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肥料污水污水池水泵SBR池处理后的泥风机
图2.1 SBR工艺流程图
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3 硬件系统设计
3.1 PLC的特点及发展
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PLC是为了把原来传统继电器控制所具备的操作简单、成本低等优势与电脑所具备的性能优良、兼容性好等特点完美地糅合在一起，同时也是将硬件上面的问题转化成软件上面的编程。在20世纪60年代末期的时候，美国就已经研发出了PLC历史上意义重大的PDP-14[4]，产生了比较深远的影响，它的问世代表了真正意义上跨入了PLC的研究领域。
自从PLC诞生以来，发展速度极为惊人。日本与欧洲各国都已经竞相将其投入生产，但我国是从70年代中期才刚刚研发。到目前为止PLC已经被许多国家当作比较成熟的技术产品投入到生产中，几乎一枝独秀般霸占了电气控制行业市场的大量份额。迄今为止，PLC已经发生了三次比较大的改革[5]：
PLC对于广大用户来说，是一种比较简单的设备，只要改变其中一段程序就能改变整个工作的流程。迄今为止，到了自动化程度越来越高的现在，可编程控制器对于许多厂家来说是十分重要的渠道，因此它被普遍的推广[4]：
(1) 第一代1969年-1972年，1位微处理器，主要用来逻辑运算、定时、记数。 (2) 第二代1973年-1975年，8位微处理器及存储器，主要用于数据的传送和比较、模拟量的运算，其他产品的相关生产。
(3) 第三代1976年-1983年，8位高性能微处理器及存储器，其处理速度大大提高，并且向着多功能及联网通信功能发展。
(4) 第四代1984年-现在，16位、32位微处理器及存储器，它已经具备了逻辑、运算、数据处理、联网等诸多复杂的功能。
PLC在工业控制领域的应用十分普遍，这几乎都是得益于其自身所具有的功能特点，其功能如下[5]：
(1) 逻辑控制功能。 (2) 定时控制功能。 (3) 计数控制功能。 (4) 步进控制功能。 (5) 数据处理功能。
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(6) 回路控制功能。 (7) 通讯联网功能。 (8) 监控功能。 (9) 停电记忆功能。 (10) 故障诊断功能。
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PLC是对比较专业的硬件设备开放，相比其他设备有十分明显的优点[5]： (1) 稳定性好，不容易被影响。 (2) 编程直观、简单。 (3) 适应性好。
(4) 功能完善，接口功能强。
S7-200PLC是由基本单元[8](S7-200CPU模块)、个人计算机(PC)或者编程器、相关编程软件与通信电缆等组成。PLC在工控领域的适用范围十分广，其核心相当于微处理器，因此其组成的基本框架为：中央处理单元(CPU)、PLC与外部设备的接口、扩展接口与扩展模块等常见的组成。一个标准的常用PLC的组成结构如图3.1所示。
存储器（ROM/RAM）系统程序+用户程序I/0扩展单元扩展接口中央处理器CPU外部设备接口PLC编程器监控设备外存储器打印机条码读入器输入接口电源输出接口输入设备（按钮、开关等）输出设备（接触器、电磁阀等）
图3.1 PLC的基本组成结构
3.2 PLC的主机选型
根据本课题所设计系统的相关控制要求，本设计适合选择型号为CPU 224 XP的机子作为主机，其拥有14个数字输入端口，10个数字输出端口，2个模拟输入端口，1个模拟输出端口。一般情况下，在一些大型的系统里面同样能用这个型号的机子来
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能够充分正常发挥其该有作用，实物图如3.2所示。
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进行处理控制。由于其强大的通信功能[10]，因此在那些大型的网络控制系统中它一样
图3.2 S7-200 CPU 224 XP
3.3 SBR污水处理系统设备
SBR污水处理控制系统[6]中主要使用的是滗水器、罗茨风机、回流泵、进水泵这四个动力设备，还有液位传感器等感应设备。 3.3.1 进水泵
综合考虑，进水泵还是选择单级离心泵效果较好，它适用于许多场合，例如浇灌、近远距离的输送水、生产生活废水的排放等，而且比较贴合本课题。本系统中采用的单级离心泵参数[9]如右：LS50-10-A。扬程10m，流量29m3/h，1kw。 3.3.2 罗茨风机
在生产生活中用到罗茨风机的地方非常多，但在系统主要用于污水处理曝气，主要由于其在工作的时候产生压力与风量比较大。其他方面的应用，比如冶金、矿产、纺织、食品等领域，主要是用来输送空气、排出粉尘；排烟脱硫、改善环境[6]；灰烬处理、液体搅拌；食品真空包装。罗茨风机产生的风量大小与其运转速度有关，但总是有小的差距保持在它们的叶轮端面与风扇罩和风扇叶轮之间，以便于风的流通。风机内壁光滑、耐磨，并且它的使用寿命相对较长[7]。本系统中选择的罗茨风机具体相关的参数如右：GRB-100，风量10.61m3/min，风压：7000mmAq，转速1750r/min，功率：22kw。 3.3.3 回流泵
回流泵在本系统中的作用是对内部污泥进行循环。污泥回流泵的作用是要反应池中的污泥始终都处于比较活跃的状态，这样既有利于对污水的反应处理，使其反应的