基于PLC控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

1、目 錄摘要.1關(guān)鍵詞.1Abstract.1Key Words.1引言.21 設(shè)計(jì)污水處理系統(tǒng)的緣由.21.1 設(shè)計(jì)的目的和意義.21.2 課題的背景.21.3 污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀.21.4 課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容.32 城市污水處理控制系統(tǒng)總體介紹.32.1 污水處理概述.32.2 常用的工業(yè)污水處理工藝.32.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式.52.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求.62.4.1 信號(hào)輸入.62.4.2 控制輸出信號(hào).73 設(shè)計(jì)方案的確定.73.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析 .73.1.1 PLC 的結(jié)構(gòu).73.1.2 PLC 的工作原理.83.1.3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則的

2、設(shè)計(jì)步驟.83.2 污水處理 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析.103.2.1 污水處理的過(guò)程.103.2.2 上位監(jiān)控管理機(jī).114 硬件部分的設(shè)計(jì).114.1 PLC 的選擇 .114.2SBR 污水處理系統(tǒng)設(shè)備.114.3 污水處理控制流程.124.4I/O 分配表.135 軟件部分的設(shè)計(jì).135.1 程序的流程圖.135.2 梯形圖程序.155.2.1污水處理系統(tǒng)各主要工作指令分析和設(shè)計(jì).155.2.2根據(jù)控制要求、I/O 分配表，設(shè)計(jì) PLC 梯形圖.165.2.3調(diào)試過(guò)程.16總結(jié).17參 考 文 獻(xiàn).18附錄 A 污水處理系統(tǒng)梯形圖程序.19致 謝.24XXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）0基

3、于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械電子專(zhuān)業(yè)學(xué)生 XXX指導(dǎo)教師 XXX摘要: 最近幾年 ,城市污水處理廠已經(jīng)變成最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，特別是小城市和中等城市,新增和繼續(xù)拓展污水處理廠已經(jīng)成為各個(gè)地方政府提高人民生活質(zhì)量的最關(guān)心的事。隨著現(xiàn)在自動(dòng)控制技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展、提高,污水處理廠的自動(dòng)控制水平也隨之提高，而 PLC 控制器以其技術(shù)成熟、通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、功能及如何利用 PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,并介紹了在系統(tǒng)實(shí)施中遇到的若干問(wèn)題及其解決措施。在污水處理中

4、采用PLC 控制系統(tǒng)改造后，提高了自動(dòng)控制的可靠性,不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且提高了污水處理廠的運(yùn)行效率和運(yùn)行效益,實(shí)現(xiàn)了污水廠生產(chǎn)管理 的科學(xué)性。關(guān)鍵詞：污水處理，PLC，工藝流程 PLC based control of the city sewage treatment system designMachinery and electronics professional student XXXTutor XXXAbstract: In recent years, the city sewage treatment plant has become one of the most i

5、mportant infrastructure. Especially small and medium city, new or expanded sewage treatment plant has become a local government to improve the lives of the people level priority. Along with the automation technology, computer technology continues to develop, improve, sewage treatment plant automatio

6、n level also improved. While the PLC controller with its technology is mature, good commonality, high reliability, flexible installation, easy expansion, high ratio of performance to cost a series of advantages, in the industrial control has been more and more widely applied. This paper introduces t

7、he automatic control system in sewage treatment plant composition, function and how to use PLC to realize the automatic control, and introduces the system encountered in the implementation of the problems and the solving measures. In the sewage treatment in the PLC control system after modification,

8、 improves the reliability of automatic control, not only reduces the work .The labor intensity, but also improve the sewage treatment plant operation efficiency and operation efficiency, realize the scientific management of sewage plant.Key Words: Sewage treatment, Programmable Logic Controller, Pro

9、cess flow基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1引言根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局 2009 年在國(guó)際上統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的人均淡水資源總量為 2132 立方米，而世界人均淡水資源總量為 6624 立方米，中等收入國(guó)家和低收入國(guó)家的人均淡水資源總量分別為 6589 立方米和 4619 立方米，由此可見(jiàn)我國(guó)的淡水資源總量非常短缺。而且在時(shí)空分布上也不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。更嚴(yán)重的問(wèn)題是 80%以上的污水沒(méi)有經(jīng)有效的處理就直接投進(jìn)水域，已造成我國(guó) 1/3 以上的河段受到污染，90%以上的城市水域都受到了嚴(yán)重污染，大部分城鎮(zhèn)水源都不符合我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)。水資源短缺和水環(huán)境污染成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)

10、濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。當(dāng)今水資源為世界各國(guó)所關(guān)注，必須引起我國(guó)全黨十分重視。水是人類(lèi)生存與發(fā)展的不可替代的資源，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。所以推進(jìn)污水深度處理和普及再生水，利用人類(lèi)與自然兼容協(xié)調(diào)，創(chuàng)造良好水環(huán)境，促進(jìn)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。1 設(shè)計(jì)污水處理系統(tǒng)的緣由1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義水資源短缺，是我國(guó)目前的基本國(guó)情和水情。水少、水臟、水浪費(fèi)嚴(yán)重成為橫亙?cè)谖覈?guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展道路上的三大障礙。節(jié)約水資源、保護(hù)水環(huán)境刻不容緩。當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期，我國(guó)處于全面建設(shè)小康社會(huì)、加快推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的重要時(shí)期。發(fā)達(dá)國(guó)家 200 多年工業(yè)化過(guò)程中分階段出現(xiàn)的資源與環(huán)境問(wèn)題，現(xiàn)階段在我國(guó)集中顯現(xiàn)出

11、來(lái)。發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)后花幾十年解決的問(wèn)題，我們必須在較短的時(shí)間內(nèi)加以解決，難度之大、任務(wù)之艱巨前所未有。為了實(shí)現(xiàn)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展，為了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為了改善我們周?chē)乃h(huán)境，為了提高人民的生活質(zhì)量，城市污水處理系統(tǒng)必須要進(jìn)一步完善。1.2 課題的背景黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視水資源管理工作。胡錦濤總書(shū)記在十七大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，要保護(hù)土地和水資源，建設(shè)科學(xué)合理的能源資源利用體系，提高能源資源利用效率。報(bào)告提出，要積極推進(jìn)水價(jià)改革，逐步提高水利工程供非農(nóng)業(yè)用水價(jià)格，完善水資源費(fèi)征收管理體制。我們都不難發(fā)現(xiàn)， “節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，科學(xué)發(fā)展” ，得到了特別的強(qiáng)調(diào)。因此實(shí)用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程

12、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)。在這種形勢(shì)下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)疑是一個(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。1.3 污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀我國(guó)解決城市污水的凈化問(wèn)題始于二十世紀(jì) 70 年代。我國(guó)現(xiàn)有許多城市污水處理廠大部分都是采用活性污泥法。此階段開(kāi)始重視引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，開(kāi)展與國(guó)外的技術(shù)交流，逐步探索適合我國(guó)國(guó)情的工程技術(shù)和設(shè)計(jì)，為以后的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。XXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2在國(guó)際上，19 世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家相繼出現(xiàn)了環(huán)境污染，政府開(kāi)始意識(shí)到加強(qiáng)污水處理的必要性。經(jīng)過(guò) 30 多年的大力整治，才基本控制形勢(shì)。1.4

13、 課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是城市污水處理工藝及污水處理系統(tǒng)的組成和 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要由以下內(nèi)容組成：（1）介紹了城市污水處理的基本內(nèi)容。（2）介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作控制原理，并對(duì)城市污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析；（3）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理系統(tǒng)的硬件組成部分；（4）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理系統(tǒng)的軟件組成部分； （5）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調(diào)試工作以及模擬運(yùn)行。2 城市污水處理控制系統(tǒng)總體介紹2.1 污水處理概述所謂城市污水，就是指生活污水和生產(chǎn)污水的混合污水。這些污水不僅含有碳水化合物、各種氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、蛋白質(zhì)和合成洗滌劑等物質(zhì)，還含有各種使人致病

14、甚至喪命的微生物。經(jīng)過(guò)處理后的污水，最后出路有三種：排放；灌溉田地；循環(huán)利用。水處理的目的有三種1：(1)去除水中的雜質(zhì)以及污泥，這是最主要的內(nèi)容。(2)為了滿足用水的要求，在水中加入新的成分以改變水的化學(xué)性質(zhì)。(3)改變水的物理性質(zhì)。2.2 常用的工業(yè)污水處理工藝我們常用的污水處理的方法主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法以及生物法等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單獨(dú)使用，也可以針對(duì)不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法主要用生物處理法2，并且加上物理法和化學(xué)法結(jié)合使用。常用的工業(yè)污水處理的方法有：（1）傳統(tǒng)活性污泥法 傳統(tǒng)活性污泥法又稱(chēng)普通活性污泥法或推流式活性污泥法，是最早成功應(yīng)用的

15、運(yùn)行方式，傳統(tǒng)的活性污泥法污水治理的主要部分包括反應(yīng)池（也叫曝氣池）和沉淀池，關(guān)系框圖如圖 2-1 所示。曝氣池（微生物吸附有機(jī)物氧化為無(wú)機(jī)物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3圖 2-1 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)有：處理效果好，BOD5 的去除率可達(dá) 90-95%；對(duì)廢水的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該工藝的主要問(wèn)題有：為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過(guò)高的有機(jī)負(fù)荷，因而池容較大，占地面積較大；在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會(huì)浪費(fèi)了動(dòng)力費(fèi)用；對(duì)沖擊負(fù)荷的適應(yīng)性較弱。（2）A/O 法 A/O 法是

16、在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)污水處理工藝，A/O 法是一種缺氧-好氧生物工業(yè)污水處理工藝。其工藝流程圖如圖 2-2：隔柵沉砂池初沉池厭氧池好氧池二沉池回流淤泥混合液回流進(jìn)水剩余污泥圖 2-2 A/0 法工藝流程圖（3）A2/O 法 A2/O 法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(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 代表 Anaerobic（厭氧的），后一個(gè) A 代表Anoxic（缺氧的）；O 代表（好氧的）。A2/O 是一種厭氧缺氧好氧污水處理工藝因此，在對(duì)除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般首選 A2/O 工藝。其工藝流程圖如圖 2-3 所示。X

17、XX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4 厭氧池缺氧池好氧池二沉池進(jìn)水出水混合液回流活性污泥回流圖 2-3 A2/0 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(chēng)，該工藝沒(méi)有初沉淀，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)。對(duì)于高濃度的工業(yè)污水處理，AB 法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。但是，AB 法污泥產(chǎn)量較大，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費(fèi)用。（5）SBR 法 間歇式活性污泥法，簡(jiǎn)稱(chēng) SBR。SBR 獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使間歇式活性污泥法逐漸在國(guó)內(nèi)外受到重視。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：理想的推流過(guò)程使生化反應(yīng)推動(dòng)力增大，效率提高，凈化效果好。運(yùn)行效

18、果穩(wěn)定，需要時(shí)間短、效率高，出水水質(zhì)好。耐沖擊負(fù)荷，運(yùn)行靈活。處理設(shè)備少，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于操作和維護(hù)管理。反應(yīng)池內(nèi)存在 DO、BOD5 濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹。脫氮和除磷效果好而且造價(jià)相對(duì)比較低。而且主體設(shè)備中只有而且僅有一個(gè)間歇反應(yīng)器，面積也比其他設(shè)備小。該工藝的缺點(diǎn)有：自動(dòng)化控制要求高。排水時(shí)間短（間歇排水時(shí)），并且排水時(shí)要求不攪動(dòng)沉淀污泥層，因而需要專(zhuān)門(mén)的排水設(shè)備（潷水器），且對(duì)潷水器的要求很高。 后處理設(shè)備要求大：如消毒設(shè)備很大，接觸池容積也很大，排水設(shè)施如排水管道也很大。 由于不設(shè)初沉池，易產(chǎn)生浮渣，浮渣問(wèn)題尚未妥善解決 SBR 工藝是一種簡(jiǎn)易、快速且低耗的廢水生物處理工藝3。

19、2.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類(lèi)控制方法已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線控制、PLC 等控制方法4。（1）DCS 系統(tǒng) DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，又稱(chēng)為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。由計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制站、檢測(cè)站和操作站、控制站等連接起來(lái)，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類(lèi)生產(chǎn)過(guò)程，可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，其主要特點(diǎn)如下：采用分級(jí)分

20、布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散，基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5可靠性提高。擴(kuò)展能力較強(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)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 發(fā)展而來(lái)的，是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開(kāi)、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)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：可以用計(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。通信協(xié)議公開(kāi)，不同產(chǎn)品可互連。（3）PLC 系統(tǒng) PLC 是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱(chēng)

21、，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)如下：編程方便，開(kāi)發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便?？刂乒δ軓?qiáng)。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)的主要功能是完成對(duì)城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過(guò)該系統(tǒng)處理后，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)了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(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)的簡(jiǎn)易、高效、低能耗的功能， 并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過(guò)程，采用 PLC 作為核

22、心控制器是個(gè)較好的方案。 PLC 作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。原因正是由于 PLC的 CPU 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實(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)主要涉及兩個(gè)方面：一是信號(hào)輸入；二是控制輸出信號(hào)。2.4.1 信號(hào)輸入 工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測(cè)方面主要涉及四類(lèi)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，主要包括：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)為人工方式控制的輸入檢測(cè)，主要有自動(dòng)按鈕、手動(dòng)按鈕、格柵機(jī)啟動(dòng)按鈕、清污機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水泵啟動(dòng)按鈕、

23、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)液位差，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的高低，用來(lái)控制潛水泵或污泥回流泵的啟動(dòng)和停止，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。（4）含氧量輸入檢測(cè) 以上三種都為數(shù)字量輸入該輸入為模擬量輸入。曝氣過(guò)程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)為了保證微生物所需要的氧氣。 ；當(dāng)溶解氧值偏高時(shí)，導(dǎo)致微生物過(guò)氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以減少XXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。2.4.2

24、 控制輸出信號(hào) 信號(hào)輸出部分主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是數(shù)字量輸出，即各類(lèi)設(shè)備的接觸器；另外一個(gè)是模擬量輸出，用來(lái)控制曝氣機(jī)變頻器。（1）數(shù)字量輸出 控制各類(lèi)設(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：格柵機(jī)啟停、清污機(jī)啟停、潛水泵啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼！⑽勰嗷亓鞅玫仍O(shè)備。（2）模擬量輸出 通過(guò) PLC 中 PID 運(yùn)算后的數(shù)據(jù)，通過(guò)其功能模塊輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制污水中含氧量的要求。3 設(shè)計(jì)方案的確定3.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析3.1.1 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的電子系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)大概與我們的微型計(jì)算

25、機(jī)一致。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 分為模塊式和整體式兩種模式5。(1)整體模式的 PLC 整體模式的 PLC 由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)單元、電源電路和通信端口等組成。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)固定、實(shí)現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定 ?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖 3-1 所示。電源中央處理器編程器系統(tǒng)總線輸入輸出單元存儲(chǔ)器圖 3-1 整體式結(jié)構(gòu)(2)模塊模式的 PLC 模塊式(又稱(chēng)組合式)結(jié)構(gòu)的 PLC 是將 PLC 的 CPU 和存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)在一個(gè)模塊上，該模塊在總線上的安裝位置一般是固定的，模塊式的 PLC 安裝完成后，需進(jìn)行登記，以便 PLC 對(duì)安裝在總線上

26、的各模塊進(jìn)行地址確認(rèn)。模塊式的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成的使用靈活，構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的 PLC。基本結(jié)構(gòu)如圖 3-2 所示?；?PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7編輯器其他 PLC或上機(jī)位現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備基架電源模塊CPU模塊通信模塊輸入模塊輸出模塊特殊功能模塊圖 3-2 結(jié)構(gòu)式模塊3.1.2 PLC 的工作原理 PLC 與繼電器構(gòu)成的控制裝置上的不同在于工作方式的不同。繼電器根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出。PLC 不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作，而且每次只能執(zhí)行一條指令，這也就是 PLC 以“串行”方式工作的，PLC 控制則

27、需要輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 3 個(gè)階段才能完成控制過(guò)程。3.1.3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則的設(shè)計(jì)步驟(1)設(shè)計(jì)原則 PLC 控制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要能很好地實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則7。(a)根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)出來(lái)的控制系統(tǒng)能最大限度地滿足控制要求。(b)力求簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。(c)適應(yīng)發(fā)展階段。(d)保證 PLC 控制系統(tǒng)的安全可靠性。(2)設(shè)計(jì)步驟 一般 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖 3-3，具體操作如下:XXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8開(kāi)始設(shè)計(jì)控制要求分析確定輸入輸出設(shè)備選擇合適的 PLCI/O

28、點(diǎn)數(shù)分配PLC 程序設(shè)計(jì)模擬調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試整理技術(shù)文件設(shè)計(jì)結(jié)束圖 3-3 設(shè)計(jì)步驟示意圖(3)控制要求分析 我們?cè)谠O(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，首先要對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行仔細(xì)的分析，而且要詳細(xì)地知道控制對(duì)象和要求。(4)確定輸入/輸出設(shè)備 通過(guò)分析好的控制要求來(lái)確定適合該系統(tǒng)的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，然后按照選用的輸入/輸出設(shè)備的類(lèi)型和數(shù)量，確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。(a)選擇合適 PLC (b)I/O 點(diǎn)數(shù)分配 (c)PLC 程序設(shè)計(jì) (d)模擬調(diào)試 (e)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9(f)整理技術(shù)文件 3.2 污水處理 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析3.2.1 污水處理的過(guò)程 本

29、課題中的污水處理采用 SBR 污水生物處理工藝，即序批式間歇活性污泥法。這種工藝是按“進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水”步驟周期性進(jìn)行生化反應(yīng)。從進(jìn)水開(kāi)始到排水結(jié)束算作一個(gè)周期8。工藝流程圖如圖 3-4 所示。污水池水泵污水處理后的污水肥料泥池風(fēng)機(jī)SBR池圖 3-4 SBR 工藝流程基本工藝流程如下：(1)進(jìn)水 首先進(jìn)水閥門(mén)打開(kāi)，污水先通過(guò)粗格柵，再經(jīng)過(guò)水泵，最后通過(guò)過(guò)濾到達(dá) SBR 池。(2)反應(yīng) 反應(yīng)工序是 SBR 工藝最主要的一道工序。當(dāng)污水注入達(dá)到預(yù)定容積后，停止進(jìn)水，打開(kāi)空氣閥門(mén)。啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，開(kāi)始曝氣，與此同時(shí)攪拌器和回流泵也開(kāi)始運(yùn)行，可開(kāi)始反應(yīng)操作，如驅(qū)除 BOD、硝化等。觀察反應(yīng)情況，并進(jìn)

30、行曝氣和攪拌，并決定反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)短，必要時(shí)可投加藥劑。在進(jìn)入沉淀工序前，應(yīng)需要給予一定時(shí)間上的微量初步曝氣，用來(lái)去除黏附在污泥上的各種氣泡或氣體，這樣才能保證排除污泥程序可以進(jìn)行的很順利。(3)沉淀 當(dāng) SBR 池停止曝氣以后，空氣閥門(mén)關(guān)閉，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾猛Ｖ惯\(yùn)行，開(kāi)始重力沉淀和泥水分離。(4)排水 SBR 池水位到達(dá)最高水位，并經(jīng)過(guò)沉淀工藝以后，上清夜(上面的清夜)由潷水器緩慢排出池外。當(dāng)池水位達(dá)到處理周期開(kāi)始時(shí)的最低水位時(shí)，停止?jié)?。剩余污泥泵在潷水器停止運(yùn)行后開(kāi)始運(yùn)行，排泥至儲(chǔ)泥池。XXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）103.2.2 上位監(jiān)控管理機(jī) PLC 通過(guò)通信電纜將采集參數(shù)傳送給上

31、位監(jiān)控管理機(jī)，通過(guò)上位監(jiān)控管理機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有關(guān)參數(shù)變化，并保留一段時(shí)間的數(shù)據(jù)，形成變化曲線。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報(bào)警、參數(shù)打印等功能9,10。4 硬件部分的設(shè)計(jì)4.1 PLC 的選擇隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，PLC 的種類(lèi)也不斷增加，不同型號(hào)的 PLC，其結(jié)構(gòu)，性能，容量等，也各不相同。因此，合理的選擇 PLC，對(duì)于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。本系統(tǒng)選的是 S7200 是模塊，S7200PLC 屬于小型 PLC，其主機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機(jī)上有一定數(shù)量的輸入輸出點(diǎn)，一個(gè)主機(jī)單元就是一個(gè)系統(tǒng)，它還可以靈活的拓展，如果輸入輸出點(diǎn)不夠，則可增加拓展模

32、塊，如果需要其他特殊功能，則可增加相應(yīng)的功能模塊。它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，而且在其結(jié)構(gòu)，性能，容量方面也較適宜本課題的需要。4.2SBR 污水處理系統(tǒng)設(shè)備SBR 污水處理系統(tǒng)中所使用的動(dòng)力設(shè)備(水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥)，均采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)和電磁閥選配防水防潮型10。（1）羅茨風(fēng)機(jī) 羅茨風(fēng)機(jī)在污水處理系統(tǒng)中主要用于曝氣。主要用途有廢水處理：工業(yè)廢水，生活廢水等環(huán)保工程曝氣供給氧氣使用或者利用春鼎鼓風(fēng)機(jī)之空氣逆洗濾材，適用行業(yè)：環(huán)境工程設(shè)。主要特點(diǎn)有排出氣體不含油污。風(fēng)量穩(wěn)定，壓力變化對(duì)風(fēng)量影響小。特殊葉輪設(shè)計(jì)，高效率省能源。構(gòu)造簡(jiǎn)單堅(jiān)固、無(wú)故障。使用一級(jí)研磨齒輪，精度高、壽命長(zhǎng)

33、、低噪音。葉輪采用最新之龍門(mén)刨床四軸加工法，一次加工完成，使其具有更高之精密度。系統(tǒng)選用羅茨風(fēng)機(jī)：GRB-100，風(fēng)量：10.61m/min，風(fēng)壓：7000mmAq，轉(zhuǎn)數(shù) 1750r/min，功率：22kw。（2）回流泵 回流泵它的主要作用就是污泥回流。污泥回流泵是一種新型產(chǎn)品，它是在潛水?dāng)嚢铏C(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是二級(jí)污水處理廠混合液回流和反硝化脫氮的專(zhuān)用設(shè)備，也適用于地面排水時(shí)抽凈化水，廢水處理過(guò)程中再循環(huán)或泥漿抽吸回路中需要微揚(yáng)程、大流量的場(chǎng)所也使用該泵。系統(tǒng)所選用的回流泵：CP5(T)3.7-80，流量：45m/h，揚(yáng)程：15m，功率：3.7kw。（3）潷水器 間歇式活性污泥法所使用的主

34、要設(shè)備就是懸臂式電動(dòng)推桿潷水器。潷水器它的主要作用就是將池表面上靜止的澄清的水潷出，但是它不攪動(dòng)沉淀，這樣可以保證出水的質(zhì)量11。由于 SBR 法工藝采用間歇式反應(yīng)，進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水這四個(gè)步驟在同一反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行，不需要經(jīng)過(guò)二次沉淀池與污泥回流設(shè)備，它的優(yōu)點(diǎn)是：占地面積小、成本低、出水水質(zhì)好、高效率；而且它將多個(gè) SBR 池連接起來(lái)，不僅具有傳統(tǒng)污泥法工藝的連續(xù)性（連續(xù)進(jìn)水） ，而且還具有典型 SBR 工藝的連續(xù)性，適用于各種水質(zhì)和水量，并且滿足變化大的需要，本系統(tǒng)所選用的潷水器：BSQ200 懸臂式，潷水量：200m/h，功率：1.1kw?；?PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)11（

35、4）電動(dòng)蝶閥 電動(dòng)蝶閥它是電動(dòng)閥門(mén)與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中的一個(gè)品種12。連接方式有兩種：法蘭式和對(duì)夾式，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中它是重要的執(zhí)行單元，此閥主要水平安裝。結(jié)構(gòu)是由角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和蝶閥整體機(jī)械連接，經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試后共同組成。電動(dòng)蝶閥蝶板 屬于流線形設(shè)計(jì)， 減小了阻力損失 ，稱(chēng)得上是非常節(jié)能的產(chǎn)品。主要用途：控制各種工業(yè)自動(dòng)控制生產(chǎn)的管道流量、壓力和溫度。比如：電力方面、石油化工方面、消防系統(tǒng)方面等。系統(tǒng)所選用電動(dòng)碟閥：D971，功率：0.55kw。（5）傳感器 我們常用的傳感器是作為 一種特別的檢測(cè)裝置， 它能敏感的感覺(jué)出所要測(cè)量的各種各樣的信息，而且把它感覺(jué)到的信息按規(guī)律轉(zhuǎn)換成其他信號(hào)（比

36、如說(shuō)電信號(hào)）輸出，來(lái)達(dá)到我們所要求的各種控制要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 傳感器在系統(tǒng)中采用超聲波傳感器，主要用于檢測(cè)液位的高低13。4.3 污水處理控制流程 以 1#SBR 池循環(huán)周期為例加以說(shuō)明：(1)1#SBR 池開(kāi)始進(jìn)水，進(jìn)水 2h，通過(guò) 1#電動(dòng)蝶閥控制，進(jìn)水的同時(shí) 1#風(fēng)機(jī)開(kāi)始曝氣，污泥回流泵 1#開(kāi)啟，開(kāi)始回流。(2)2h 后，1#電動(dòng)蝶閥停止進(jìn)水，1#回流泵停止回流；1#風(fēng)機(jī)繼續(xù)曝氣。(3)持續(xù)曝氣 6h 后，1#風(fēng)機(jī)停止曝氣。(4)1#SBR 池靜置 1h 后，此時(shí)，水面分層，污泥沉降置底，上清液用潷水器排出。(5)靜置 1h 后，開(kāi)始排水，1#池內(nèi) 1#潷水

37、器啟動(dòng)，由上頂點(diǎn)緩慢向下移動(dòng)，(可設(shè)為：下潛一小段距離后停住，潷水一定時(shí)間，再繼續(xù)下潛一小段距離，再停，再潷水，再下潛)；潷水器潛至下頂點(diǎn)潷水結(jié)束后，迅速自動(dòng)升回至上頂點(diǎn)停住。至此，潷水1h 結(jié)束。(6)潷水 1h 結(jié)束后，至此，第一周期結(jié)束，開(kāi)始下一循環(huán)周期進(jìn)水，曝氣，回流。以后各周期依次類(lèi)推。2#SBR 池與 1#SBR 池間隔 2 個(gè)小時(shí)，開(kāi)始進(jìn)水，每一個(gè)步驟與 1#SBR 池相同，只是在時(shí)間上有所延長(zhǎng)。以此類(lèi)推，3#SBR 池與 2#SBR 池也相間隔 2 個(gè)小時(shí)，4#與 3#SBR 池也相間隔 2 個(gè)小時(shí)，后續(xù)程序與 1#設(shè)定的程序一樣。XXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）124.4/O 分

38、配表根據(jù)所需的控制要求與設(shè)計(jì)出的方案，列出 I/O 分配表，如表 4-1 所示。表 4-1 I/O 分配表I0.0復(fù)位I0.1自動(dòng)狀態(tài)I0.2潷水器下潛限位I0.3潷水器上升限位I0.4風(fēng)機(jī)故障I0.5進(jìn)水泵故障I0.6潷水器故障I0.7回流泵故障I1.0手動(dòng)自動(dòng)切換I1.1下潛潷水器手動(dòng)I1.2上升潷水器手動(dòng)I1.3回流泵手動(dòng)I1.4風(fēng)機(jī)手動(dòng)輸入信號(hào)I1.5進(jìn)水泵手動(dòng)Q0.0下潛潷水器Q0.1上升潷水器Q0.2起?；亓鞅肣0.3起停風(fēng)機(jī)輸出信號(hào)Q0.4起停進(jìn)水泵5 軟件部分的設(shè)計(jì)5.1 程序的流程圖程序主要依據(jù) SBR 法污水處理工藝(進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水)，根據(jù)各環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行編

39、制14。具體一個(gè) SBR 池、一個(gè)周期的流程圖如圖 5-1 所示?；?PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)13開(kāi)始集水池水位放水SBR 池水位曝氣曝氣 6 小時(shí)沉淀沉淀 1 小時(shí)排水結(jié)束圖 5-1 SBR 池周期的流程圖XXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）145.2 梯形圖程序5.2.1污水處理系統(tǒng)各主要工作指令分析和設(shè)計(jì)（1）單一傳送指令 MOVE 單一傳送不僅包括字節(jié)傳送，還包括字與雙字的傳送。它的功能是：當(dāng)使能輸入有效時(shí)，把一個(gè)單字節(jié)數(shù)據(jù)由 IN 傳送到 OUT 所在的存儲(chǔ)單元。具體格式見(jiàn)圖 5-2:圖 5-2傳送指令格式(2)加法指令 ADD加法指令是對(duì)有符號(hào)數(shù)進(jìn)行相加操作，它不僅包括整數(shù)加

40、法，而且還包括雙整數(shù)和實(shí)數(shù)加法。它的功能是：IN1+IN2=OUT,具體格式見(jiàn)圖 5-3:圖 5-3加法指令格式_基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)15(3)接通延時(shí)定時(shí)器指令 TON 接通延時(shí)定時(shí)器是用于單一時(shí)間間隔的定時(shí)器。具體格式見(jiàn)圖 5-4：圖 5-4接通延時(shí)定時(shí)器指令格式5.2.2根據(jù)控制要求、I/O 分配表，設(shè)計(jì) PLC 梯形圖，見(jiàn)附錄 A。5.2.3調(diào)試過(guò)程（1）系統(tǒng)靜態(tài)仿真調(diào)試空載靜態(tài)仿真調(diào)試時(shí)，根據(jù)所運(yùn)行的程序來(lái)檢查硬件部分連接是否正確，然后根據(jù)情況慢慢調(diào)試，首先對(duì)主程序進(jìn)行調(diào)試，然后對(duì)初始化程序進(jìn)行調(diào)試，最后再對(duì)主程序進(jìn)行調(diào)試。過(guò)程中要努力接近實(shí)際的控制系統(tǒng)，并且要

41、考慮一下每一種有可能會(huì)發(fā)生的狀況，需要一遍一遍進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)準(zhǔn)確的分析并且調(diào)整程序內(nèi)容和所涉及的參數(shù)。（2）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真調(diào)試及仿真運(yùn)行在動(dòng)態(tài)并且負(fù)載情況下進(jìn)行仿真調(diào)試的時(shí)候，需要仔細(xì)觀察和記錄系統(tǒng)的仿真各種運(yùn)行狀態(tài)，先模擬手動(dòng)，再模擬自動(dòng)，按照這種方法逐步進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)停機(jī)，分析原因，找到可以解決問(wèn)題的辦法，而且需要仔細(xì)記錄，以便進(jìn)一步分析和改造。XXX 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16總結(jié)推進(jìn)污水處理并循環(huán)利用，從大的方面來(lái)說(shuō)充分體現(xiàn)了科學(xué)發(fā)展觀以人為本的要求，從小的方面說(shuō)改善水環(huán)境，提高了人們的生活水平。本文采用 PLC 對(duì)污水處理廠的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試和運(yùn)行，本控制系統(tǒng)基本達(dá)到了我們所要的控制要求，系統(tǒng)具有較高的可靠性，可基本實(shí)現(xiàn)污水處理廠的無(wú)人化管理，充分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，不僅減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且提高了污水處理廠的運(yùn)行效率和運(yùn)行效益,實(shí)現(xiàn)了污