工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 - 總結(jié).本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）. v工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)摘摘 要要近年來 ,污水處理廠已成為各個(gè)城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。尤其是中小城市,新建或擴(kuò)建污水處理廠已成為當(dāng)?shù)卣纳迫嗣裆钏降念^等大事。隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展、完善,污水處理廠的自動(dòng)化水平也相應(yīng)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)施中遇到的若干問題及其解決措施。在污水處理中采用P

2、LC 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)鍵詞關(guān)鍵詞：PLC；污水處理；硬件. vIndustrialIndustrial wastewaterwastewater treatmenttreatment automaticautomatic controlcontrol systemsystemAbstractAbstractIn recent years, sewage treatment plant has already become one of the most important

3、 infrastructures in every city, and especially in small and medium-sized ones, to build and expand such plants has been on the local governments top agenda to improve peoples life. With the development and improvement of automation technique and computer technology, automation level of sewage treatm

4、ent plants has also made a corresponding leap. While PLC has series of merits such as: mature technique, fine universal property, high reliability, flexible to install, convenient to expand, excellent cost performance, etc, which have enabled it gain a more and more widespread application in industr

5、ial control. This paper will mainly introduce the composition and function of the automatic control system in sewage treatment plants and several problems that may occur in the practical use of the system and the possible solutions to them. Since the transformation by employing PLC control system in

6、 sewage treatment, the reliability of automatic control has been advanced, which has not only reduced workers work intensity, but also improved the operational efficiency of the sewage treatment plants, thus has made the scientific administration of . vmanufacturing in sewage treatment plants possib

7、le.KeyKey wordswords: PLC;Sewage treatment;Hadware. v目錄目錄摘要 IABSTRACTII第一章緒論 51.1 工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀 61.2 課題的背景 61.3 研究目的和意義 7第二章工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)工藝流程的介紹 92.1 工業(yè)污水處理基本概念 92.2 常用的工業(yè)污水處理工藝 102.3 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述：122.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 132.5 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求 142.5.1 信號(hào)輸入 152.5.2 控制輸出信號(hào) 15第三章硬件設(shè)備配置 163.1 主要組成部分 163.2 電氣控制系

8、統(tǒng) 173.3 工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理 183.3.1 控制系統(tǒng)總體框圖 183.3.2 工作過程 18. v3.3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 193.4 PLC 的應(yīng)用 193.4.1 PLC 簡介 193.4.2 PLC 選型 233.4.3 PLC 的 I/O 資源配置 243.5 其他硬件的選型 263.5.1 電動(dòng)機(jī)的選型 263.5.2.接觸器的選型 293.5.3 時(shí)間繼電器選用 303.5.4 變頻器的應(yīng)用 303.5.5 液位差計(jì) 343.5.6 軟啟動(dòng)器的應(yīng)用 35第 4 章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 414.1 總體流程設(shè)計(jì) 414.1.1 手動(dòng)模式 414.1.2

9、自動(dòng)模式 424.2 曝氣過程控制的任務(wù) 484.3 氯氣投加環(huán)節(jié) 494.4 絮凝劑投加環(huán) 494.5 PID 控制 504.6 PLC 和變頻器，軟啟動(dòng)器通訊 51第 5 章調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果 53. v5.1 硬件系統(tǒng)的調(diào)試 535.2 軟件系統(tǒng)的調(diào)試 535.3 運(yùn)行結(jié)果 54結(jié)論 56參考文獻(xiàn) 57致謝 58第一章緒論第一章緒論水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會(huì)生活及生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國人均擁有淡水量為 2400 噸，為世界平均值的 1/4，在全球 149 個(gè)國家（參與統(tǒng)計(jì)國家中） ，我國人均淡水資源位居 110 位，屬于淡水資源貧乏的國家。

10、而且我國水資源時(shí)空分布極不均衡，全國 500 多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量僅有 240 噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國北方地區(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?、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國急需解決的問題【1】。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求越來越高。但是我國工業(yè)用水耗費(fèi)高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為 40%50%【2】。目前

11、全國城市廢. v水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）僅有 10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無疑是“雪上加霜” 。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水質(zhì)污染，我國已有大約 3 億人的飲水發(fā)生不安全現(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 年全球變暖加劇，地表將有 1/3 的面積變?yōu)樯衬?，那時(shí)，干旱將威脅全球一半的大陸人類的生存【3】。這些現(xiàn)象都是水污染產(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)刻不容緩。眾多跡象表明，水資源的短缺無疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸

12、，因此世界各國越來越重視水處理和水的再利用，通過各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)污水處理過程中，經(jīng)過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，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)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過程中，污水來源的不穩(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提出了非常高的要求。1.11.1 工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀我國工業(yè)污水處理大多經(jīng)歷了以下幾個(gè)過程 20 世紀(jì) 70 年代初全國各

13、地陸續(xù)建立了“三廢治理”和環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)開始了工業(yè)污水治理工作與“三同時(shí)”（即一切企業(yè)，事業(yè)單位在進(jìn)行新建，改建和擴(kuò)建時(shí)，其防止污染和其他公害的設(shè)施，必須與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)，同時(shí)施工，同時(shí)投產(chǎn)）的要求，特別是 80年代以來至 90 年代初，水污染防治法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng). v價(jià)，排污收費(fèi)，排污許可證，限期治理等環(huán)境管理制度相繼建立，更加速了工業(yè)污染治理進(jìn)程。幾十年來全國共投資 370 多億元，修建了 44861 套工業(yè)廢水處理裝置，處理廢水能力達(dá)到 6520 萬立方米每日，占全國工業(yè)污水污染源約60%【4】。在工業(yè)產(chǎn)值翻了兩倍的情況下，全國工業(yè)廢水的：酚酞，氰化物，汞，砷，絡(luò)，

14、鎘，鉛等其中有害物質(zhì)的排放量，分別下降了 39%91%。90 年代初期，在工業(yè)污染防治工作中，又提出了必須實(shí)行“三個(gè)轉(zhuǎn)變”的方針，即從末端治理向生產(chǎn)全過程控制推行清潔生產(chǎn)轉(zhuǎn)變；從點(diǎn)源治理向點(diǎn)源治理與集中治理相結(jié)合轉(zhuǎn)變；從濃度控制向濃度控制與總量控制相結(jié)合轉(zhuǎn)變，從而使工業(yè)廢水治理工作能夠取得更大效益。國際上，大規(guī)模的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著 50 年代經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展帶來的 60 年代日益嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開的。工業(yè)污水處理設(shè)施中，城市排水管線和工業(yè)污水處理廠的興建和運(yùn)行在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。至 70 年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了 18000 余座城市工業(yè)污水處理廠，英

15、國、法國、德國更耗費(fèi)了巨額資金興建了 7000 至 8000 座城市工業(yè)污水處理廠【5】。這些工業(yè)污水處理廠的投入對(duì)國家的水體污染改善起了關(guān)鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在，這些國家的工業(yè)污水處理水平又有了進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對(duì)水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大的作用。1.21.2 課題的背景課題的背景未來 10 年，中國工業(yè)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)投資將超過 2500 億元，其中工業(yè)污水處理設(shè)備投入約 300 億元。采用先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在. v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)。在這種形勢(shì)下

16、工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無疑是一個(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。對(duì)于環(huán)境保護(hù)問題，國務(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)。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個(gè)水資源匱乏的國家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。所以水資源也是一種保護(hù)。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對(duì)于工業(yè)污水處理非常有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計(jì)量自控檢測(cè)儀表使用、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。1.31.3 研究目的和意義研究目的和意義世界任何國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到

17、進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關(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。我國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總最為 28000 億 m2，居世界第 6 位，人均水資源量為 2220m2，居世界第 110 位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上 13 個(gè)缺水國家之一。目前我國約 300 個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有 50 個(gè)。據(jù)中國經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國按目前正常需要，年缺水總里約為 300 億400 億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá) 2300 億。超過洪澇災(zāi)害。水溝的匱乏和水資源的污染，己經(jīng)

18、嚴(yán)重的影響了人民的日常生活，嚴(yán)重的影響了我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。因. v此建設(shè)符合我國國情的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低工業(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)、保持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。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),主要由以下內(nèi)容組成：（1）介紹了工業(yè)污水處理的基本內(nèi)容，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，并對(duì)工業(yè)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

19、水處理系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行。第二章第二章 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)工藝流程的介紹工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)工藝流程的介紹2.12.1 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)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。這些污水除含有碳水化合物、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、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。污水的污染物按化學(xué)成分，污水中的污染物質(zhì)可分為無機(jī)性和有機(jī)性兩大類，無機(jī)污染物有礦粒，酸，堿，無機(jī)鹽類，氮磷營養(yǎng)物及氰化物，砷化物和. v重金屬離子等。有機(jī)物的污染物有碳水化合物

20、，蛋白質(zhì)，脂肪及農(nóng)藥，芳香族化合物，合成聚合物等。在污水中有大量的有機(jī)物其中一部分在水體中因微生物的作用而進(jìn)行好氧分解，在微生物的作用下，借助微生物的新陳代謝功能而降解為無機(jī)物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無機(jī)物。進(jìn)行好氧分解時(shí)水中溶解氧降低，甚至完全缺氧。在無氧是進(jìn)行厭氧分解，放出惡臭氣體，水體變黑，是水中生物滅絕。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 D

21、emand, 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，需 20 天?？紤]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)，工業(yè)污水的 BOD5為比較大有的高達(dá)數(shù)千 mg/L?；瘜W(xué)需氧為量(COD)即高溫，有催化劑及強(qiáng)酸環(huán)境下，強(qiáng)氧化劑氧化有機(jī)物所消耗的氧量，單位為 mg/L。對(duì)于同類污水化學(xué)需氧量一般高于生

22、化需氧量。其特點(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。. v2.22.2 常用的工業(yè)污水處理工藝常用的工業(yè)污水處理工藝污水處理任務(wù)是采用各種方法和技術(shù)措施將污水中所罕有的各種形態(tài)的污染物分離出來或?qū)⑵浞纸猓D(zhuǎn)化為無害和穩(wěn)定的物質(zhì)使污水得到凈化， 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)污水處理工藝來處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時(shí)候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以及實(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)、物理化學(xué)，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以針對(duì)不

23、同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學(xué)處理法。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)鍵組成部分為曝氣池與沉淀池，主要處理部分關(guān)系框圖如圖 2.1 所示。圖 2.1 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖將空氣連續(xù)鼓入含有大量溶解有的有機(jī)物在曝氣池中，經(jīng)一段時(shí)間，水中即生成繁殖有大量好氧性微生物的絮凝體活性污泥，活性污泥能夠吸附污水中的大部分有機(jī)物，生活在活性污泥上的微生物以有機(jī)物為食料，獲得能量，有機(jī)物在曝氣池中被氧化成無機(jī)物，然后在沉淀池中經(jīng)過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣

24、池中。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：有機(jī)物去除率高，污泥負(fù)荷高，池的容積小，耗電省，運(yùn)行成本低。該工藝的缺點(diǎn)有：普通曝氣池占地多，建設(shè)投曝氣池（微生物吸附有機(jī)物氧化為無機(jī)物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出. v資大，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍小、易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。（2）A/O 法。A/O 法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A 代表 Anoxic（缺氧的），O 代表 OXIC（好氧的）。A/O法是一種缺氧-好氧生物工業(yè)污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化-反硝化反應(yīng)系統(tǒng)，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

25、-反硝化反應(yīng)系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對(duì)該工藝提出了更高的管理要求，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)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(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工業(yè)污水處理工藝。A2O 法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對(duì)除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。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

26、所示。進(jìn)水出水混合液回流活性污泥回流圖 2.3 A2/O 法工藝流程圖二沉池好氧池（0）缺氧池（A）厭氧池（A）. v（4）A/B 法。A/B 法是吸附生物降解法的簡稱，屬超高負(fù)荷活性污泥法，該工藝沒有初沉淀，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)。高負(fù)荷段停留時(shí)間約為 2040min，以生物絮凝吸附作用為主，同時(shí)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除 BOD 達(dá) 50%以上。B 段與常規(guī)活性污泥法相識(shí)，負(fù)荷較低。AB 法中 A 段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力。B 段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。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。尤其在采用污泥消

27、化和沼氣利用工藝時(shí)，優(yōu)勢(shì)最為明顯。但是，AB 法污泥產(chǎn)量較大，A 段污泥有機(jī)物含量極高，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。另外，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 的場(chǎng)合，B 段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)?？傮w而言，AB 法工藝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)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對(duì)于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。（5）SBR 法。SBR 法是歇式活性污泥法的簡稱，污水流至單一反應(yīng)池中，按時(shí)間通過程序控制各過程。在反應(yīng)池的一個(gè)工作周期，運(yùn)行程序依次為進(jìn)水

28、，反應(yīng)，沉淀，出水和待機(jī)等過程，也是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。其反應(yīng)機(jī)理及去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運(yùn)行操作方式不盡相同。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)間順序來分割流程各單元，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)過程對(duì)于單個(gè)操作單元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過多個(gè)單元組. v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。該法適用于中小水量和出水水質(zhì)要求較高的場(chǎng)合，有利于自動(dòng)化控制；通過對(duì)運(yùn)行的調(diào)整，該池可進(jìn)行除磷脫氮和化學(xué)處理有利于污水回用。

29、2.32.3 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述：本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述：進(jìn)入污水處理廠的原污水先通過格柵在這里按照格柵兩端的水位差，水位差到一定高度的時(shí)候格柵開啟電動(dòng)機(jī)開始啟動(dòng)，一般設(shè)置機(jī)械格柵除污機(jī)，去除污水中的懸浮物。然后經(jīng)過沉淀池;是預(yù)先沉降分離去除污水中的砂粒，以保護(hù)管道、閥門、機(jī)泵等設(shè)施免受磨損和阻塞，否則會(huì)影響后續(xù)處理設(shè)備的正常運(yùn)行經(jīng)過沉砂池的污水進(jìn)入提升泵房，有五臺(tái)排污泵，三臺(tái)啟動(dòng)兩臺(tái)備用，按照水位的高低和運(yùn)行時(shí)間的累計(jì)啟停排污泵，主要的作用是利用排污泵將提升到較高的位置進(jìn)行處理以免污水回流，經(jīng)過提升泵房的污水進(jìn)入初次沉淀池，在這里通過重力沉降去除污水中的懸浮物，殘留的

30、可沉淀的并去除液面浮渣，同時(shí)去除一部分有機(jī)污染物。經(jīng)過初次沉淀池的污水流入到曝氣池中，曝氣池中利用微生物進(jìn)行生物處理，要促進(jìn)有機(jī)物化合物分解為最終的無機(jī)物，為此需要大量的活性污泥和提供微生物繁殖的足夠氧氣，促使有機(jī)物降解，在曝氣池中禁止有死角存在，經(jīng)過曝氣處理后的污水進(jìn)入到二次沉淀池，二次沉淀池是分離水和活性污泥的構(gòu)筑物，在這里靠旋轉(zhuǎn)刮泥橋?qū)⒊恋淼幕钚晕勰喙稳胫行哪喽分?，這些活性污泥大部分送至曝氣池中(回流污泥)另一部分剩余的污泥送到濃縮池中進(jìn)行濃縮。在二次沉淀池中還要做一項(xiàng)工序是進(jìn)行酸堿中和。經(jīng)過二次沉淀池的污水就比較比較干凈的了，就進(jìn)入接觸池，接觸池的作用是取樣間，取出一些水進(jìn)行化驗(yàn)取樣，

31、檢驗(yàn)是否達(dá)標(biāo)。然后進(jìn)入加氯加藥間，進(jìn)行最. v后的一層消毒就可以回收利用了。本工業(yè)污水處理工藝流程圖如下圖 2.4 所示：污泥回收利用回用水圖 2.4 工藝流程圖2.42.4 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20 世紀(jì) 60 年代以前流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的繼電器控制，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，繼電器控制需要經(jīng)常的重新設(shè)置和安裝從而延緩了控制系統(tǒng)的時(shí)間，所以人們就想能有一種通用性和靈活性較強(qiáng)的控制系統(tǒng)來替代原有的機(jī)電控制系統(tǒng)， ，取而代之的是 DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線控制、PLC 等控制方。（1）DCS 系統(tǒng)。DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式

32、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，完成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)用程序比較簡單。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散，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)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是由 DCS 和 PLC 發(fā)展而來的，格柵提升泵沉砂池曝氣池二次沉淀池接觸池加氯間污泥處理回用初

33、次沉淀池. v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、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，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，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接 PLC，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)去下：可靠性高，應(yīng)用靈活使用方便，面向控制過程的編程語言，容易掌握，易于安裝，調(diào)試，維修，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，體積小重量輕。2.52.5 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功

34、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)城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了迅速發(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)的簡易、高效、低能耗的功能，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過程，采用 PLC 作為核心控制器是個(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)使得設(shè)計(jì)過程變得更加簡單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機(jī)界面的通信可完成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶可通過操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。由于 PLC 的 C

35、PU 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。. v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)。2.5.12.5.1 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)方面主要涉及四類信號(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)，二沉池中酸堿度的檢測(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、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)

36、。檢測(cè)格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機(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）酸堿度的檢測(cè)。當(dāng)污水中含有酸性或堿性物質(zhì)時(shí)，就會(huì)使水中的酸堿性不平衡，從而改變水中生物的生活環(huán)境，導(dǎo)致水中生物大量滅絕。若用這種水進(jìn)行灌溉，就會(huì)使作物枯萎、死亡。所以必須調(diào)整去 PH 值，由 PH 值量計(jì)測(cè)量污水的酸堿值，控制加酸閥、加堿閥進(jìn)行中和作業(yè)。(1)若為酸性時(shí)，PH 值量計(jì)酸性觸點(diǎn)接通，加堿閥門打開。(2)若為堿性時(shí)，PH 值量計(jì)堿性觸點(diǎn)接通，加酸閥門打開。(3)若酸堿適中時(shí)，PH 值量計(jì)中性觸點(diǎn)接

37、通，加堿閥和加酸閥門關(guān)閉，安全燈打開。. v2.5.22.5.2 控制輸出信號(hào)控制輸出信號(hào)信號(hào)輸出部分主要是數(shù)字量輸出?？刂聘黝愒O(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?dāng)嚢杵鲉⑼?、排污泵的啟停，閥門等設(shè)備。第三章第三章 硬件設(shè)備配置硬件設(shè)備配置隨著我國的污水處理工藝的超常規(guī)建設(shè)速度發(fā)展，污水處理廠的機(jī)械設(shè)備也在不斷地發(fā)展和提高，污水處理廠的設(shè)備分為兩種即通用機(jī)械設(shè)備和專用機(jī)械設(shè)備，通用機(jī)械設(shè)備指的是水泵類，閥門類，風(fēng)機(jī)類等，專用機(jī)械設(shè)備是水工業(yè)設(shè)備自身研制的重點(diǎn)，主要有：攔污機(jī)械設(shè)備，除砂和沉淀池刮吸泥機(jī)械設(shè)備，曝氣和攪拌設(shè)備，投藥和消毒設(shè)備，污泥濃縮和脫水設(shè)備，污泥消化和沼氣利用

38、設(shè)備。對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)，其配套的設(shè)備也有較大的不同，所以其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。3.13.1 主要組成部分主要組成部分工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其基本組成如圖 3-1 所示。圖 3.1 工業(yè)污水處理系統(tǒng)基本組成示意圖(1）進(jìn)水系統(tǒng)。進(jìn)水系統(tǒng)主要有進(jìn)水管道和進(jìn)水泵房組成，進(jìn)水管道主要由粗格柵機(jī)和清污機(jī)組成，進(jìn)水泵房主要有五臺(tái)潛水泵組成。進(jìn)水管道的主要功能是將污水中的粗大物體排除，其中的粗格柵是根據(jù)程序設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行間歇工作，而清污機(jī)的

39、運(yùn)行和停止是根據(jù)粗格柵兩側(cè)的液位差來決定的，當(dāng)液位. v差超過某個(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(jī)的運(yùn)行。進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)行及停止是通過安裝在泵房內(nèi)的液位傳感器和其幾臺(tái)泵的運(yùn)行時(shí)間決定的，當(dāng)液位到達(dá)一定高度的時(shí)候先啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間最短的一臺(tái)泵，經(jīng)過一定的延時(shí)再啟動(dòng)在剩下的四臺(tái)里面運(yùn)行時(shí)間最短的一臺(tái)泵，在經(jīng)過一點(diǎn)時(shí)間啟動(dòng)第三臺(tái)泵。水為到達(dá)指定的最小液位時(shí)，運(yùn)行時(shí)間最長的一臺(tái)泵先停機(jī)，經(jīng)一定的延時(shí)后另一臺(tái)泵再停機(jī) 1 經(jīng)過一定時(shí)間另一臺(tái)在停機(jī) 。(2）除砂系統(tǒng)。除砂系統(tǒng)主要由沉砂池組成，沉砂池的主要設(shè)備是分離機(jī)。沉砂池中分離機(jī)的運(yùn)行和后續(xù)處理中的轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的運(yùn)行同步，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣

40、機(jī)的時(shí)候同時(shí)啟動(dòng)分離機(jī)，對(duì)沉砂池中的沙粒進(jìn)行排除。(3）曝氣池系統(tǒng)。在活性污泥法處理系統(tǒng)中微生物生化需要的氧量需通過曝氣的方法，使空氣和污水強(qiáng)烈的攪動(dòng)，并將空氣中的氧溶于水中，因此曝氣過程是活性污泥法的中心環(huán)節(jié)，也是在污水處理過程中耗能最大的工序，曝氣方法可分為鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣， 。目前活性污泥法工藝中采用鼓風(fēng)曝氣設(shè)備較為普遍，鼓風(fēng)曝氣是將帶有一定壓力的空氣通過曝氣擴(kuò)散器送至曝氣池混合液中。主要設(shè)備有鼓風(fēng)機(jī)及曝氣擴(kuò)散器（曝氣器） 。(4）沉淀系統(tǒng)。沉淀系統(tǒng)主要設(shè)備為刮泥機(jī)，其功能是對(duì)進(jìn)行曝氣池處理后的污水進(jìn)行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)后就開始持續(xù)運(yùn)行。在該系統(tǒng)中用到一定

41、化學(xué)藥劑主要包括混凝劑、絮凝劑、復(fù)合堿等，主要用來調(diào)節(jié)改善混凝條件及絮凝體結(jié)構(gòu)，利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使細(xì)小松散的絮凝體變的粗大而緊密，容易發(fā)生沉降。在沉淀系統(tǒng)的持有做個(gè)酸堿中和處理使污水中的酸堿度得到酸堿平衡。(5）污泥脫水環(huán)節(jié)。污泥脫水系統(tǒng)主要包括離心式脫水機(jī)，其主要功能是. v對(duì)氧化池中處理過污水的活性污泥進(jìn)行脫水處理，由于對(duì)污水進(jìn)行處理后，活性污泥中有新的微生物及其他雜質(zhì)，因此需要先對(duì)活性污泥添加一定量的藥物，便于污泥脫水。離心式脫水機(jī)主要有聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)構(gòu)成，以上設(shè)備按照順序控制的方式啟動(dòng)，依次啟動(dòng)聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)，完成對(duì)污泥的脫水處理。3.23.2

42、電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。由于在該系統(tǒng)中需要檢測(cè)較多的數(shù)字輸入量，根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號(hào)，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時(shí)序就需要嚴(yán)格照檢測(cè)信號(hào)的輸入進(jìn)行控制。(1）操作面板。操作面板主要包括手動(dòng)、自動(dòng)、各類設(shè)備的啟動(dòng)按鈕等。(2）顯示面板。顯示面板由于要顯示較多的數(shù)據(jù)，因此一般采用觸摸屏或者人機(jī)界面。(3）電氣控制柜。電氣控制柜是電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、各類傳感器的輸入信號(hào)、PLC 及其擴(kuò)展模塊等。3.33.3 工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理3.3.13.3.1 控制系統(tǒng)總體框

43、圖控制系統(tǒng)總體框圖工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖 4-2 所示，PLC 為核心控制器，通過檢測(cè)操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。. v圖 3.2 電氣控制系統(tǒng)框圖3.3.23.3.2 工作過程工作過程在手動(dòng)狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制是根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行控制。在自動(dòng)方式下進(jìn)行閉環(huán)控制根據(jù)檢測(cè)到外部傳感器的輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的處理輸出對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟?？刂频男盘?hào)而對(duì)各設(shè)備進(jìn)行啟?？刂疲涔ぷ鬟^程如下。(1）接通電源，啟動(dòng)自動(dòng)控制方式，啟動(dòng)攪拌機(jī)， (2）當(dāng)格柵兩端的液位差到達(dá)設(shè)定值時(shí)，

44、格柵機(jī)啟動(dòng)，清污機(jī)也啟動(dòng)，運(yùn)行一段時(shí)間，如果液位差到達(dá)指定的最小值是格柵機(jī)停止，清污機(jī)停止。(3） 進(jìn)水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行運(yùn)行、停止及運(yùn)行數(shù)量的控制。 (6）酸堿閥的開啟和關(guān)閉按照測(cè)試的酸堿程度進(jìn)行控制(7）污泥回流泵的運(yùn)行與停止根據(jù)液面的高低進(jìn)行控制。3.3.33.3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖 3-3 為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主電路及控制回路的部分圖。五臺(tái)電機(jī)分別為排污泵（M1）（M2）（M3）（M4）(M5)。M1、M2，M3 為用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，可編程控制器PLC液位差計(jì)輸入器液位傳感器輸入PH 測(cè)試計(jì)顯示面板格柵機(jī)啟動(dòng)排污泵啟動(dòng)酸堿閥運(yùn)

45、行手動(dòng)控制運(yùn)行故障信號(hào)輸入格柵機(jī)停機(jī)排污泵停機(jī). v然后分別用繼電器 KM1，KM2,KM3 控制；接觸器,KM4,KM5 分別控制 M4,M5的變頻運(yùn)行；QF1、主電路的空氣開關(guān)；FU1 為主電路的熔斷器。選用的MM430 變頻器是用來控制電,M4,M5 的變頻運(yùn)行。QF2，QF3，QF4，分別為軟啟動(dòng)的隔離開關(guān)，QF5 為變頻器的空氣隔離開關(guān)。3.43.4 PLCPLC 的應(yīng)用的應(yīng)用3.4.13.4.1 PLCPLC 簡介簡介以往的順序控制器主要由繼電器組成，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間或條件，順序的工作，若要改變控制的順序就必須改變控制器的硬件接線，使用起來不靈活，也很麻煩。

46、1968 年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM 公司）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需求，要求尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。這十大條件是：（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序；（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小與繼電器控制盤；（6）成本可與及電氣控制盤競爭；（7）輸入可為市電；（8）輸出可為市電，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器等；（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最少；（10）用戶存儲(chǔ)器大于 4KB。. v1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC 公司）研制

47、出了第一臺(tái)可編程器 PDP14，在美國通用汽車汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程器自此誕生。早期的可編程器主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，它采用一些計(jì)算機(jī)技術(shù)，但簡化了計(jì)算機(jī)的內(nèi)部電路，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)較好，指令系統(tǒng)簡單，一般只具有邏輯運(yùn)算的功能。隨著微電子技術(shù)和集成電路的發(fā)展，特別是微處理器和微計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，至二十世紀(jì) 70 年代中期，美，日德等國的一些廠家在可編程控制器中開始更多的引入微機(jī)技術(shù)，微處理器，及其他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件，使可編程器的性能價(jià)格比產(chǎn)生了新的突破?，F(xiàn)在的可編程器采用微處理器（CPU）,只讀存儲(chǔ)器（ROM）隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）

48、或是單片機(jī)作為其核心近年來可編程器的發(fā)展更為迅速。PLC 未來的發(fā)展不僅依賴于對(duì)新產(chǎn)品的開發(fā)，還在于 PLC 與其他工業(yè)控制設(shè)備和工廠品的開發(fā)，還在于 PLC 與其他工業(yè)控制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。無疑，PLC 在今后的工業(yè)自動(dòng)化中將扮演重要角色?？删幊唐鳎≒rogrammable Controller）縮寫為 PC 為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)相區(qū)別把可編程控制器縮寫為 PLC。PLC 一直在發(fā)展中，因此直到目前為止還未能對(duì)其下最后的定義。IEC（國際電工委員會(huì)）與 1987 年對(duì)可編程控制器下的定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專用工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，用于

49、其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 及其外部設(shè)備，都按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè). v整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)多種多樣，他們對(duì)控制的要求也各不相同，PLC 由于具有以下特點(diǎn)而深受歡迎（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（2）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活；（3）編程方便，易于使用；（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試方便；（5）維修方便，維修工作量??；（6）功能完善。PLC 的類型多，型號(hào)各異，各生產(chǎn)廠家的規(guī)格也各不相同，如何進(jìn)行分類存在不少困難，一般按以下原則考慮：按 I/O 點(diǎn)容量分 PL

50、C 可分為小型機(jī)，中型機(jī)和大型機(jī)。按照結(jié)構(gòu)形式可以分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)。小型 PLC 輸入輸出總點(diǎn)數(shù)一般在 256 點(diǎn)以下，其功能以開關(guān)量控制為主，用戶程序存儲(chǔ)器容量在 4K 字以下，小型 PLC 的特點(diǎn)是體積小，價(jià)格低，適用于控制單臺(tái)設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的小型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S7-200 系列，OMRON 公司的 C200H 系列，三菱 F-40,MODICONPC-085 等整體式PLC 產(chǎn)品。中型 PLC 的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)一般在 256-2048 點(diǎn)之間，用戶程序容量達(dá)到 2-8K 字，中型 PLC 不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，

51、它的通訊功能和模擬量處理能力更強(qiáng)大，適用于復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過程控制場(chǎng)合。典型的中型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S7-300 系列，OMRON 公司的 C200H 系列，AB 公司的 SLC500 系列模塊式 PLC 等產(chǎn)品。. v大型 PLC 的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)容量達(dá)到 8-16K字，它具有計(jì)算，控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊聯(lián)網(wǎng)能力。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用 CRT 顯示，能夠表示過程的動(dòng)態(tài)流程。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制，過程自動(dòng)化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7-400，OMRON 公司的 CV

52、M1 和 CS1 系列 AB 公司的 SLC5/05 系列等產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)的又叫單元式或箱體式，它的體積小，價(jià)格低，小型 PLC 一般采用整體式結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將 PLC 的的基本部件，如 CPU 模塊，I/O 模塊和電源等緊湊的安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼內(nèi)，組成 PLC 的一個(gè)基本單元或擴(kuò)展單元。基本單元上沒有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，已構(gòu)成 PLC 不同的配置。模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 是由一些模塊單元構(gòu)成，將這些模塊插在框架上或者基板上即可。各模塊的功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的，插入什么模塊可根據(jù)需要靈活配置。目前，中，大型 PLC 多采用這種結(jié)構(gòu)形式。PLC 的基本組成P

53、LC 實(shí)際上是一個(gè)工業(yè)計(jì)算機(jī)，只不過它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適用于控制要求的編程語言，故 PLC 與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有硬件處理器（CPU） 、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、電源等，如圖 3.4 所示電源中央處理器存儲(chǔ)器輸入接口輸出接口. v圖 3.4PLC 的基本組成3.4.23.4.2 PLCPLC 選型選型根據(jù)工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)電氣控制器的功能要求，以及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子 S7200 系列 PLC 作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。由于工業(yè)污水處理電氣控制系統(tǒng)涉及較多的輸入輸出端口，其控

54、制過程相對(duì)復(fù)雜，因此采用 CPU226 作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。S7-200 系統(tǒng) CPU 22X 系列 PLC 的 CPU 模塊包括一個(gè)中央處理單元，點(diǎn)源以及數(shù)字 I/O 點(diǎn)，這些都被集成在緊湊，獨(dú)立的設(shè)備中，CPU 負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，控制工業(yè)過程中的設(shè)備。從 CPU 模塊的功能來看，S7-200 系列小型 PLC 發(fā)展至今，經(jīng)歷了兩代：第一代為 CPU21X 它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的 CPU 單元 ，另一種是 CPU22X 它是二十一世紀(jì)投放市場(chǎng)的，其速度快具有極強(qiáng)的通訊能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的

55、CPU 單元其分別為：CPU221，CPU221 具有 6 輸入 4 輸出，共計(jì)十個(gè)點(diǎn)的 I/O,無擴(kuò)展能力，有6KB 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。還具有四個(gè)獨(dú)立的 30kMB 高速脈沖輸出端，一個(gè)RS-485 通訊、編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由通訊方式。它非常適合于小點(diǎn)數(shù)的控制系統(tǒng)。CPU222。CPU222 除了具有 CPU221 的功能外其不同在于：它具有 8 輸入/6 輸出，共計(jì) 14 點(diǎn) I/O,可以擴(kuò)展 8 路模擬量和最多 64 個(gè) I/O，因此是更廣泛編程器. v的全功能控制器。CPU224。它在 CPU222 的基礎(chǔ)上使主機(jī)的輸出點(diǎn)數(shù)增加為 24 點(diǎn)，最大擴(kuò)展

56、為 168 點(diǎn)數(shù)字量或者 35 點(diǎn)模擬量的輸入和輸出；存儲(chǔ)容量也進(jìn)一步增加，還增加了一些數(shù)學(xué)指令和高速計(jì)數(shù)器的數(shù)量，具有較強(qiáng)的控制能力。CPU226。這種模塊在 CPU224 的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，主機(jī)輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)增到 40 點(diǎn)，最大可擴(kuò)展為 248 點(diǎn)數(shù)字量或 35 點(diǎn)模擬量；增加了通訊口的數(shù)量，通訊能力大大曾強(qiáng)，它可用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。綜上所述根據(jù)各類 CPU 的功能來分析在工業(yè)污水處理系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都比較多，因此除了 PLC 主機(jī)自帶的 I/O 外，還需要擴(kuò)展一定數(shù)量的 I/O 擴(kuò)展模塊。因此在這使用 CPU226 為適合再加一個(gè)數(shù)字量

57、擴(kuò)展模塊EM222.在該系統(tǒng)中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此需要在擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。西門子公司專門為 S7200 系列 PLC 配置了模擬量輸入輸出模塊 EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。3.4.33.4.3 PLCPLC 的的 I/OI/O 資源配置資源配置根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，對(duì) PLC 的 I/O 進(jìn)行配置，具體分配如下表。數(shù)字量輸入部分I0.0急停I1.2手動(dòng)排污泵 M3 啟動(dòng)I0.1手動(dòng)或自動(dòng)方式I1.3排污泵 M3 故障信號(hào)I0.2手動(dòng)格柵機(jī)運(yùn)行I1.4手動(dòng)排污泵 M4 運(yùn)行. vI0.3手動(dòng)格柵機(jī)故障

58、I1.5排污泵 M4 故障I0.4手動(dòng)清污機(jī)運(yùn)行I1.6手動(dòng)排污泵 M5 運(yùn)行I0.5清污機(jī)故障信號(hào)I1.7排污泵 M5 故障信號(hào)I0.6手動(dòng)排污泵 M1 運(yùn)行 I2.1攪拌機(jī)運(yùn)行I0.7排污泵 M1 故障信號(hào)I2.2攪拌機(jī)故障信號(hào)I1.0手動(dòng)排污泵 M2 啟動(dòng)I2.3液面高位傳感器I1.1排污泵 M2 故障信號(hào)I2.4液面低位傳感器表 3.1 數(shù)字輸入量地址分配數(shù)字量輸出部分Q0.0格柵機(jī)啟動(dòng)接觸器Q1.4排污泵 M3 啟動(dòng)接觸器Q0.1格柵機(jī)停機(jī)接觸器Q1.5排污泵 M3 停機(jī)接觸器Q0.2格柵機(jī)復(fù)位接觸器Q1.6排污泵 M3 復(fù)位接觸器Q0.3清污機(jī)啟動(dòng)接觸器Q1.7排污泵 M4 啟動(dòng)接

59、觸器Q0.4清污機(jī)停機(jī)接觸器Q2.1排污泵 M4 停機(jī)接觸器Q0.5清污機(jī)復(fù)位接觸器Q2.2排污泵 M4 復(fù)位接觸器Q0.6排污泵 M1 啟動(dòng)接觸器Q2.3排污泵 M5 啟動(dòng)接觸器Q0.7排污泵 MI 停機(jī)接觸器Q2.4排污泵 M5 停機(jī)接觸器Q1.0排污泵 M1 復(fù)位接觸器Q2.5排污泵 M5 復(fù)位接觸器Q1.1排污泵 M2 啟動(dòng)接觸器Q2.6攪拌機(jī)啟動(dòng)接觸器Q1.2排污泵 M2 停機(jī)接觸器Q2.7攪拌機(jī)停機(jī)接觸器Q1.3排污泵 M2 復(fù)位接觸器Q2.8攪拌機(jī)復(fù)位接觸器. v表 3.2 數(shù)字輸出量地址分配模擬量輸入部分由于需要采集一個(gè)溶氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因此擴(kuò)展了一個(gè)模擬量輸入輸出模塊，具體

60、 I/O 分配，如下表 3-6 所示。表 3-6 模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備AIW0格柵液面差計(jì)AIW2PH 值測(cè)量計(jì)模擬量輸出部分在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后，通過模擬輸出口對(duì)變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)行控制其他設(shè)備的運(yùn)行，如下表 3-7 所示。表 3-7 模擬量輸出地址分配輸出地址輸出設(shè)備AQW0經(jīng) PID 運(yùn)算輸出根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)出工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的硬件連線圖如圖 3-8 所示，此控制面板上的手動(dòng)控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài). v3.53.5 其他硬件的選型其他硬件的選型要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機(jī)及其擴(kuò)