毕业设计（论文）-基于PLC的养殖场的污水处理控制系统.doc

第 1 页 西华大学毕业设计说明书 目目 录录 1 1 前言（绪论）前言（绪论）.1 1 2 2 总体方案设计总体方案设计.2 2 2.1 养殖场的污水处理控制系统项目要求分析.2 2.2 养殖场的污水处理控制系统方案的提出与选择.2 2.2.1 方案一的提出 .2 2.2.2 方案二的提出 .3 2.3 系统方案的框架设计.4 2.4 远程控制系统设计 .4 3 3 养殖场的污水处理控制系统分析养殖场的污水处理控制系统分析.6 6 3.1 污水处理控制系统的功能分析.6 3.2 污水处理控制系统的组成.7 3.3 污水处理控制系统的工艺设计说明.7 3.4 污水处理控制系统的功能分析.8 3.4.1 污水处理控制系统的输入信息分析 .9 3.4.2 污水处理控制系统的输出信息分析 .10 3.4.3 污水处理控制系统的中间元件表 .10 4 4 养殖场的污水处理控制系统的硬件设计养殖场的污水处理控制系统的硬件设计.1212 4.1 污水处理控制系统的硬件选型.12 4.1.1 污水处理控制系统的 PLC 的选型 .12 4.1.2 污水处理控制系统的电气元件选型 .12 4.2 污水处理控制系统的总电路图设计.17 4.3 污水处理控制系统的 PLC 的外部接线图设计.18 4.4 污水处理控制系统的控制柜设计.19 5 5 养殖场的污水处理控制系统的软件设计养殖场的污水处理控制系统的软件设计.2121 5.1 控制系统程序的结构设计.22 5.2 控制系统的程序模块设计.23 5.2.1 控制系统的公用程序的设计 .23 5.2.2 控制系统的工作模式程序设计 .25 6 6 监控系统组态软件的设计监控系统组态软件的设计.3636 6.1 组态软件的选择.36 6.2 易控组态软件的介绍.36 6.3 上位机监控画面开发.37 6.4 组态软件的变量的设置.39 6.5 I/O 通信的配置 .41 6.6 动画的链接.44 6.7 脚本程序的设计.45 第 2 页 西华大学毕业设计说明书 7 7 系统的综合调试系统的综合调试.5050 7.1 综合调试的平台.50 7.2 综合调试的步骤.50 7.3 调试程序的设计.50 7.4 整体的综合调试.51 8 8 结论结论.5757 9 9 总结与体会总结与体会.5858 1010 谢辞（致谢）谢辞（致谢）.5959 1111 参考文献参考文献.6060 附录附录 1 1：系统的元器件清单：系统的元器件清单.6161 附录附录 2 2：传感器电源模块：传感器电源模块 PCBPCB 图图.6262 附录附录 3 3：外文资料翻译：外文资料翻译.6363 第 1 页 西华大学毕业设计说明书 1 1 前言（绪论）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。 第 2 页 西华大学毕业设计说明书 第 3 页 西华大学毕业设计说明书 2 2 总体方案设计总体方案设计 2.12.1 养殖场的污水处理控制系统项目要求分析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： ? ? ? ? ? M 传传动动装装置置 压压缩缩机机 风风机机 加加热热器器 浓浓缩缩罐罐 ? 传传送送带带 沉沉降降罐罐 过过滤滤罐罐生生化化罐罐 氧氧化化罐罐储储水水罐罐 上上限限位位上上限限位位 上上限限位位 上上限限位位 上上限限位位 下下限限位位 下下限限位位 下下限限位位 下下限限位位 下下限限位位 报报警警位位报报警警位位报报警警位位 报报警警位位 报报警警位位 一一级级过过滤滤 二二级级过过滤滤 三三级级过过滤滤 搅搅拌拌 搅搅拌拌 储储 气气 罐罐 絮絮 凝凝 剂剂 污污水水 清清水水 风风机机2 水水泵泵 水水泵泵 水水泵泵 水水泵泵 水水泵泵 压压力力传传感感器器 PH检检测测传传感感 器器 搅搅拌拌 紫外线发生器 溶溶氧氧检检测测传传 感感器器 风风机机1 加加热热器器 温温度度传传感感器器 图 2.1 污水处理控制系统装置图 第 4 页 西华大学毕业设计说明书 2.22.2 养殖场的污水处理控制系统方案的提出与选择养殖场的污水处理控制系统方案的提出与选择 2.2.12.2.1 方案一的提出方案一的提出 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： 1 1 2 2 图 2.2 继电器原理图 2.2.22.2.2 方案二的提出方案二的提出 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 第 5 页 西华大学毕业设计说明书 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 显的优势，所以本系统采用 PLC 进行控制。 2.32.3 系统方案的框架设计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： P P L L C C 上上位位机机 控控制制面面板板 液液位位传传感感器器 水水泵泵 搅搅拌拌器器 风风机机 紫紫外外线线发发生生器器 部部门门工工作作站站部部门门工工作作站站 网络 P PH H检检测测传传感感器器 溶溶解解氧氧传传感感器器 压压力力传传感感器器 加加热热器器 温温度度传传感感器器 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。 2.42.4 远程控制系统设计远程控制系统设计 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 第 6 页 西华大学毕业设计说明书 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。 第 7 页 西华大学毕业设计说明书 3 3 养殖场的污水处理控制系统分析养殖场的污水处理控制系统分析 3.13.1 污水处理控制系统的功能分析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： 一 一 一一 一 一一 一 一一 一 一 一 一一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 图 3.1 污水控制系统的工艺过程 第 8 页 西华大学毕业设计说明书 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。 3.23.2 污水处理控制系统的组成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。 3.33.3 污水处理控制系统的工艺设计说明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）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 第 9 页 西华大学毕业设计说明书 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： 一 一 /一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 PH一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 /一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 Y N N N N N N N N N N N N Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 一 一 一 一 Y N 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 N N N Y 图 3.2 系统的工艺流程图 第 10 页 西华大学毕业设计说明书 3.43.4 污水处理控制系统的功能分析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。 3.4.13.4.1 污水处理控制系统的输入信息分析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 名名 称称功功 能能功功 能能 SB1 启动按钮 X0 SB2 停止按钮 X1 SB3 放水按钮 X2 SB4 停水按钮X3 SB5 单循环按钮X4 SB6 自动按钮 X5 SB7 半自动按钮 X6 SB8 装车按钮 X7 S1 沉降罐上限 X10 S2 沉降罐下限 X11 S3 过滤罐上限 X12 S4 过滤罐下限 X13 S5 生化罐上限 X14 S6 生化罐下限 X15 S7 氧化罐上限 X16 S8 氧化罐下限 X17 S9 储水罐上限 X20 S10 储水罐下限 X21 SB9 放料按钮 X22 S11 沉降罐故障检测 X23 SB10 放料停止 X24 S12 储水罐中间传感器 X25 SB11 沉降按钮 X26 SB12 过滤按钮 X27 SB13 生化按钮 X30 SB14 氧化按钮 X31 S13 过滤罐故障检测 X32 S14 生化罐故障检测 X33 S15 氧化罐故障检测 X34 S16 PH 检测传感器 X35 S17 压力传感器 X36 S18 温度传感器 X37 第 11 页 西华大学毕业设计说明书 S19 溶解氧传感器 X40 3.4.23.4.2 污水处理控制系统的输出信息分析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 名名 称称功功 能能编编 号号 KM2 控制沉降罐进水电机的接触器 Y0 KM3 控制过滤罐进水电机的接触器 Y1 YV1 一级过滤阀 Y2 YV2 二级过滤阀 Y3 YV3 三级过滤阀 Y4 KM4 控制生化罐进水电机的接触器 Y5 YV4 澡气阀 Y6 KM5 控制生化罐搅拌器电机接触器 Y7 KM6 氧化罐进水电机的接触器 Y10 YV5 加絮凝剂阀 Y11 KM7 控制氧化罐搅拌器电机接触器 Y12 KM8 储水罐进水电机的接触器 Y13 HL1 储水罐已满状态指示 Y14 YV14 氧化罐放水阀 Y15 KM9 控制沉降罐进水电机的接触器 Y16 KM10 控制干化罐风机的接触器 Y17 KM11 控制干化罐加热的接触器 Y20 KM12 控制压缩活塞的接触器 Y21 KM13 控制氧化罐风机的接触器 Y22 KM14 控制氧化罐搅拌器的接触器 Y23 YV15 放料阀 Y24 YV16 放水阀 Y25 HL2 故障指示标志 Y26 YV17 控制紫外线发生器的接触器 Y27 YV18 控制氧化罐加热器的接触器 Y30 3.4.33.4.3 污水处理控制系统的中间元件表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 第 12 页 西华大学毕业设计说明书 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 第 13 页 西华大学毕业设计说明书 4 4 养殖场的污水处理控制系统的硬件设计养殖场的污水处理控制系统的硬件设计 4.14.1 污水处理控制系统的硬件选型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。 4.1.14.1.1 污水处理控制系统的污水处理控制系统的 PLCPLC 的选型的选型 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 58 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。 4.1.24.1.2 污水处理控制系统的电气元件选型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 的输入口的，所以流过按钮的电流不是很大，所以选择的按 第 14 页 西华大学毕业设计说明书 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： 第 15 页 西华大学毕业设计说明书 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： 第 16 页 西华大学毕业设计说明书 图 4.6 接触器的实物图 （6）热过载继电器的选型 热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 第 17 页 西华大学毕业设计说明书 （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 第 18 页 西华大学毕业设计说明书 用了该传感器。实物如图 4.12 所示： 图 4.12 溶解氧传感器 4.24.2 污水处理控制系统的总电路图设计污水处理控制系统的总电路图设计 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： N N L L1 1 L L2 2 L L3 3 Q Q F F1 1 F FU U1 1 F FU U2 2 K KM M 2 2 F FR R1 1 Q Q F F2 2 B BT T F FU U1 13 3 F FU U1 14 4 Q Q F F3 3 P PL LC C A AC C 2 22 20 0V V Q Q F F4 4 F FU U1 15 5 P PL LC C A AC C 2 22 20 0V V F FU U1 16 6 A AC C 2 24 4V VM M 1 1 F FU U3 3 K KM M 3 3 F FR R2 2 M M 2 2 F FU U4 4 K KM M 4 4 F FR R3 3 M M 3 3 F FU U5 5 K KM M 5 5 F FR R4 4 M M 4 4 F FU U6 6 K KM M 6 6 F FR R5 5 M M 5 5 F FU U7 7 K KM M 7 7 F FR R6 6 M M 6 6 F FU U8 8 K KM M 8 8 F FR R7 7 M M 7 7 F FU U9 9 K KM M 9 9 F FR R8 8 M M 8 8 F FU U1 10 0 K KM M 1 10 0 F FR R9 9 M M 9 9 F FU U1 11 1 K KM M 1 11 1 F FR R1 10 0 M M 1 10 0 F FU U1 12 2 K KM M 1 12 2 F FR R1 11 1 M M 1 11 1 F FU U1 13 3 K KM M 1 13 3 F FR R1 12 2 M M 1 12 2 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： T1 Trans Cupl D2D3 D4D5 13 2 7824 U1 D1 0.33uF C1 0.1uF C2