脱氮脱磷技术。另外就是污泥处理和污泥最终处置：主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥和卫生填埋。 图2.1污水典型处理流程目前，国内外最普遍流行的是以传统活性污泥法为核心的二级处理技术，它及物理化学和生物处理于一体。活性污泥法工艺具有较高的处理率，运行稳定可靠。2.3 SBR工艺介绍活性污泥法就是采用曝气的手段，使的活性污泥均匀分散并悬浮于曝气池中，和污水充分接触，并在有溶解氧的条件下，对污水中含有的有机底物进行合成和分解的代谢活动。活性污泥系统能够正常、有效的运行与污水和污泥的性质有关。处理的污水中应含有足够的溶

18、解性有机物，污水与污泥的混合液中应含有足够的溶解氧，活性污泥浓度适当，并能与污水进行充分接触，同时活性污泥中不能含有抑制微生物活动的有毒物质。SBR（间歇活性污泥法）也称序批示活性污泥法，它由一个或多个SBR池组成，按照传统的时间程序控制法，运行时，废水分批进入池中，一次经历进水、曝气反应、沉淀、排水、闲置五个独立阶段。进水、排水用水位控制，反应和沉淀用时间控制，一个运行周期的时间依负荷及出水要求而异。但是在污水处理过程中，不同时刻有机污染物的含量不同，并且随着时间不断发生变化。如按传统控制方法，则排放的水质波动比较大。SBR工艺的处理效果主要取决于其运行参数，其中主要参数包括各反应段时间以及

19、曝气强度。D0是活性污泥法高效运行的重要条件，是影响活性污泥处理效果的关键因素，D0的浓度是通过曝气装置进行控制的。要求的曝气时间也就不同。如果曝气时间过长，则生化池内溶解氧浓度高，导致有机污染物分解过快，从而使微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散，易发生污泥膨胀现象，且浪费能源；曝气时间过短，则出水难以达标。一般的，为了保持活性泥系统良好的净化作用，曝气池出口处的混合液中溶解氧浓度应保持在2mg/L,由于溶解氧的控制无法建立准确的数学模型，因此难于用经典的控制理论方法来实现。第三章 可编程控制器（PLC）简介3.1概述可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的基础上发展起来

20、的，最初叫做可编程逻辑控制器，即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时、计算和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。污水处理厂的过程控制都有一个共同的特点，就事开关量多，模拟量少。以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅，因此，以此见长的可编程逻辑控制器在污水处理中得到了广泛的应用。随着全球能源供应的紧张和对自动化程度要求的不断增加，我国的污水处理厂必然向着高度自动化的方向发展。目前，PLC在其稳定性、高自动化程度的不断加强，使得PLC成为污水处理自动化方面的首选。3.1.1 PLC的产生和发展20

21、世纪60年代以前，汽车流水线的自动系统基本上都采用传统的继电器控制。在60年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的电器控制就需要经常的重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新时间。所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。1968年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。在1969年，美国数字设备公司终于研制出世界上第一台PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的系统，它要求尽可能的缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式来实现生产线的控制。这种控制系统首先在美国通用

22、生产线上使用，并获得了令人满意的效果。PLC在食品、冶金和制造等其他工业部门相继得到了应用。大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世后的发展极为迅速。现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。据预测，在不远的将来，PLC、CAD/CAM和机器人将成为工业自动化的三大支柱。3.1.2 PLC的定义PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（IEC）于1987年作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它

23、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、计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/输出控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台专为工业环境应用而设计的计算机，它是将传统的继电器技术、计算机技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一工业具体应用 ，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。3.2 PLC的特点高可靠性PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：在硬

24、件方面，由于采用优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强大的抗震动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触电电弧等问题；所有的输入/输出（I/O）接口都采用了光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效的进行隔离；PLC模块式的结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速的判断出故障的模块进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当CPU、电池、I

25、/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后备电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。由于采取了上述有效措施，保证了PLC的高可靠性，从而使PLC的平均无故障时间已经高达几十万小时。应用灵活、使用方便模块化的PLC设计，使用户能根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需要的PLC的模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不再需要大量硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/O口的外部接线即可。而在PLC控制系统中，当控制要求改变时，不改动PLC外部接线，只需修改程

26、序即可。面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC 的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是他不需要用户具有很强的程序设计能力，只要用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。这种面向控制过程的编程方式，于目前微机常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的继电控制设备来说，这种耗时是微不足道的。 易于安装、调试、维修在安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可以直接和外部设备相连，而不再需要专用的接口电路。而且PLC的软件功能取代了原来继电器控制中的中间继电器、计时器、计数器等一

27、些器件，所以安装上的工作量相应减少。PLC的调试可现在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试。这样就可以避免可能在现场出现的一些问题，从而缩短调试周期。在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显示或编程等很容易的找出故障的模块，而且由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。3.3 PLC的分类PLC的分类没有一个严格统一的标准，而是按照结构形式、控制规模实现的功能进行大致的分类。3.3.1按结构分类PLC按照其硬件的结构形式可分为整体适和组合式（模块式）两种。整体式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式

28、PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。3.3.2按控制规模分类PLC的控制规模主要是指开关量的输入/输出点数及模拟量的输入/输出路数。但主要以开关量的点数计数，模拟量的路数可以折算成开关量的点数。按照此项进行分类主要包括小型、中性和大型。3.4 PLC各部组成中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每个PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存

29、器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。存储器根据存储器存储内容的不同，把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。系统程序存储器：用来存放系统程序的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，主要包括检查程序、编译程序和监控程序，是P

30、LC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编写的程序。不同类型的PLC其存储容量也不一样。数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中的数据是不断变化的，所以这种存储器必须可读写。输入/输出(I/O)模块PLC与电气回路的接口。是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反应输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）

31、等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。电源模块不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。PLC内部使用的电源是整体的供给中心，它的优劣直接影响到

32、PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源。通信联网端口依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与计算机之间以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。PLC系统的其它设备a)编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统做一些设定、

33、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。b)人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端越来越广泛，由计算机充当人机界面非常普及。C）输入输出设备：用于永久性的存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。3.5 PLC的主要技术指标存储器容量存储器是用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器和数据存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的最大长度。一般中小型的PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。输入/输出（I/O）点数输入/输出点

34、数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于PLC的输入/输出断的个数，I/O点越多，说明需要控制的期间和设备就越多。而A/D、D/A通道可通过相应的折算统计，如果PLC采用16位的CPU，则一路A/D或D/A一般折算为16点的I/O；如果采用32位的CPU时，则一路A/D或D/A一般折算为32点I/O。扫描时间扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所需的时间。指令种类和数量指令种类和数量决定了用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。内部寄存器的种类和数量内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存

35、器等。它们主要用来完成计时、计数、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。扩展功能PLC扩展功能是指PLC是否能具有I/O点数扩展功能扩展联网等一些功能。 智能模块的种类和数量智能模块是指完成模拟量控制远程控制以及通信等功能的模块。智能模块种类和数量越多，说明PLC功能越强大。编程工具编程工具可以使用编程器或者使用专用的编程软件。一般编程器只能使用助记符语言，而且编程软件则可使用梯形图和助记符等语言来进行编程。3.6 PLC的工作原理PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制方式是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的

36、触点立即动作，只要电流通路就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次他只能执行一条指令，这也就是说PLC是以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传达执行程序指令输出3个阶段才能完成控制过程。3.6.1循环扫描技术PLC的工作方式与微型计算机相比有较大的不同。PLC不是利用微型计算机中的中断处理方式，而是采用循环扫描的工作方式。CPU按照系统程序所赋予的功能，接收并

37、把用户程序和数据存在RAM中，系统接电后，它按扫描方式开始工作，从第一条用户指令开始，逐条扫描并执行直到最后一条用户指令为止。它不停地进行周期性扫描，没扫描一次，用户程序就被执行一次，由于PLC扫描用户程序的时间一般只有几十毫秒，因此可以满足大多数工业控制的需要，而且响应速度远远高于其他控制器。PLC按扫描的方式执行程度最基本的工作方式，也是最主要的。这种工作速度不仅适应于工业生产中80%以上的控制设备要求，就是在具有快速处理的高功能PLC中，其主程序还是以扫描方式执行的。PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序阶段输出阶段（将输出信号传送

38、到外部设备）。输入阶段在这个阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。执行程序阶段在这个阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出单元。这一阶段执行完成后，进入输出阶段。在这个程序执行中，输入信号的状态和数据保持不变。输出阶段在这个阶段中，PLC将相应的输出存储单远的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号

39、，开始控制外部设备。3.6.2 PLC的输入/输出响应时间I/O响应时间是指某一输入信号从变化开始到系统相关输出端信号的改变所需要的时间。因为PLC的循环扫描方式，所以收到输入信号的时刻不同，响应时间的长短也就不同。3.7 PLC的编程语言可编程控制器的编程语言主要有梯形图语言、助记符语言和功能图语言3种。其中最常用的是梯形图语言和助记符语言。3.8 PLC的指令系统如同计算机编程一样，PLC也有自己的指令系统。PLC程序就是由指令按照控制要求组合起来的，也可以说，PLC控制系统动作的过程就是PLC内部一条条指令执行的过程，不同PLC有不同的指令系统。指令可分为顺序指令、程序执行控制指令、数据

40、处理指令和特殊指令等，通过这些指令的有机组合，来完成PLC控制系统的控制要求。3.9 PLC过程控制通常有两种模式实行控制手动，现场“手动/自动”选择开关切换到手动，可由现场开关直接控制设备，这是最高优先级的控制，在这一模式下，PLC仅对运行状态作监视。自动，现场“手动/自动”选择开关切换到自动，在这一模式下PLC能根据测量参数自动控制设备的运行。3.10 PLC控制系统的发展趋势PLC具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。睡着微处理器和现代通信技术的发展，PLC也得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。PLC的主要发展趋势主要表现在以下几个方面。3.10.1 高速度、高I/O

41、容量、功能强大随着CPU处理速度的提高，PLC程序执行的速度也越来越快；大规模和超大规模集成电路的发展，相应地使I/O的容量也得到增加；智能模块的增加，使PLC能够实现的功能越来越多。3.10.2 编程软件多样化PLC的梯形图语言、助记符语言和功能模块语言虽然使用方便，而且也能很好的实现控制要求，但是在实现一些高级功能（复杂运算、报表生成和打印等功能）时存在明显的不足，所以就要求高级语言（BASIC、C、FORTRAN等）、图形语言，汇编语言兼容。这样不仅可以通过梯形图语言、助记符语言和功能模块语言来编写程序，也可以通过高级语言来编程。3.10.3 强大的PLC联网能力随着人们对工业自动化的要

42、求越来越高，人们已经不再满足对几个设备、几条生产线的PLC控制，而是要求实现对全工厂的自动化，所以提高PLC控制系统的网络功能成为PLC的发展趋势。以后人们不仅能通过通信模块进行PLC与PLC、PLC与上位机之间的连接，还能通过拨号或者无线的方式使PLC联网。第四章 PLC在污水处理控制系统中的应用4.1 污水处理厂自动控制系统设计原则污水处理厂自动控制系统的设计应遵循“集中管理、分散控制，数据共享”的原则，设计选型不仅要是系统性能稳定、运行可靠、操作简单、维护方便，而且自控系统应满足污水处理厂运行管理和安全处理的要求，即生产过程自动控制、自动报警、自动保护、自动操作、自动调节，提高运行效率、

43、降低运行成本、减轻劳动强度，对污水处理厂内各系统工艺流程中的重要参数、重要设备进行计算机在线集中实时监控，从而确保污水处理厂的出水水质达到设计排放标准。具体要求如下：1、 有良好的适应性；2、 采用分布式结构，具有良好的通讯能力；3、 又有好的人机界面和良好的后背能力；4、 有良好的开放性；5、 采用自动检测设备对水质等参数进行在线测量。4.2污水处理控制系统的工艺流程及设备控制要求4.2.1污水处理的工艺流程污水处理采用SBR污水生物处理工艺，是按“进水、反应（曝气等）、沉淀、排水”步骤周期性的进行生化反应。从污水流入开始到排水结束算一个周期。工艺流程图如图所示。基本操作运行程序如下。1.

44、进水进水阀门打开，污水通过粗格栅过滤，经过水泵，然后细格栅过滤到达SBR池。2. 反应进水到一定液位后，停止进水，空气阀门打开，鼓风机开启，开始曝气，同时潜水搅拌器和回流污泥泵运行。3. 沉淀当SBR池停止曝气后，空气阀门关闭，潜水搅拌器和回流污泥泵停止运行，开始重力沉淀和泥水分离。4. 排水SBR池水位达到最高水位时，并经过沉淀工艺以后，上清液（上面的清液）由滗水器缓慢排出池外。当池水位达到处理周期开始时的低水位时，停止滗水。剩余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。图4-1 SBR工艺流程4.2.2设备控制要求所有设备都具有自动手动功能，当设备处于自动工作方式下时，所有设备按PL

45、C程序工作。系统组成：在中央控制室设有两台上位监控机，一个模拟显示屏。监控管理机与PLC通过光缆连接。设备控制原理（1） 两台粗格栅除污机，由时间间隔来开或停。一般开10分钟停1小时。（2） 两台水泵，由浮球控制。当集水池水位处于低水位时，关闭所有泵；当水位较高时，开一台水泵；当水池水位高时，开两台水泵；当水位很高时，发报警信号。（3） 两台西格栅由时间控制其开或停。一般开10分钟停1小时。（4） 当有一台细格栅工作时，皮带运输机滞后10秒钟开机。（5） SBR池内进水阀门依次开启，当1#池水位升到一定液位后关阀门，然后开2#进水阀门，2#池水位升高到一定液位后关阀门，然后开3#进水阀门，依次类推。（6） 进水阀门关闭后，空气阀门打开，潜水搅拌器和回流污泥泵同时开启。曝气3小时