機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

編編 號(hào)號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文） 題目：題目： 基于基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)污水處理控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)計(jì) 信機(jī) 系系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專專 業(yè)業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923178 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：高工） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng)誠(chéng) 信信 承承 諾諾 書書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于 PLC 污水 處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取 得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引 用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他 個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 94 學(xué) 號(hào)： 0923178 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無(wú)無(wú)錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 信信 機(jī)機(jī) 系系 機(jī)機(jī)械械工工程程及及自自動(dòng)動(dòng)化化 專專業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù)二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 如今，我國(guó)多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平低、安全性不高、管理不當(dāng)，效 率明顯低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過(guò)程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理這 些問(wèn)題是急需要解決的。中國(guó)污水處理自控系統(tǒng)比較落后，污水處理成本高，污 水廠排放處理過(guò)的污水水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立良好有效的自控系統(tǒng)，提高運(yùn) 行效果，降低運(yùn)行費(fèi)用，具有非常重要的意義。 PLC 作為工業(yè)污水處理的控制系統(tǒng)使得設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加便，能夠?qū)崿F(xiàn)的 功能變得更多?？梢耘c各類人機(jī)界面的通信完成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使 用戶方便通過(guò)操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。由于 PLC 的 CPU 強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通信能 力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變?yōu)榭赡?，并且也可?shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān) 控。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： （1） 熟悉 PLC 技術(shù)的發(fā)展歷程，了解 PLC 的組成、軟硬件基礎(chǔ)、性能指標(biāo)和分 II 類等； （2） 熟練掌握 PLC 的原理以及 PLC 的使用方法； （3） 熟練掌握各個(gè)設(shè)備的接線方式以及設(shè)備運(yùn)行的順序過(guò)程； （4） 了解掌握 PLC 各個(gè)符號(hào)的用處，能夠繪出梯形圖； （5） 了解污水處理過(guò)程和設(shè)備的運(yùn)行。 四、接受任務(wù)學(xué)生：四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 94 班班 姓名姓名 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)所長(zhǎng) 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 如今，我國(guó)多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平低、安全性不高、管理不當(dāng)，效率明 顯低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過(guò)程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理這些問(wèn)題是急 需要解決的。中國(guó)污水處理自控系統(tǒng)比較落后，污水處理成本高，污水廠排放處理過(guò)的 污水水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立良好有效的自控系統(tǒng)，提高運(yùn)行效果，降低運(yùn)行費(fèi)用， 具有非常重要的意義。 本文介紹了工廠污水處理的基本工藝流程，并進(jìn)行研究設(shè)計(jì)一種基于 PLC 控制的污 水處理方案。文章最先描述了基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)的相關(guān)工藝及流程，控制系統(tǒng) 硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)、工作原理以及設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，從而說(shuō)明 PLC 在 污水處理過(guò)程中的應(yīng)用。然后依據(jù)污水處理要求設(shè)計(jì)設(shè)備的電器控制與自動(dòng)控制線路， 主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)故障信號(hào)和信號(hào)的采集等，最后按照工藝要求設(shè)計(jì) PLC 控制 系統(tǒng)，其中包括 PLC 的選型、系統(tǒng)資源配置和根據(jù)污水處理工藝編制 PLC 程序。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：污水處理；PLC；工藝流程 3 IV Abstract Today, the majority of our sewage treatment control system low level of automation, security is not high, mismanagement, the efficiency lower than the standard markedly. Sewage disposal system in the aeration process control, data communications and monitoring and management of these problems are urgently needed to be addressed. Sewage treatment automatic control system in China is relatively backward, the high cost of sewage treatment, wastewater treatment plant discharge treated effluent quality is not stable, so how to create a good and effective automatic control system, improve operating results, lower operating costs, has a very important significance. This article describes the basic process of the plant sewage treatment and research to design a wastewater treatment program based on PLC control. The article first described the sewage treatment control system based on PLC technology and processes, the basic principles and steps of the control system hardware architecture and design, working principle and design of PLC control system, which can show that the application of PLC in the sewage treatment process. Requirements of the Sewage design electrical control equipment and automatic control circuit, including the start and stop, the status fault signal and signal acquisition, the final design of PLC control system in accordance with the process requirements, including the PLC selection, system resource allocation PLC program and the preparation of the sewage treatment process. Keywords: sewage treatment,；PLC,；process V 目目 錄錄 摘 要.III ABSTRACT.IV 1 緒論.1 1.1 工業(yè)污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀.1 1.2 課題的背景.2 1.3 研究目的和意義.2 1.4 課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容.3 2 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹.4 2.1 工業(yè)污水處理基本概念.4 2.2 常用的工業(yè)污水處理工藝.4 2.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式.7 2.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求.7 2.4.1 信號(hào)輸入.8 2.4.2 控制輸出信號(hào).8 3 硬件系統(tǒng)配置.9 3.1 主要組成部分.9 3.2 電氣控制系統(tǒng).10 3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理.10 3.3.1 控制系統(tǒng)總體框圖.10 3.3.2 工作過(guò)程.11 3.3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì).11 3.4 PLC 的選型.12 3.5 PLC 的 I/O 資源配置.12 3.5.1 數(shù)字量輸入部分.12 3.5.2 數(shù)字量輸出部分.13 3.5.3 模擬量輸入部分.13 3.5.4 模擬量輸出部分.14 3.6 其他資源配置.15 3.6.1 接觸器選型.15 3.6.2 變頻器簡(jiǎn)介.15 3.6.3 變頻與變壓原理.15 3.6.4 變頻調(diào)速的基本原理.16 VI 3.6.5 變頻器選型.17 3.6.6 變頻器參數(shù)設(shè)置.17 3.6.7 電動(dòng)機(jī)的選型.18 3.6.8 液位差計(jì).18 3.6.9 溶解氧儀.19 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì).20 4.1 總體流程設(shè)計(jì).20 4.1.1 手動(dòng)模式.20 4.1.2 自動(dòng)模式.21 4.2 曝氣過(guò)程控制的任務(wù).28 4.3 氯氣投加環(huán)節(jié).29 4.4 絮凝劑投加環(huán)節(jié).29 4.5 PID 控制.29 4.6 PLC 和變頻器通訊.30 5 調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果.32 5.1 硬件系統(tǒng)的調(diào)試.32 5.2 軟件系統(tǒng)的調(diào)試.32 5.3 運(yùn)行結(jié)果.32 6 結(jié) 論.34 致 謝.36 VII V 基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 緒論緒論 水是人們生活中必不可少的，如今在社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量更是 與日俱增?？墒牵Y源是有限的。根據(jù)報(bào)道，我國(guó)人均擁有淡水量為 2400 噸，是世界 平均值的 1/4，在全球 149 個(gè)國(guó)家（參與統(tǒng)計(jì)國(guó)家中） ，我國(guó)人均淡水資源排在 110 位， 屬于淡水資源貧乏的國(guó)家。而且我國(guó)的水資源分布極不均衡，全國(guó) 500 多個(gè)城市缺水， 其中多個(gè)缺水相當(dāng)嚴(yán)重，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其突出，人均擁有的淡水量?jī)H有 240 噸。 讓人擔(dān)心的是，淡水總量日益減少，用水成本卻不斷升高，淡水的浪費(fèi)又非常嚴(yán)重。甚 至我國(guó)北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢(shì)、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、?態(tài)惡化。淡水資源的短缺的問(wèn)題需要得到快速的解決。 我國(guó)淡水資源逐漸減少，而且污染現(xiàn)象很嚴(yán)重。隨著社會(huì)發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影 響工業(yè)發(fā)展是否快速的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求也是越來(lái)越高。 可是我國(guó)工業(yè)用水耗費(fèi)高，重復(fù)利用水少，有關(guān)資料表明，我國(guó)的工業(yè)用水重復(fù)利用率 平均 40%50%。目前全國(guó)城市污廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）只有 10%左右，其余的污 廢水都直接排入溪河、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)使用率低、污染嚴(yán)重是我國(guó)工業(yè)系 統(tǒng)水資源利用的主要問(wèn)題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源逐漸減少、水質(zhì)越來(lái)越差， 使得我們對(duì)水資源的使用日益緊迫。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水質(zhì)的污染，我國(guó)已經(jīng)有大約 3 億人 的飲水發(fā)生過(guò)不安全的現(xiàn)象，其中 1.9 億人的飲水是超標(biāo)水。氣象學(xué)家預(yù)測(cè)，2100 年全 球會(huì)變暖加劇，地表有 1/3 的面積將變成沙漠，到那時(shí)，干旱將威脅全球一半人類的生 存。這些現(xiàn)象都是由于水污染而產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)迫 在眉睫。眾多跡象表面，水資源的短缺無(wú)疑會(huì)限制經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，因此世界各國(guó)越 來(lái)越重視污廢水處理和水的再利用，通過(guò)各種技術(shù)進(jìn)一步提升供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益， 并且工業(yè)污水處理過(guò)程中，經(jīng)過(guò)厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源還可 以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)了變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的 呼聲越來(lái)越響亮，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理 后排放已經(jīng)成為各企業(yè)最基本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過(guò)程中，污水來(lái)源的不穩(wěn) 定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水處理的工藝和控制方式也相對(duì)的提 出了非常高的要求。 1.1 工業(yè)污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀工業(yè)污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 我國(guó)工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五”國(guó)家科技攻關(guān)開始逐步研究。 “七五”和 八五”攻關(guān)項(xiàng)目是在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究 較多,依據(jù)這些成果設(shè)計(jì)，建立了一些土地處理、氧化塘等污水示范工程。在人工處理技 術(shù)方面, 八五”對(duì)高負(fù)荷生物膜、高負(fù)荷活性污泥、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了較深入的 研究, 研究成果己經(jīng)被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠中。七五五”攻關(guān)項(xiàng)目是在氧化塘、 土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，依據(jù)這些成果設(shè)計(jì)，建立了 一些土地處理、氧化塘等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面， “八五”對(duì)高負(fù)荷生物膜、 高負(fù)荷活性污泥、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究。研究成果己經(jīng)被應(yīng)用于大批 工業(yè)污水處理廠中。污水廠污泥處置問(wèn)題在“九五”科技攻關(guān)中受到了重視，八五”攻 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 關(guān)項(xiàng)目是在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，依據(jù)這 些成果設(shè)計(jì)，建立了一些土地處理、氧化塘等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面， “八 五”對(duì)高負(fù)荷生物膜、高負(fù)荷活性污泥、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究。研究 成果己經(jīng)被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠中。污水廠污泥處置問(wèn)題在“九五”科技攻關(guān)中 受到了重視，并配套開發(fā)形成了成套的污泥處理。經(jīng)過(guò)“七五” 、 “八五”和“九五”這 些期間的努力奮斗，我國(guó)在工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了很大的成績(jī)。如今在水污染治 理技術(shù)上，我國(guó)已經(jīng)能夠提供許多工藝技術(shù)傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工 藝，比如：SBR 法和氧化溝技術(shù)、酸化水解好氧技術(shù)和多種類型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些污 水治理技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于水體污染、改善水體環(huán)境方面，并取得了突出的效果，標(biāo)志著我 國(guó)工業(yè)污水處理事業(yè)上升到了一個(gè)嶄新的階段?，F(xiàn)在，我國(guó)工業(yè)污水處理的工作重點(diǎn)已 經(jīng)從工藝技術(shù)的研究轉(zhuǎn)移到了具體項(xiàng)目的實(shí)施。 國(guó)際上，大規(guī)模的水污染治理是發(fā)生在第二次世界大戰(zhàn)過(guò)后，隨著 50 年代經(jīng)濟(jì)蓬勃 發(fā)展帶來(lái)的 60 年代日益嚴(yán)重的環(huán)境污染而展開的。工業(yè)污水處理設(shè)施中，城市排水管線、 工業(yè)污水處理廠的興建和運(yùn)行在水污染控制中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。到 70 年代末，美國(guó)投資 了近數(shù)千億美元興建了 18000 多座城市工業(yè)污水處理廠，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)更是花費(fèi)巨 額資金興建了 7000 至 8000 座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的興建運(yùn)行對(duì) 國(guó)家的水體污染改善起到了關(guān)鍵性作用，也為人類治理水污染積累了寶貴豐富的經(jīng)驗(yàn)。 現(xiàn)在，這些國(guó)家的工業(yè)污水處理水平又得到了進(jìn)一步提升，興建了一套具備脫氮除磷功 效的設(shè)施，對(duì)水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大作用。 1.2 課題的背景課題的背景 未來(lái) 10 年，中國(guó)工業(yè)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)投資將會(huì)超過(guò) 2500 億元，其中工業(yè)污 水處理設(shè)備投資約近 300 億元。采用先進(jìn)、實(shí)用安全的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程 中廣泛采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。 在如此形勢(shì)下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)將會(huì)成為一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效 益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。 對(duì)于環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，國(guó)務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。其中處 理過(guò)的污廢水還可以循環(huán)再利用，由于我國(guó)是一個(gè)水資源貧乏的國(guó)家，而且分布上極不 均衡，許多地區(qū)和城市缺水嚴(yán)重。所以水資源要重點(diǎn)保護(hù)。因此，從環(huán)保、注水等多方 面的因素考慮，對(duì)于工業(yè)污水處理非常必要。所以，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、 PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。 1.3 研究目的和意義研究目的和意義 世界各個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能力，使人民 生活得到更大的改善，同時(shí)也帶來(lái)了不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來(lái) 源之一。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了世界各國(guó)政府的嚴(yán)密關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被 列入世界環(huán)保組織的工作日程。我國(guó)是個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，雖然我國(guó)年平均水資源總量 達(dá)到28000 億m2，居世界第6 位，但是我國(guó)人口多，人均水資源量只有2220m2，居世界 第110 位，已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為世界上13個(gè)缺水國(guó)家之一。目前我國(guó)約300個(gè)城市缺水，其 中有5O個(gè)城市缺水嚴(yán)重。據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國(guó)按目前正常需要，年缺水總 基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 量約為300 億400 億立方米，每年因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2300 億。超過(guò)洪澇災(zāi)害。 水資源的缺乏和水資源的污染，己經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的日常生活，嚴(yán)重影響了我國(guó)的經(jīng) 濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。因此建設(shè)符合我國(guó)國(guó)情的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)減少工業(yè)污水處理成本、 改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)和和諧社會(huì)、保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展具有重大意義。 1.4 課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本課題主要內(nèi)容是工業(yè)污水處理工藝及工業(yè)污水處理系統(tǒng)的組成和 PLC 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì),主要由以下幾點(diǎn)組成： （1）介紹了工業(yè)污水處理的基本概況，其中包括工業(yè)污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀以及工業(yè) 污水處理的工藝流程； （2）介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并且對(duì)工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè) 計(jì)和分析； （3）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)； （4）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理的軟件系統(tǒng)； （5）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹 2.1 工業(yè)污水處理基本概念工業(yè)污水處理基本概念 城市污水、生產(chǎn)污水、生活污水或經(jīng)過(guò)工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，基本都會(huì) 排入排水系統(tǒng)。這些污水除了含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、 氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人生病致癌的微生物。經(jīng)處理 后的污水，最后出路一般有三種：排放水體；灌溉田地；循環(huán)利用。 污水污染物可以根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的 污染物質(zhì)可分為有機(jī)性物質(zhì)和無(wú)機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以碳、氮、磷為主。按物理形態(tài)， 污水中的污染物質(zhì)可以分為固體懸浮物、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。 好氧有機(jī)污染物的性質(zhì)比較穩(wěn)定，在微生物作用下，借助微生物的新陳代謝可以將 其降解為無(wú)機(jī)物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物。有機(jī)物的種類很多， 其共性是在微生物的作用下被降解時(shí)，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實(shí)際中，采 用以下的幾個(gè)綜合污染指標(biāo)來(lái)表述：生物化學(xué)需氧量或生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand, BOD）mg/L、化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有 機(jī)碳(Total Organic Carbon) mg/L、總需氧量(Total Oxygen Demand) mg/L。 雖然BOD20。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測(cè)定的時(shí)間太長(zhǎng)，需20天?？?慮到好氧分解速率一般在開始的幾天最快，在20溫度下，污水五日生化需氧量(BOD5)， 約占BOD20的70%80%，因此把BOD5作為衡量污染水的有機(jī)物濃度指標(biāo)。化學(xué)需氧量(COD) 的特點(diǎn)是能夠精確的表示污水中有機(jī)物的含量，并且測(cè)定時(shí)間短，但它不能像BOD那樣表 示出微生物氧化的有機(jī)物量。 2.2 常用的工業(yè)污水處理工藝常用的工業(yè)污水處理工藝 不同的工業(yè)污水處理對(duì)象，不同的工業(yè)污水處理環(huán)境，將需要有不同的工業(yè)污水處 理工藝來(lái)進(jìn)行。所以，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時(shí)候必需要認(rèn)真地考慮當(dāng)?shù)匚鬯那?況和實(shí)際的工業(yè)污水處理的環(huán)境。 工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學(xué)、物化結(jié)合，以及生物處理等幾種。這些方 法可以根據(jù)實(shí)際情況單一使用，也可以針對(duì)不同的污水配合使用。目前，工業(yè)污水處理 的方法一般都是以生物處理法為主，物理處理法和化學(xué)處理法以輔。常用的工業(yè)污水處 理工藝有以下幾種： （1）傳統(tǒng)活性污泥處理法。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最古老的工業(yè)污水處理工藝， 其工業(yè)污水處理的關(guān)鍵組成部分是沼氣池與沉淀池，主要處理部分關(guān)系框圖如圖2.1所示： 曝氣池 （有機(jī)物氧化為 無(wú)機(jī)物） 無(wú)機(jī)物） 沉淀池 （活性泥下沉） 活性泥循環(huán) 原污水 清水排出 基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 圖2.1傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 污水中的有機(jī)物在曝氣池停留的時(shí)間內(nèi)，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有 機(jī)物，并且在曝氣池中將有機(jī)物氧化成無(wú)機(jī)物，然后在沉淀池中經(jīng)過(guò)沉淀，部分活性泥 需要回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)物去除率高，污泥負(fù)荷高，池的體積小，耗 電低，運(yùn)行成本低。該工藝的缺點(diǎn)：普通曝氣池占地大，建設(shè)投資多，不能嚴(yán)格滿足國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍、容易產(chǎn)生污泥膨脹的現(xiàn)象，磷和氮的去除率比較低。 （2）A/O法。A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥處理法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)污水處理 工藝，其中A表示Anoxic（缺氧的），O表示好氧的意思。A/O法是一種缺氧-好氧生物 工業(yè)污水處理工藝。該工藝增加了好氧池與缺氧池所形成的硝化-反硝化反應(yīng)系統(tǒng)， 從而很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化-反硝化反應(yīng) 系統(tǒng)需要得到很好的控制，所以該工藝有著更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大 缺點(diǎn)。其工藝流程圖如下： 圖2.2 A/O法工藝流程圖 （3）A2/O法。A2/O法也是在傳統(tǒng)活性污泥處理法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)污水 處理工藝，其中A2，即A-A，前一個(gè)A表示Anaerobic（厭氧的），后一個(gè)A表示 Anoxic（缺氧的）；O表示好氧的意思。A2/O是一種厭氧缺氧好氧工業(yè)污水處理工藝。 A2O法的除磷脫氮效果非常好，特別適合用于對(duì)除磷脫氮要求高的工業(yè)污水處理。因此， 在對(duì)除磷脫氮有嚴(yán)格要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般都首選A2/O工藝。其工藝流程圖 如圖2.3所示。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖2.3 A2/O法工藝流程圖 （4）A/B法。A/B法是吸附生物降解法的簡(jiǎn)稱，該工藝是沒(méi)有初沉淀的，卻將曝氣池 分為高低負(fù)荷兩段，并分別有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負(fù)荷段停留時(shí)間約為20至 40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時(shí)會(huì)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除BOD達(dá)到50%以上。 B段與常規(guī)活性污泥法相似，負(fù)荷較低，起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。AB法中A 段效率高，并有很強(qiáng)的緩沖能力。對(duì)于高濃度的工業(yè)污水處理，AB法是個(gè)很好的選擇， 它具有較高的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時(shí)，優(yōu)勢(shì)更為明顯。 但是，AB法也有缺點(diǎn)，污泥產(chǎn)量比較大，A段污泥有機(jī)物含量非常高，因此有必要添加污 泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的建設(shè)和費(fèi)用。此外，由于A段去除了較多的 BOD，造成了碳源不足，難以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝的要求。對(duì)于污水濃度低 的狀況，B段也比較 困難，難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。 總之，AB法工藝比較適合于污水濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設(shè)施的大中規(guī)模 城市工業(yè)污水處理廠，并且有明顯的節(jié)能效果，而對(duì)于脫氮要求高的城市工業(yè)污水處理 廠，一般不宜采用。 （5）SBR法。SBR法是間歇式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，是一種按照一定時(shí)間順序間歇式操 作的污水生物處理技術(shù)，同樣也是一種按照間歇曝氣方式來(lái)運(yùn)行的活性污泥工業(yè)污水處 理技術(shù)，又稱為序批式活性污泥法。其反應(yīng)原理和去除污染物的原理、傳統(tǒng)的活性污泥 法基本相同，只是運(yùn)行操作方式有點(diǎn)差別。SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它 是以時(shí)間順序來(lái)分割各流程單元，也就是說(shuō)以時(shí)間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài) 生化反應(yīng)代替生化反應(yīng)，靜置理想沉淀代替動(dòng)態(tài)沉淀等。整個(gè)工作過(guò)程對(duì)于單個(gè)操作單 元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過(guò)多個(gè)單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運(yùn)行上實(shí)現(xiàn)了有序 和間歇操作相結(jié)合。 (6)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述： 本工業(yè)污水處理工藝流程圖如下圖 2.4 所示： 基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 圖2.4 工藝流程圖 污水由進(jìn)水系統(tǒng)通過(guò)粗格柵和清污機(jī)進(jìn)行初步的排除大塊雜質(zhì)物體到達(dá)除砂池。在 除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)進(jìn)一步消除污水中的細(xì)小顆粒物體，將污水中的細(xì)小 沙粒濾去后進(jìn)入氧化溝反應(yīng)池。在氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)， 這個(gè)環(huán)節(jié)需要用到一些化學(xué)藥劑來(lái)加強(qiáng)處理效果，比如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等?？?以對(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整PH值。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測(cè)器， 通過(guò)它能對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其含量反饋到PLC的值來(lái)控制曝氣機(jī)變頻器的 運(yùn)行，改變控制污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推動(dòng)水流，使氧化溝的污水 和活性污泥劇烈攪拌得以能夠充分混合，使生化反應(yīng)更加徹底充分，以最大程度地分解 污水中的有害成份。經(jīng)處理的污水再進(jìn)入沉淀池中，通過(guò)刮泥機(jī)進(jìn)行物理沉淀，為了加 強(qiáng)沉淀效果，需要加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使其更 加容易沉降。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)行脫水處理 后排出清水。 2.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 早期的控制系統(tǒng)大多是采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，但是隨著電子技術(shù)的快速發(fā) 展，控制要求的不斷提高，這類控制方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要 求，所以已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線控制、PLC 等控制方法。 （1）DCS 系統(tǒng)。DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，又被稱為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是 由計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互結(jié)合形成的。計(jì)算 機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端的組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制站、檢測(cè)站和操作站等連接起來(lái)，完成了分 散控制和集中操作管理的功能，主要是用于各類生產(chǎn)過(guò)程，可提升生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管 理水平，其主要特點(diǎn)有：采用了分級(jí)分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng) 用程序更加簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性降低并且分散，可靠性提高。 擴(kuò)展能力比較強(qiáng)。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)夠快。 （2）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是由 DCS 和 PLC 結(jié)合發(fā)展而來(lái)的，是基 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及 智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行著數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)控制和管理一體化的自動(dòng)控制 系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)夠快，實(shí)時(shí)性好。通信 協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可以互連。 （3）PLC 系統(tǒng)。PLC 是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn) 控制系統(tǒng)的功能要求，也可以利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接 PLC，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)有：編程簡(jiǎn)便，使用方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易，通用性強(qiáng)， 控制功能好。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。 2.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對(duì)城市污水的凈化作用，即將城市中排除的污 水通過(guò)該系統(tǒng)治理后，輸出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng) 過(guò)了快速發(fā)展，但是仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等已 經(jīng)極大地影響了城市發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的方便、高效、低能耗的效果， 并 且能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的控制過(guò)程，采用 PLC 作為核心控制器是個(gè)理想的方案。 PLC 作為工業(yè)污水處理的控制系統(tǒng)使得設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加簡(jiǎn)便，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能變得 更多。可以與各類人機(jī)界面的通信完成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶方便通過(guò)操作 界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。由于 PLC 的 CPU 強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)傳輸與通信變?yōu)榭赡?，并且也可?shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。 利用 PLC 作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及到兩個(gè)方面：一是控制信號(hào)輸入； 二是控制信號(hào)輸出。 2.4.12.4.1 信號(hào)輸入信號(hào)輸入 工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測(cè)方面主要涉及四種信號(hào)的監(jiān)測(cè)，有按鈕的輸入檢測(cè)、 液位差的輸入檢測(cè)、液位高低的輸入檢測(cè)，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測(cè)。 （1）按鈕輸入檢測(cè)：大多數(shù)是人工方式控制的輸入檢測(cè)，主要有手動(dòng)按鈕、自動(dòng)按 鈕、格柵機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水泵啟動(dòng)按鈕、清污機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)按鈕、污泥 回流泵按鈕、曝氣機(jī)工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。 （2）液位差輸入檢測(cè)：檢測(cè)粗細(xì)格柵兩側(cè)的液位差，是用來(lái)控制清污機(jī)的啟動(dòng)與停 止。 （3）液位高低輸入檢測(cè)：檢測(cè)進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位高低，是用來(lái)控制潛 水泵或污泥回流泵的啟動(dòng)和停止和投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。 （4）含氧量輸入檢測(cè)：上面三種都是數(shù)字量輸入，這個(gè)輸入是模擬量輸入。曝氣過(guò) 程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測(cè) 污水中的含氧量，并由曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。將溶解氧儀放置在適當(dāng)位置，將檢 測(cè)值反饋到 PLC 中，通過(guò)運(yùn)算輸出控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)。當(dāng)溶解氧值偏低時(shí)，降低微 生物分解的效果，延長(zhǎng)處理時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機(jī)轉(zhuǎn) 速來(lái)增加供氧量；當(dāng)溶解氧值偏高時(shí)，導(dǎo)致微生物過(guò)氧化，降低其活性，也不利于處理， 基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 因此減小曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的