基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)設計論文

1、2012屆大專畢業(yè)論文（設計）基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)設計摘 要隨著我國經濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，水環(huán)境的污染問題日益嚴重。全國許多小城鎮(zhèn)沒有污水處理設施 ，這不僅污染了當?shù)厮h(huán)境，影響了居民的身體健康，而且嚴重阻礙了經濟的發(fā)展。省多數(shù)民營企業(yè)在污水處理上投入不足，技術落后。隨著制造業(yè)的進一步發(fā)展，排放到環(huán)境中的污水量日益增多，嚴重威脅人們的身心健康。因此，加快推行污水處理項目的實施已刻不容緩。傳統(tǒng)的污水處理過程控制系統(tǒng)不但需要專門人員到現(xiàn)場進行手工的操作和監(jiān)視，導致對系統(tǒng)的意外事件反應較慢，而且無法對水質的變化做出反應和調整，從而限制了污水處理的穩(wěn)定性和處理質量。 本文介紹了工

2、廠污水處理的基本工藝和流程，并通過研究設計一套基于PLC控制的污水處理系統(tǒng)。文章首先介紹了基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的工藝與相關流程，控制系統(tǒng)硬件結構與設計、工作原理以與設計PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來說明PLC在污水處理過程中的應用。先根據(jù)污水處理要求設計了設備的電器控制與自動控制線路，主要包括設備的啟停、狀態(tài)信號故障信號、和信號采集等，最后按照工藝要求設計PLC控制系統(tǒng)，其中包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以與按照污水處理工藝編制PLC程序。關鍵詞：污水處理，PLC，工藝流程 ABSTRACT With the rapid development of community econom

3、ic & technology and the constant improvement of the level of living in our country,the pollution of water becomes more and more serious. the sewage come from industry and town living increase continuously, but the citys equipments which are used to drain sewage and dispose sewage are insufficient an

4、d some harmful substance which be not disposed were directly or indirectly pour into the river, then arose water pollution and appear to the problem about the aquatic environments pollution.The majority of private enterprises in the wastewater treatment of devoted inadequacy, backward technology. Wi

5、th the further development of manufacturing industries, the sewage discharged into the environment increasingly grow in quantity, a serious threat to peoples physical and mental health. Therefore, to accelerate the implementation of sewage treatment project has been carried out to brook no delay.The

6、 traditional wastewater treatment process control system not only needs the special personnel to the scene to the manual operation and monitoring system, lead to the accident with slower responses, but not on the water quality changes and adjustments, thereby limiting the sewage treatment of stabili

7、ty and handling quality. This paper introduces the basic technology of sewage treatment plant and processes, and through the study design a system based on PLC control sewage treatment system. This article first introduces the sewage treatment control system based on PLC technology and related proce

8、sses, control system hardware structure and design, working principle and design PLC control system, the basic principles and steps of PLC in sewage disposal to illustrate the application process. According to sewage treatment equipment design requirement for the electric control and automatic contr

9、ol circuit, mainly including equipment start-stop, state signal fault signal, and signal acquisition, finally according to requirement of process design PLC control system, including the selection of PLC, system resources allocation and according to wastewater treatment process handle PLC program.Ke

10、ywords：Sewage treatment; PLC ;Process目 錄前言1第1章 緒 論21.1污水處理的國外現(xiàn)狀21.2課題的背景、目的與意義21.3 課題主要設計的容2第2章 污水處理控制系統(tǒng)總體介紹 42.1 污水處理基本概念42.2常用的污水處理工藝42.3本設計系統(tǒng)污水處理工藝與描述42.4污水處理系統(tǒng)控制形式52.5污水處理系統(tǒng)的功能要求5第3章 控制系統(tǒng)的整體設計方案63.1 控制系統(tǒng)的設備組成與控制方式63.1.1 控制系統(tǒng)的設備與組成63.1.2 控制系統(tǒng)的控制方式63.2 電氣控制方案6 3.2.1 水泵電氣控制 3.2.2開關量控制圖 3.3回路控制 3.3.

11、1格柵機液位差控制回路 3.3.2溶解氧的回路控制 3.3.3PH值限的回路控制 3.4 設備選型與儀表清單第4章 污水處理系統(tǒng)硬件選型和設計74.1 PLC簡介74.1.1 PLC的特點74.1.2 PLC的主要組成與功能74.2 系統(tǒng)PLC設計7 4.2.1 PLC選型 4.2.2系統(tǒng)功能流程圖 4.2.3I/O分配表 4.2.4外部接線圖第5章 污水處理系統(tǒng)的軟件選型與設計85.1 組態(tài)王使用配置要求 5.2 創(chuàng)建一個工程的一般過程 5.3污水處理系統(tǒng)組態(tài)的建立 5.3.1定義新畫面5.3.2定義IO設備85.3.3 構造數(shù)據(jù)庫8 5.3.4創(chuàng)建動畫連接 5.3.5 運行和調試 5.3.

12、6動態(tài)分辨率轉換結論9 辭10參考文獻11英文文獻與譯文14前 言 由于我國污水處理上投入不足，人民對保護環(huán)境意識的淡薄以與技術的相對落后。因此，加強環(huán)境保護非常重要。污水處理過程主要通過技術人員現(xiàn)場檢測、調試，依靠人工完成處理過程，如pH值的測定、液位的測定、溫度的測定、泵的啟停控制等等，若對這些指標和控制對象逐一實時檢測和操作，無疑會耗費大量的人力物力。隨著我國新型工業(yè)化步伐的加快，自動控制系統(tǒng)逐漸被應用到污水處理工藝過程節(jié)約了能源，市場前景十分廣闊。 在我國，隨著經濟的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，對生態(tài)環(huán)境的要求日益提高，要求越來越多的污水處理后達標排放，給社會營造一個良好的環(huán)境，為人

13、民造福。在全國乃至世界圍，正在興建與待建的污水廠也日益增多。有學者曾根據(jù)日處理污水量將污水處理廠分為大、中、小三種規(guī)模：日處理量大于10萬m3為大型處理廠，1-10m3萬為中型污水處理廠，小于1萬m3的為小型污水處理廠。近年來，大型污水處理廠建設數(shù)量相對減少，而中小型污水廠則越來越多。如何搞好中、小型污水處理廠，特別是小型污水廠，是近幾年許多專家和工程技術人員比較關注的問題。我國是個缺水的國家，人均水資源占有量只為世界人均水資源占有量的1/4。而且我國的水資源在時空和地域上分布不均勻，更加重了缺水的實際情況。因此近些來，我國的水資源進一步緊，嚴重缺水。與此同時，水資源的污染卻日益嚴重，也因此規(guī)

14、劃和建設了水污水處理廠，來改變目前水資源緊缺且污染的現(xiàn)狀。隨著全球水資源供應的緊和對自動化要求的增加，我國的污水處理廠必然是向著高度自動化和無人職守的方向發(fā)展。目前，PLC在其穩(wěn)定性和高度自動化程度的不斷加強，使PLC成為在城市污水處理自動化方面的首選?？删幊炭刂破鳛樗廴经h(huán)境的應用而設計，它采用可編制程序的存貯器，用來在其部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各類型的機械或生產過程。是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)出來的，并逐步發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通訊技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。為了使可

15、編程控制器與個人計算機PC區(qū)別，通常稱之為PLC。 本系統(tǒng)構建了基于PLC的控制網(wǎng)絡。為提高系統(tǒng)可靠性,PLC編程采用了一種簡便實用的方式。從而實現(xiàn)污水處理過程的自動控制功能，同時與中央監(jiān)控系統(tǒng)進行通信，上傳數(shù)據(jù)和接受中央監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的控制命令。整個控制系統(tǒng)可以達到無人或少人值守的目的，大大提高污水處理的自動化水平。第1章 緒 論1.1 污水處理的國外現(xiàn)狀 在國際上，大規(guī)模的水污染治理最早是在二戰(zhàn)后，由于上世紀50年代經濟蓬勃發(fā)展帶來的60年代日益嚴重的環(huán)境污染而展開的，如英國的泰晤士河和歐洲的萊茵河等水系的污染和治理就是典型的例子。至70年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了18000余所城市污

16、水處理廠，英國、法國、德國各耗費了巨額資金興建了7000至8000座城市污水處理廠，這些污水處理廠的投入運行對這些國家的水體污染改觀起了關鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經驗。經濟發(fā)達國家除了非常重視污水處理的新理論和新技術之外，更重視污水處理自動控制問題，先后研究開發(fā)了各種高效性，智能型和集約型的污水處理和自動控制儀表，并采用了計算機自動控制處理工藝，取得了較理想的效果。目前，先進的污水處理廠甚至已經用計算機進行數(shù)據(jù)記錄和運行過程控制，實現(xiàn)了全自動無人值守控制模式。隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。首先，水資源短缺與利用效率低下并存已嚴重制約著我國城市化進程。

17、其次，對環(huán)保的要求日益提高，從對工業(yè)廢水的排放到生活污水的處理都在力爭和國際環(huán)保標準接軌。再次，從人民健康的角度考慮，飲用水和生活用水的水質要求也在增加。我國污水處理自動化控制起步較晚，進入上世紀90年代以后污水處理廠才開始引入自動控制系統(tǒng)，由于國家和各級政府對環(huán)境保護重視程度的不斷提高，中國污水處理行業(yè)正在快速增長，污水處理總量逐年增加，城鎮(zhèn)污水處理率不斷提高，在這樣的背景下，污水處理行業(yè)很快成為了新興產業(yè)。但是，中國污水處理行業(yè)仍處于發(fā)展的初級階段，一方面，中國目前的污水處理能力尚跟不上用水規(guī)模的迅速擴，管網(wǎng)、污泥處理等配套設施建設嚴重滯后。另一方面，中國的污水處理率與發(fā)達國家相比，還存在

18、著明顯的差距。但就我國國情而言，在污水處理控制系統(tǒng)方面的應用研究有著廣闊的前景。目前國外，廣泛采用的污水處理自動控制系統(tǒng)結構形式有DCS系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、工業(yè)現(xiàn)場總線控制結構等。PLC是城市凈水和污水處理的主流控制系統(tǒng)，隨著中國對環(huán)保的日益重視，中國將建成更多的污水處理工廠來滿足人們對污水處理方面的需要16J。1.2 課題的背景、目的與意義未來10年，中國工業(yè)污水處理項目工程建設投資將超過2500億元，其中工業(yè)污水處理設備投入約300億元。采用先進、實用的技術改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進的自動控制技術，是推動環(huán)保產業(yè)升級，實現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢下工業(yè)污水處理自動化

19、控制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益、環(huán)境效益與經濟效益的研究課題。對于環(huán)境保護問題，國務院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達到排放標。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個水資源匱乏的國家，而且時空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴重缺水。所以水資源也是一種保護。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對于工業(yè)污水處理非常有必要。因此，有效的結合目前最新的工藝狀況、計量自控檢測儀表使用、PLC 控制系統(tǒng)技術，將為當前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。 世界任何國家的經濟發(fā)展，都會推進社會進步、促進工農業(yè)生產能力，使人民生活得到進一步改善，但是也隨之帶來不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成

20、環(huán)境污染的來源之一。這個污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關注，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。我國是一個嚴重缺水的國家，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，已經被聯(lián)合國列為世界上13個缺水國家之一。目前我國約300個城市缺水，其中嚴重缺水城市有5O個。據(jù)中國經濟信息網(wǎng)分析統(tǒng)計，全國按目前正常需要，年缺水總里約為300 億400 億立方米，因缺水造成的經濟損失每年達2300 億。超過洪澇災害。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經嚴重的影響了人民的日常生活，嚴重的影響了我國的經濟建設和發(fā)展。因此建設符合我國國情

21、的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低工業(yè)污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經濟高速發(fā)展具有重要意義。1.3 課題主要設計的容 本課題主要設計的容是工業(yè)工業(yè)污水處理工藝與工業(yè)污水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)設計,主要由以下容組成：（1）介紹了工業(yè)污水處理的基本容，包括工業(yè)污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀以與工業(yè)污水處理的工藝流程；（2）介紹了PLC的基本結構和工作原理，并對工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進行設計分析；（3）具體分析設計工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)；（4）具體分析設計工業(yè)污水處理的軟件系統(tǒng)； （5）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調試與運行。第2章 污水處理控制系統(tǒng)總體介紹2.1 污水處理基本概念城市污水

22、、生活污水、生產污水或經過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產污水，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、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質外，還含有細菌、病毒等使人致病的微生物。經處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復使用。污水污染物可根據(jù)化學性質和物理形態(tài)進行不同的分類。按化學性質，污水中的污染物質可分為無機性物質和有機性物質，其化學元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質、膠體污染物質和溶解性污染物質。好氧有機污染物的性質穩(wěn)定，在微生物的作用下，借助微生物的新代功能而降解為無機物，如二氧化碳、水、硝酸根離

23、子等穩(wěn)定的無機物。有機物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實際中，采用以下的幾個綜合污染指標來表述：生物化學需氧量或生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand, BOD）mg/L、化學需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機碳(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，但其測定的時間太長，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

24、量(BOD5)，約占BOD20的70%80%，因此把BOD5作為衡量污染水的有機物濃度指標?；瘜W需氧量(COD)的特點是能夠精確的表示污水中有機物的含量，并且測定時間短，但它不能像BOD那樣表示出微生物氧化的有機物量。2.2 常用的污水處理工藝不同的污水處理對象，不同的污水處理環(huán)境，將需要有不同的污水處理工藝來處理。因此，在選擇污水處理工藝的時候必需要認真考慮當?shù)匚鬯那闆r，以與實際的污水處理的環(huán)境。污水處理的方法主要有物理、化學、物理化學，以與生物等幾種。這些方法根據(jù)實際情況，可以單一使用，也可以針對不同的污水混合使用。目前，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處理法。常

25、用的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污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關系框圖如圖2-1所示。曝氣池（微生物吸附有機物氧化為無機物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出圖2-1傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖污水中的有機物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中經過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高，污泥負荷高，池的容積小，耗電省，運行成本低。該工藝的缺點有：普通曝氣池占地多，建設投資大，滿足國家標準相關指標圍

26、小、易產生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。（2）A/O法。A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種污水處理工藝，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-反硝化反應系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對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。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)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種污水處理工藝，其中A2，即A-A，前一個A

27、代表Anaerobic（厭氧的），后一個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。A2O法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對除磷脫氮有要求的污水處理。因此，在對除磷脫氮有特別要求的污水處理廠，一般首選A2/O工藝。其工藝流程圖如圖2-3所示。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稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負荷段停留時間約為2040min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不完全氧化反應，去除BOD達50%以上。B段與常規(guī)活性污泥法相識，負荷較低。AB法中A

28、段效率很高，并有較強的緩沖能力。B段起到出水把關作用，處理穩(wěn)定性較好。對于高濃度的污水處理，AB法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢最為明顯。但是，AB法污泥產量較大，A段污泥有機物含量極高，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用。另外，由于A段去除了較多的BOD，造成了碳源不足，難以實現(xiàn)脫氮工藝的要求。對于污水濃度低 的場合，B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢?？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)處理設施的大中規(guī)模的污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對于有脫氮要求的污水處理廠，一般不宜采用。（5）SBR法。S

29、BR法是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時間順序間歇式操作的污水生物處理技術，也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。其反應機理與去除污染物的機理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本一樣，只是運行操作方式不盡一樣。SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時間順序來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應代替生化反應，靜置理想沉淀代替動態(tài)沉淀等。整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的，但是通過多個單元組合調度后又是連續(xù)的，在運行上實現(xiàn)了有序和間歇操作相結合。2.3 本設計系統(tǒng)污水處理工藝與描述本污水處理工藝流程圖如下圖2-4所示：2-4 工

30、藝流程圖從工廠排出的原污水必須先經過格柵處理，目的是通過格柵作用，把污水中帶有的大塊的雜質截留下來，防止造成后面管道的堵塞。繼而經過一次沉沙池去除污水中裹攜的砂、石與大塊顆粒。再經過沉淀池進行一次沉淀處理，將水中的懸浮物盡可能的沉淀去除，大體能去除50%的懸浮物，25%左右的BOD。再經過粗格柵處理，為了能讓污水順利的通過后續(xù)的設備，這樣就要求提高水頭的高度，使水頭經過一定的重力加速度，產生一定的動能。又經過油格柵，將油污去除。通過初沉池將污泥再次過濾，經過曝氣池處理，使微生物的新代，把污染物分解成CO2和H2O,曝氣的目的就是讓氣相與液相產生更大的接觸面，加快微生物的新代能力。再一次經過提升

31、泵房提高水頭的高度，使水頭經過一定的重力加速度，產生一定的動能。經過化學處理后，配合泥漿制備，把從廢水中沉淀出來的污泥進行處理。首先采取污泥濃縮、有機物濃縮、重力濃縮等方法。然后再進行泛氧中溫消化。而對于重金屬超標的污泥，經過脫水處理后要妥善處理，一般需要填埋，主要是為了不造成二次污染。最后通過二次沉淀池把污水中殘留的有機物沉淀掉，這樣污水就變成了可以循環(huán)使用的凈水了。2.4 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)，但隨著電子技術的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類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)場總線控制、PLC

32、等控制方。（1）DCS系統(tǒng)。DCS是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計算機控制系統(tǒng)，是由計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通信網(wǎng)絡技術等相互滲透形成的。由計算機和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡將現(xiàn)場控制站、檢測站和操作站、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過程，可提高生產自動化水平和管理水平，其主要特點如下：采用分級分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應用程序比較簡單。實現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險性分散，可靠性提高。擴展能力較強。軟硬件資源豐富，可適應各種要求。實時性好，響應快。（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的

33、，是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)的通信協(xié)議在智能設備之間，以與智能設備與計算機之間進行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實現(xiàn)控制與管理一體化的自動控制系統(tǒng)，其優(yōu)點：可以用計算機豐富的軟件、硬件資源。響應快，實時性好。通信協(xié)議公開，不同產品可互連。（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，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機作為其上位機，通過網(wǎng)絡連接PLC，對生產過程進行實時監(jiān)控，其特點如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護容易。通用性強，使用方便?？刂乒δ軓?。模塊化結構，擴展能力強。2.5 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城市污水的凈化

34、的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標準的水質。長期以來，工業(yè)污水處理技術雖然經過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設備運轉率低等極影響了城市發(fā)展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現(xiàn)自動化的控制過程，采用PLC作為核心控制器是個較好的方案。 PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。由于PLC的CPU強大的網(wǎng)絡通信能力，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，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。 利用

35、PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉與兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。第3章 控制系統(tǒng)的整體設計方案3.1 控制系統(tǒng)的設備組成與控制方式3.1.1 控制系統(tǒng)的設備與組成1、主要設備活性污泥法的曝氣方式可分為兩大類：鼓風曝氣與機械曝氣兩大類。鼓風曝氣系統(tǒng)的主要設備是鼓風機與擴散系統(tǒng)。小污水廠的鼓風機一般采用羅茨風機與小型離心 風機。分散系統(tǒng)一般采用微孔曝氣器。但必須是適應于間歇曝氣的運行方式。鼓風機往往安裝在SBR池旁邊，以減少管路系統(tǒng)的造價。由于污水廠較小，一般不設 鼓風機房，僅在鼓風機上設罩棚。這主要適用于廠礦企業(yè)的污水處理廠，不嚴格控制噪音的情況。如果污水廠毗臨生活小區(qū)，若采

36、用鼓風曝氣則必須建鼓風機房， 同時還要有相應的降噪措施，這樣情況下宜采用機械曝氣方式。（如表1）2、粗格柵、細格柵、提升泵房的設備控制粗格柵、細格柵的控制分為現(xiàn)場控制和遠程控制兩種模式。遠程控制模式由PLC和上位機實現(xiàn)，它包括微機手動和微機自動，而微機自動控制方式為：（1）水位差控制方式，通過格柵機運行液位差計的測量值用來反映格柵阻塞程度，并傳輸?shù)絇LC控制器，進行分析計算。當液位差超過預設的數(shù)值，控制格柵運行；（2）時間設置控制方式，在上位機的INTERACT組態(tài)軟件中設置格柵機運行時間和停機時間，經PLC控制器的程序運算指揮MCC對格柵機進行控制。提升泵運行控制以遠程控制為主。某污水處理廠

37、有兩個提升泵站，每個泵站設有一個PLC工作站與廠主站聯(lián)絡（如圖3所示）。 它們距污水處理廠約45公里。為實現(xiàn)進水提升泵的遠程自動控制的安全、可靠，水位測量和提升泵的流量測量和數(shù)據(jù)分析、傳輸、控制等設備是不可缺少的，所以在進水泵房處安裝了液位計，測量泵井的水位；每臺提升泵的提升管安裝電磁流量計，測量每臺提升泵工作的瞬時流量；兩個PLC工作站分別擔負各泵站的設備控制、設備保護、數(shù)據(jù)采樣、遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)茸饔?。根?jù)測量值對應控制程序，自動控制提升泵的運行組合。這樣可以根據(jù)廠外來水量準確與時地調整泵運行數(shù)量，減少設備疲勞；同時可以取消傳統(tǒng)泵站三班倒的人力資源耗費。 3、 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流

38、泵房、脫水機房和鼓風機房的設備控制砂攪拌器的自動運行通過進水電磁流量計控制，而抽砂泵的運行狀態(tài)是由微機對其開、停時間的設置控制的。 生化池厭氧區(qū)的攪拌器、沉淀池的吸刮泥機、污泥回流泵房的閥門和回流泵都是由微機觸發(fā)指令通過PLC控制。 生化池好氧區(qū)的DO計、MLSS計、ORP計、空氣調節(jié)閥和HV-TURBO鼓風機是污水處理的重要設備。曝氣池溶解氧的控制、厭氧段與好氧段的控制、污泥濃度的控制是污水處理廠工藝的核心。該系統(tǒng)控制思路：PLC通過對DO的檢測，自動調節(jié)空氣閥的開度；當檢測到空氣閥的調節(jié)不能滿足DO的需要時，再著行調整鼓風機的出風導葉片的開度（目前各污水廠在該系統(tǒng)的應用都不理想，主要問題是

39、溶解氧的測量值滯后、不穩(wěn)定與空氣閥門的選型）；PLC檢測DO計、MLSS計、ORP計的值傳送上位機進行數(shù)據(jù)分析，實時掌握厭氧段與好氧段、污泥濃度等狀況，與時調整工藝控制。脫水機房的設備主要擔負由污泥提升泵將回流泵井的剩余污泥與污泥絮凝劑按比例混合進行脫水處理的任務。污泥與溶解成一定濃度的絮凝劑混合后，污泥中的固體顆粒被凝聚成絮團，并分離出自由水，然后被輸送到帶式污泥脫水機上，經頂脫水區(qū)、重力脫水區(qū)、楔形脫水區(qū)、壓濾脫水區(qū)后形成濾餅排出。設備的控制思路是以時序的邏輯控制為主導，污泥和絮凝劑混合的比例通過污泥電磁流量計、清水流量計和投藥泵投藥量實現(xiàn)。該系統(tǒng)流程控制原理圖（如圖4所示）。 脫水機系統(tǒng)

40、的聯(lián)動控制時序： 條件：各設備準備就緒，無故障；空壓機、自動配藥池工作正常。 啟動：皮帶輸送機運轉 帶式脫水機運轉 投藥泵運轉 污泥泵運轉。 停機：控制順序與啟動順序相反。 時間：根據(jù)實際的運行狀況，可在PLC中設置各設備聯(lián)動間隔時間。4、PLC控制系統(tǒng)的基本構成與功能污水處理廠PLC控制系統(tǒng)由兩臺計算機、8個現(xiàn)場控制站、工藝儀表、電量變送器構成。8個現(xiàn)場控制站用于控制現(xiàn)場設備、采集動態(tài)工藝參數(shù)和設備工作情況。現(xiàn)場控制站根據(jù)污水處理廠的實際工藝和構筑物的幾何分布，設置在控制對象和信號源相對集中的幾個單體中，并考慮在不影響控制功能和設備安全的前提下，盡量節(jié)省投資。本控制系統(tǒng)由8個現(xiàn)場控制站組成。

41、它們分別位于：廠外1#泵站；廠外2#泵站；廠中心控制室；廠低壓電房；鼓風機房（3個站）；脫水機房。0工作站5工作站之間采用A1SJ71AR21模塊通過同軸電纜通訊。1#工作站和2#工作站與廠主工作站的距離45公里，且無人值班，故租用電信公司無源專線通過調制解調器和A1SJ71UC24通信模塊進行泵房設備控制和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡控制分布圖（如圖5所示）。3.1.2 控制系統(tǒng)的控制方式污水處理廠自控系統(tǒng)遵循“集中管理，分散控制，數(shù)據(jù)共享”的原則，設計選型先進，安全可靠，經濟合理，并能保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定高效地運行。PLC控制系統(tǒng)滿足污水處理廠運行管理和安全處理的要求，即生產過程自動控制和報警、自動保護、自

42、動操作、自動調節(jié)、提高運行效率，降低運行成本，減輕勞動強度，對污水處理廠各系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、設備工作情況等進行計算機在線集中實時監(jiān)測，重要設備進行計算機在線集散控制，確保污水處理廠的出水水質達到設計排放標準?？刂葡到y(tǒng)采用“雙入單出”的模糊控制器。輸入量為pH值給定值與測量值的偏差e以與偏差變化率ec，輸出量為向加藥泵供電的變頻器的輸入控制電壓 u?？刂七^程為控制器定時采樣pH值和pH值變化率與給定值比較，得pH值偏差e以與偏差變化率ec，并以此作為 PLC控制器的輸入變量，經模糊控制器輸出控制變頻器輸出頻率n，從而改變加藥量使pH值保持穩(wěn)定。監(jiān)控點的物理參數(shù)，均通過Profibus總線

43、采樣各個模擬量、數(shù)字量信號；控制信號同樣有PLC輸出，以Profibus總線送到各控制站，控制從站通過各種模塊來控制執(zhí)行機構的動作。如圖3-1所示： 操作站Profibus1#PLC站2#PLC站3#PLC站 圖3-1系統(tǒng)的控制結構圖3.2 電氣控制方案3.2.1 水泵電氣控制通常我們所使用的電機泵類，其控制原理基本是一致的。因此這里以水泵的電氣控制為例進行介紹。水泵的電氣控制圖如下圖3-2所示：圖3-2水泵電氣控制圖3.2.2 開關量控制圖 開關量是我們學習中用到最多的輸入、輸出信號。PLC在控制電機的數(shù)字信號是往往會給每個電機設置備妥、應答、故障等數(shù)字輸入信號，同時相應的設置電機的數(shù)字輸出

44、信號驅動信號，下圖3-3顯示的是這些開關量控制的接線控制圖圖3-3開關量控制圖3.3 回路控制3.3.1 格柵機液位差控制回路生活污水中往往含有很多固體懸浮物，如塑料袋、樹枝木塊等，如果不將它們去除將會對后續(xù)的污水處理設備造成損壞。格柵除污機主要作用是去除污水中的大塊固體雜物，保護后面的設備和設施不受影響粗格柵間是污水的入口，格柵的投入由手動轉為自動。啟動格柵機，柵渣直接收集到格柵機后的運渣小車上，格柵機前后的液位差由超聲波液位差計測量，以檢驗格柵是否堵塞。如液位差超過設定值，則清污機開始連續(xù)工作，直至液位差低于預設值。如果液位差繼續(xù)增加，則觸發(fā)報警。清污機按照設置時間工作。當一臺除污機故障時

45、，此除污機跳出自動程序，變?yōu)槭謩?，并發(fā)出報普信號，另一臺除污機繼續(xù)執(zhí)行自動程序；當全部除污機故障時，粗格柵自動程序停止，被控設備都變?yōu)槭謩硬l(fā)出相應設備的報警信號，整個格柵的恢復運行不是自動執(zhí)行，而是由操作員完成。格柵機液位差控制示意圖如圖3-4所示：圖3-4 格柵機液位差回路控制結構圖3.3.2 溶解氧的回路控制用于測量污水中溶解氧的含量，溶解氧測量儀是污水處理的最重要的儀表之一，是調節(jié)曝氣機鼓風量的重要依據(jù)。溶解氧的測定一般用薄膜法和碘量法，本次試驗選用薄膜電極法。在污水處理過程中，通過曝氣機的運行來控制氧化溝中溶解氧的濃度。曝氣機的轉速大小由電動機的轉速調節(jié)。溶解氧控制系統(tǒng)的結構框圖如圖

46、3-5所示。圖3-5溶解氧控制回路的結構圖圖3-5中v表示曝氣機轉速，Q、S、X分別表示進水流量、氧化溝底物濃度、氧化溝MLSS中濃度；DOst、DOnt分別為水樣中實際溶解氧濃度、溶解氧測量值。整個溶解氧控制系統(tǒng)由曝氣機轉速控制環(huán)節(jié)、曝氣機曝氣環(huán)節(jié)、曝氣傳質過程和溶解氧檢測環(huán)節(jié)組成。3.3.3 PH值限的回路控制 在污水處理過程中，PH值是表征水質的重要參數(shù)，中和池的PH值控制效果直接影響到出水水質，為提高控制效果和精度，系統(tǒng)采用PID控制，使出水PH值穩(wěn)定控制在設定圍，保證良好的控制效果。中和池為地上式池。加堿、加酸調PH值，設機械攪拌系統(tǒng)，有效容積5一。中和池處所需的設備有：攪拌機l臺，

47、加藥計量泵4臺(備用2臺)，PH計一套。PH反調池的PH值控制在8595pH之間，當PH值小于9opH時開啟Ca(oH)2計量加藥泵，當PH值大于等于9。OpH時C0H)2計量加藥泵停止運行。中和池加堿、加酸調PH值，PH值控制在6875pH之間，當PH值大于等于75pH時開啟H2S04計量泵；當PH值出現(xiàn)異常時，即PH值小于68pH時開啟NaOH計量泵。監(jiān)測污水的酸堿度，當污水用過大或過小時都要采取特殊措施，以防活性污泥中的微生物死亡，影響處理效果選用LP-3000C型pH計，該表解析度0.01pH，精度等級0.05pH。 為解決酸堿泵會給泵造成很大損壞，提出2個pH值限的PLC自動控制方案

48、。對于廢水pH值的PLC自動控制系統(tǒng)，是使用兩個pH值限的控制系統(tǒng).兩個pH值限是指pH值上限和pH值下限.當調節(jié)池中廢水的pH值大于上限時打開酸閥，低于上限時關閉酸閥；當調節(jié)池中廢水的pH值低于下限時打開堿閥，高于下限時關閉堿閥，這樣便使設備控制在一定的圍，不致于因頻繁開關而使設備損壞。PH值限的控制回路結構如下圖2-8所示：圖2-8 PH值限的控制回路結構圖3.4 設備選型與儀表清單根據(jù)我們對各種儀器儀表的要求，依據(jù)型號、規(guī)格、數(shù)量、與單位和生產廠家都在下列表2中顯示，以便使用。表2 儀表清單序號名稱型號規(guī)格數(shù)量單位廠家粗格柵與進水泵房1超聲波液位差計USK532/US-512(2)0-1

49、0m2套瑞普三元2超聲波液位計US5030-10m1套瑞普三元3儀表箱500*400*3503套國產細格柵旋流沉砂池1PH計與溫度計P33AINN/6028P0/MH474B0-14pH,-5951套HACH2超聲波液位差計USK532/US-512(2)0-10m2套瑞普三元3儀表箱500*400*3503套國產勻質池1超聲波液位計US5030-5m1套瑞普三元2儀表箱500*400*3501套國產脫水機房1電磁流量計RPMAG62Y-DN1002套瑞普三元2儀表箱500*400*3502套國產計量井1超聲波流量計XLBY-20000-2000m3/h1套瑞普三元2儀表箱500*400*35

50、01套國產氧化溝1溶解氧儀D53A4A1N/5540D0A/MH276R00F0-20mg/l6套HACH2污泥濃度計-TXPRO-2+RD2400-10g/l2套HACH3儀表箱500*400*3508套國產二沉池1泥位計OptiQuant SLM0-4m2套瑞普三元2儀表箱500*400*3502套國產污泥泵站1超聲波液位計US5030-10m1套瑞普三元2超聲波流量計XLBY-20000-2000m3/h1套瑞普三元3儀表箱500*400*3502套國產接觸池與出水計量井1在線COD檢測儀CODcr10-5000mg/l1套HACH2NH3-N測定儀57386-00/FILTRAX2-1

51、20mg/l1套HACH3超聲波流量計XLBY-20000-2000m3/h1套瑞普三元4儀表箱500*400*3503套國產第4章 污水處理系統(tǒng)硬件選型和設計4.1 PLC簡介利用可編程序控制器（PLC）組成遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)時，首先遇到的是PLC的選型問題。在選用PLC時，除把可靠性、環(huán)境適應性放在首位外，還要根據(jù)具體應用場合盡量選用合適的可編程序控制器。關于可編程控制器選型的一般原則可從以下幾方面考慮：1、明確控制對象要求。本系統(tǒng)要求改善信息管理，把PLC與上位微機的通訊能力遠程I/O與微機通訊方式和手段作為選擇的依據(jù)。PLC響應時間的影響因素有：輸入信息時，CPU讀解用戶邏輯網(wǎng)絡時間和輸

52、出時間。PLC的實時響應性還受到系統(tǒng)中最慢儀器的限制，與上位機的通訊也將增加服務時間。2、功能選擇要根據(jù)不同的控制對象確定。具體有：替代繼電器、數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳遞、矩陣功能、高級功能、診斷功能以與串行接口。3、輸入輸出模塊選擇。輸入/輸出模塊是PLC與被控對象之間的接口，模塊選擇得當否直接影響控制系統(tǒng)的可靠性。4、存儲器類型與其容量選擇。小型PLC作為單機小規(guī)?？刂剖褂脮r，由于工藝簡單、程序固定，多數(shù)使用EPROM或EPROM加RAM。對于中、大規(guī)模的PLC，往往用于工藝比較復雜，且多變的場合，程序改變較多，因此一般都使用CMOSRAM存儲器，且有后備電池，以便關機時保存存儲信息。根據(jù)控制規(guī)模

53、和應用目的，我們按下列公式進行估算：（1）代替繼電器MKm（10DI）（5DO）（2）模擬量控制MKm（10DI）（5DO）（100AI）（3）多路采樣控制MKm（10DI）（5DO）（100AI）（1+采樣點025）式中DI為數(shù)字（開關）量輸入信號；DO為數(shù)字（開關）量輸出集中；AI為模擬量輸入信號；Km為每個節(jié)點所占存儲器字節(jié)數(shù)；M為存儲器容量。我們還可在編完程序以后精確地計算出存儲器實際使用容量。5、控制系統(tǒng)結構和方式的選擇。用PLC構成的控制系統(tǒng)有集中控制、遠程I/O控制和分布式控制等三種方式。6、支持技術條件。在選用PLC時，有無支持技術條件也是重要的選擇依據(jù)。支持技術條件主要有：編

54、程手段、程序文本處理、程序貯存方式和通訊軟件包。通訊軟件包往往是和通訊硬件一起使用的，如調制解調器等。4.1.1 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強（2)編程簡單、使用方便（3)體積小、重量輕、功耗低（4）循環(huán)周期短，處理速度快（5）存儲容量大，運行速度快。（6）指令集功能強大，可用于復雜功能。（7）CPU的智能化診斷系統(tǒng)連續(xù)不斷的監(jiān)控系統(tǒng)的運行，對不正常狀態(tài)、錯誤和特殊系統(tǒng)事件進行記錄或者警告。（8）系統(tǒng)允許設置多種級別的保護口令，可有效防止用戶程序在未經允許的情況下被復制或修改。同時，在CPU模塊面板上的工作模式選擇開關是鑰匙型的，鑰匙取出后，就不能改變工作方式，也有利于防止刪除或改

55、寫用戶程序。4.1.2 PLC的主要組成與功能 污水處理廠PLC控制系統(tǒng)由兩臺計算機、8個現(xiàn)場控制站、工藝儀表、電量變送器構成。8個現(xiàn)場控制站用于控制現(xiàn)場設備、采集動態(tài)工藝參數(shù)和設備工作情況。現(xiàn)場控制站根據(jù)污水處理廠的實際工藝和構筑物的幾何分布，設置在控制對象和信號源相對集中的幾個單體中，并考慮在不影響控制功能和設備安全的前提下，盡量節(jié)省投資。本控制系統(tǒng)由8個現(xiàn)場控制站組成。它們分別位于：廠外1#泵站；廠外2#泵站；廠中心控制室；廠低壓電房；鼓風機房（3個站）；脫水機房。0工作站5工作站之間采用A1SJ71AR21模塊通過同軸電纜通訊。1#工作站和2#工作站與廠主工作站的距離45公里，且無人值班，故租用電信公司無源專線通過調制解調器和A1SJ7