2 设计方案的确定
2.1 PLC的简介
PLC是一种以数字运算操作为基础的可编程逻辑控制器，其服务于大体量、高要求、环境恶劣、复杂程度高的工业环境。它采用一类可编程存储器，有着独特的内部存储程序、较强的逻辑运算、顺序控制、定时、记数与算数操作等用户指令，通过数字或模拟式输入/输出控制着各种类型的机械进行自动化生产过程。在工业生产上有着不可代替的核心地位。
2.2 PLC的设计步骤
PLC控制系统的设计任务要求。任务要求的主要条件是当前现实任务的要求能得到充分满足（即所选的PLC能充分保证污水处理系统各个环节安全、流畅、稳定的运行，并将处理后的污水通过检测净化至符合排放的标准进行排出）。
设计过程中应遵循的主要原则为：
1.尽最大努力将控制系统的设计与控制的要求相匹配，降低花费的时间与经费。
2.充分了解并规划好PLC的可扩展性，要提前准备好扩展模块，以防在应用过程中由于外界环境的变化而导致任务无法进行的情况发生。
3.尽最大努力满足系统任务“简化操作、安全可靠、维护简单”的要求。PLC的具体设计步骤首先应对系统的控制要求进行分析，再确定了控制要求的情况下思考输入输出设备的选型问题，选择合适的PLC为设备提供支持。其次要规划好I/O口的点数分配问题，接着根据I/O口设计的元件和设备的选型对PLC程序进行绘制。最终，先在软件上进行模拟调试，再去现场进行联机调试。将出现的问题整理总结。如下表2-1所示：
图2-1设计步骤图
2.3 城市污水处理系统控制框图
通过观察分析操作台（学校的PLC机柜）各个按钮的输入、输出信号以及各种感应装置的输入、输出信号，并对各环节的设备进行调试来控制系统的起停运行，监测设备的运行情况。如下图2-2所示：
图2-2系统控制框图
3 硬件的设计
3.1 选择PLC
PLC设备的选型合适与否,直接关系到整个污水处理系统的设计能否成功实施，一般情况下，选择PLC主要须关注以下几个方面：
1.I/O端口点号的选取：当I/O端口点数需要合适的容限估算时，一般采用从输入点到输出点的计算，在目前容限的10%到15%的范围内，预留合适的扩充容限，以便最大限度地适应实际情况下的需求；而在实际运用中，我们常常需要针对产品特性，从生产厂商的PLC输入输出点数进行圆加工。
2.所要求的内存容量的大小：使用者程式所要求的储存能力，不但与PLC的功能相关，也与执行方式、程式编制程度相关。当一位资深程式设计师与一位新手程序设计师面临同样的复杂度时，程式数量上至少会产生25%以上的差异，因此，新手在评估储存能力时，应保留更多的余量。在储存能力上，可程式控制装置可以为程式储存装置的大小、程式储存能力所用的储存装置的大小、使用者应用程式的处理，因此该装置的能力比储存能力要少。在进行设计时，因为没有对使用者的应用程式进行编译，所以在程式设计时无法得知其进程，只有在程式进行程式后方能得知。虽然没有一个统一的计算方法，每个计算方法都是不一样的，但是根据I/O值的计算，可以根据以下的计算方法，计算出一个新的存贮器，然后在10-15%之间增加一个余量。存储容量（字节）=开关量I/O点数x10+模拟量I/O通道数x100。
3.2 硬件电路接线图
通过CAD工具对PLC的硬件电路图进行设计。首先，先添加PLC具体模块的硬件框架，接着根据设计好的I/O表对PLC进行I/O口与元件的连线绘制，最后将每个开关对应PLC的何种功能进行注释。如下图3-1所示：
图3-1PLC硬件电路接线图
4 软件部分的设计
4.1 I/O分配表
该设计方案将组态王6.55与西门子PLC相结合，使其运用于城市污水处理系统的设计之中，据相关任务要求，对输入地址进行分类，将输入名称、地址、数据类型添加进表格种，设计出满足条件的I/O口分配表输入地址部分。如下图4-1所示：
图4-1I/O分配表输入地址
与输入表的制作同理，对输出地址进行分类，将输入名称、地址、数据类型添加进表格种，设计出满足条件的I/O口分配表输出地址部分。如下图4-2所示：
图4-2I/O分配表输出地址
尽管程序运行过程中中间点位并无太大实际意义，其本身是设定在程序之中的，但其预先设定好的参数也决定了设备可否正常运行，与输入输出地址同理绘制程序的中间点位表如下图4-3所示：
图4-3中间点位地址
5 组态王监控现场的实现
5.1 组态王简介
组态王监控系统为PLC自动化流程的场景仿真提供了解决方案，他以高度的智能化信息技术为基础，面向中低端的自动化市场,是一款具备较高性价比和较强适应性的上位机系统产品。主体构造上分为管理层、控制层和监控层三大层次，其中监控层下接部分是控制层，上连部分是管理层。控制层用于满足现场设施监视管理的要求，具有“承上启下”的作用。
组态王6.55功能符合业界最新技术要求，其全新的开发模式，丰富且提升了产品的运行操作过程。较老一代的组态王版本，其功能上表现得更为实用，操作上表现得更加流畅，取得了莫大的进步。组态王6.55的主要更新内容有以下几点：
1.网页功能：在网络版中，企业的自动监控系统的展示类似于一个门户式的网页，在不同的工作职能中，使用者可通过用户名密码完成登录操作。而操作员则可以通过现场的环境改变，调节设备的开启与停止。其次，全新的仿真场景技术使用户无论在何时何地都可实时控制生产现场的操作流程、通过观察历史数据和趋势曲线的变动、生产报告的变更，以及结果的记录和报警等，时刻作出分析，保证设备的正常运行。最后，新版的组态王在最新的数据压缩和搜索引擎技术的帮助下，支持使用者实现快捷的信息保存和快速的工业过程信息检索功能，其快捷的存储大大节约了用户的成本。
2.多媒体警报功能：用户能及时观测并记录下现场设备的运行工况。可以通过预先设定号码以及简短的报告内容在发生故障时收到警报提醒（当系统发生问题的时候，故障告警程序就会在确定状态后发送至操作人员的手机中），以达到操作员及时知悉现场情况并解决设备异常运行的问题。
3.图像自定义功能：
（1）应用人员能够任意改变图片的尺寸，利用滚动条限制屏幕展示内容。
（2）变量可以替换为单一图形，支持在变量能够替换的情况下自由选取人物画面元素。
（3）操作中,使用者能够使用鼠标和键盘，在图片中选取若干个像素完成排列、组合等。
（4）通过自定义的二级菜单，在对图像信息的文本处理方面，利用图形元素的简单和复合图实现了文字提示信息。
在本次城市污水处理毕业设计中,直白来说组态王为PLC提供重要的监视辅助功能,若是没有组态王的监控，利用PLC所设计出来的功能则无法验证其可行性。不难看出，虽然PLC是污水处理系统中最为关键的一部分,但组态王6.55也在系统的设计与应用中有着无法取代的地位。在PLC程序设计软件中可通过人为的方式设计好功能逻辑，然后可以把已经编写好的程序下发到PLC中与组态王进行联机调试，再从组态王对编译的相关变量实现调控，在画面中直接观察变量的变化，根据外部参量变化所得到的数据，操作人员就可以控制相关设备的启停，加减速等功能，借此实现系统的整体控制。
5.2 此任务下组态王的创建流程
5.2.1 创建新工程
鼠标双击组态王6.55图标，打开软件，进入工程管理器界面，点击文件列表中的新建，弹出“新建工程向导”会话框，点击下一步，创建所要设计的工程。
如下图5-1所示：
图5-1新建工程向导图
接着，按照弹出提示，填写工程名称和与工程有关的相关描述信息。如下图5-2所示：
图5-2工程命名图
5.3.2 系统运行测试
系统主要有自动模式和手动模式以及急停模式这三种模式，根据模式的不同可以测试对应功能是否满足要求，测试效果如下：
1.手动模式控制：将旋钮旋转至红色部分，确保手动模式开启，手动模式可单独对某个设备进行观察，测试其运行状态是否稳定。在正常情况下运行城市污水处理系统，需按照步骤流程将各个设备依次将操纵杆右下至上推动，直至设备全部开启运行后观察运行流程是否正常。如下图5-20所示：
图5-20手动模式图
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