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

1、目 錄摘要.1關(guān)鍵詞.1Abstract.1Key Words.1引言.21 設(shè)計污水處理系統(tǒng)的緣由.21.1 設(shè)計的目的和意義.21.2 課題的背景.21.3 污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀.21.4 課題主要設(shè)計的內(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 信號輸入.62.4.2 控制輸出信號.73 設(shè)計方案的確定.73.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析 .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)計原則的

2、設(shè)計步驟.83.2 污水處理 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析.103.2.1 污水處理的過程.103.2.2 上位監(jiān)控管理機.114 硬件部分的設(shè)計.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.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.155.2.2根據(jù)控制要求、I/O 分配表，設(shè)計 PLC 梯形圖.165.2.3調(diào)試過程.16總結(jié).17參 考 文 獻.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（論文）0基

3、于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計機械電子專業(yè)學生 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)在自動控制技術(shù)和微機技術(shù)的不斷發(fā)展、提高,污水處理廠的自動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、擴展方便、性能價格比高等一系列優(yōu)點，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控制系統(tǒng)的組成、功能及如何利用 PLC 實現(xiàn)自動控制,并介紹了在系統(tǒng)實施中遇到的若干問題及其解決措施。在污水處理中

4、采用PLC 控制系統(tǒng)改造后，提高了自動控制的可靠性,不僅減輕了工人的勞動強度,而且提高了污水處理廠的運行效率和運行效益,實現(xiàn)了污水廠生產(chǎn)管理 的科學性。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1引言根據(jù)國家統(tǒng)計局 2009 年在國際上統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，我國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，中等收入國家和低收入國家的人均淡水資源總量分別為 6589 立方米和 4619 立方米，由此可見我國的淡水資源總量非常短缺。而且在時空分布上也不均勻，許多地區(qū)和城市嚴重缺水。更嚴重的問題是 80%以上的污水沒有經(jīng)有效的處理就直接投進水域，已造成我國 1/3 以上的河段受到污染，90%以上的城市水域都受到了嚴重污染，大部分城鎮(zhèn)水源都不符合我國飲用水標準。水資源短缺和水環(huán)境污染成為我國社會經(jīng)

10、濟發(fā)展的重要制約因素。當今水資源為世界各國所關(guān)注，必須引起我國全黨十分重視。水是人類生存與發(fā)展的不可替代的資源，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。所以推進污水深度處理和普及再生水，利用人類與自然兼容協(xié)調(diào)，創(chuàng)造良好水環(huán)境，促進人類可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。1 設(shè)計污水處理系統(tǒng)的緣由1.1 設(shè)計的目的和意義水資源短缺，是我國目前的基本國情和水情。水少、水臟、水浪費嚴重成為橫亙在我國經(jīng)濟社會發(fā)展道路上的三大障礙。節(jié)約水資源、保護水環(huán)境刻不容緩。當前和今后一個時期，我國處于全面建設(shè)小康社會、加快推進社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的重要時期。發(fā)達國家 200 多年工業(yè)化過程中分階段出現(xiàn)的資源與環(huán)境問題，現(xiàn)階段在我國集中顯現(xiàn)出

11、來。發(fā)達國家在經(jīng)濟高度發(fā)達后花幾十年解決的問題，我們必須在較短的時間內(nèi)加以解決，難度之大、任務(wù)之艱巨前所未有。為了實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展，為了我國的經(jīng)濟發(fā)展，為了改善我們周圍的水環(huán)境，為了提高人民的生活質(zhì)量，城市污水處理系統(tǒng)必須要進一步完善。1.2 課題的背景黨中央、國務(wù)院高度重視水資源管理工作。胡錦濤總書記在十七大報告中強調(diào)，要保護土地和水資源，建設(shè)科學合理的能源資源利用體系，提高能源資源利用效率。報告提出，要積極推進水價改革，逐步提高水利工程供非農(nóng)業(yè)用水價格，完善水資源費征收管理體制。我們都不難發(fā)現(xiàn)， “節(jié)約資源，保護環(huán)境，科學發(fā)展” ，得到了特別的強調(diào)。因此實用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程

12、中廣泛采用先進的自動控制技術(shù)，是推動環(huán)保產(chǎn)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)污水處理自動化控制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟效益的研究課題。1.3 污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀我國解決城市污水的凈化問題始于二十世紀 70 年代。我國現(xiàn)有許多城市污水處理廠大部分都是采用活性污泥法。此階段開始重視引進國外先進技術(shù)和設(shè)備，開展與國外的技術(shù)交流，逐步探索適合我國國情的工程技術(shù)和設(shè)計，為以后的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2在國際上，19 世紀經(jīng)濟發(fā)達的國家相繼出現(xiàn)了環(huán)境污染，政府開始意識到加強污水處理的必要性。經(jīng)過 30 多年的大力整治，才基本控制形勢。1.4

13、 課題主要設(shè)計的內(nèi)容 本課題主要設(shè)計的內(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,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，并對城市污水處理控制系統(tǒng)進行設(shè)計分析；（3）具體分析設(shè)計工業(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、化學法、物理化學法以及生物法等幾種。這些方法根據(jù)實際情況，可以單獨使用，也可以針對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基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計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)點有：處理效果好，BOD5 的去除率可達 90-95%；對廢水的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。該工藝的主要問題有：為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機負荷，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，會浪費了動力費用；對沖擊負荷的適應(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)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A2，即 A-A，前一個 A 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因此，在對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（論文）4 厭氧池缺氧池好氧池二沉池進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)。對于高濃度的工業(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用。（5）SBR 法 間歇式活性污泥法，簡稱 SBR。SBR 獨特的優(yōu)點，使間歇式活性污泥法逐漸在國內(nèi)外受到重視。該工藝的優(yōu)點有：理想的推流過程使生化反應(yīng)推動力增大，效率提高，凈化效果好。運行效

18、果穩(wěn)定，需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好。耐沖擊負荷，運行靈活。處理設(shè)備少，構(gòu)造簡單，便于操作和維護管理。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相對比較低。而且主體設(shè)備中只有而且僅有一個間歇反應(yīng)器，面積也比其他設(shè)備小。該工藝的缺點有：自動化控制要求高。排水時間短（間歇排水時），并且排水時要求不攪動沉淀污泥層，因而需要專門的排水設(shè)備（潷水器），且對潷水器的要求很高。 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，浮渣問題尚未妥善解決 SBR 工藝是一種簡易、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 等控制方法4。（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(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。由計算機和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)過程，可提高生產(chǎn)自動化水平和管理水平，其主要特點如下：采用分級分

20、布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單。實現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險性分散，基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計5可靠性提高。擴展能力較強。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實時性好，響應(yīng)快。（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由 DCS 和 PLC 發(fā)展而來的，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)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)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(yīng)快，實時性好。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

21、，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(luò)連接 PLC，對生產(chǎn)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。控制功能強。模塊化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。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，輸出符合國家標準的水質(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)備運轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現(xiàn)自動化的控制過程，采用 PLC 作為核

22、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)可實現(xiàn)的功能變得更多。原因正是由于 PLC的 CPU 強大的網(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，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。 利用 PLC 作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。2.4.1 信號輸入 工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及四類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。（1）按鈕輸入檢測 大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、

23、潛水攪拌機啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。（2）液位差輸入檢測 檢測粗細格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機的啟動與停止。（3）液位高低輸入檢測 檢測進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和停止，以及投入運行的潛水泵的數(shù)量。（4）含氧量輸入檢測 以上三種都為數(shù)字量輸入該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是工業(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。 ；當溶解氧值偏高時，導(dǎo)致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉(zhuǎn)速以減少XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（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 信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。（1）數(shù)字量輸出 控制各類設(shè)備的啟動和停止，包括：格柵機啟停、清污機啟停、潛水泵啟停、潛水攪拌器啟停、污泥回流泵等設(shè)備。（2）模擬量輸出 通過 PLC 中 PID 運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機的轉(zhuǎn)速，最后達到控制污水中含氧量的要求。3 設(shè)計方案的確定3.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析3.1.1 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(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算

25、機一致。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)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低、輸入/輸出點數(shù)固定、實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定 。基本結(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器圖 3-1 整體式結(jié)構(gòu)(2)模塊模式的 PLC 模塊式(又稱組合式)結(jié)構(gòu)的 PLC 是將 PLC 的 CPU 和存儲器設(shè)計在一個模塊上，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，需進行登記，以便 PLC 對安裝在總線上

26、的各模塊進行地址確認。模塊式的特點是系統(tǒng)構(gòu)成的使用靈活，構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的 PLC?；窘Y(jié)構(gòu)如圖 3-2 所示。基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計7編輯器其他 PLC或上機位現(xiàn)場設(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，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作，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 個階段才能完成控制過程。3.1.3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計原則的設(shè)計步驟(1)設(shè)計原則 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現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則7。(a)根據(jù)工藝流程進行設(shè)計，力求設(shè)計出來的控制系統(tǒng)能最大限度地滿足控制要求。(b)力求簡單，經(jīng)濟，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)計步驟 一般 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟如圖 3-3，具體操作如下:XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）8開始設(shè)計控制要求分析確定輸入輸出設(shè)備選擇合適的 PLCI/O

28、點數(shù)分配PLC 程序設(shè)計模擬調(diào)試現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試整理技術(shù)文件設(shè)計結(jié)束圖 3-3 設(shè)計步驟示意圖(3)控制要求分析 我們在設(shè)計控制系統(tǒng)時，首先要對工藝過程進行仔細的分析，而且要詳細地知道控制對象和要求。(4)確定輸入/輸出設(shè)備 通過分析好的控制要求來確定適合該系統(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)備的類型和數(shù)量，確定 PLC 的 I/O 點數(shù)。(a)選擇合適 PLC (b)I/O 點數(shù)分配 (c)PLC 程序設(shè)計 (d)模擬調(diào)試 (e)現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計9(f)整理技術(shù)文件 3.2 污水處理 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析3.2.1 污水處理的過程 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“進水、反應(yīng)、沉淀、排水”步驟周期性進行生化反應(yīng)。從進水開始到排水結(jié)束算作一個周期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機SBR池圖 3-4 SBR 工藝流程基本工藝流程如下：(1)進水 首先進水閥門打開，污水先通過粗格柵，再經(jīng)過水泵，最后通過過濾到達 SBR 池。(2)反應(yīng) 反應(yīng)工序是 SBR 工藝最主要的一道工序。當污水注入達到預(yù)定容積后，停止進水，打開空氣閥門。啟動鼓風機，開始曝氣，與此同時攪拌器和回流泵也開始運行，可開始反應(yīng)操作，如驅(qū)除 BOD、硝化等。觀察反應(yīng)情況，并進

30、行曝氣和攪拌，并決定反應(yīng)的時間長短，必要時可投加藥劑。在進入沉淀工序前，應(yīng)需要給予一定時間上的微量初步曝氣，用來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行的很順利。(3)沉淀 當 SBR 池停止曝氣以后，空氣閥門關(guān)閉，潛水攪拌器和回流污泥泵停止運行，開始重力沉淀和泥水分離。(4)排水 SBR 池水位到達最高水位，并經(jīng)過沉淀工藝以后，上清夜(上面的清夜)由潷水器緩慢排出池外。當池水位達到處理周期開始時的最低水位時，停止?jié)?。剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至儲泥池。XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）103.2.2 上位監(jiān)控管理機 PLC 通過通信電纜將采集參數(shù)傳送給上

31、位監(jiān)控管理機，通過上位監(jiān)控管理機可實時監(jiān)測有關(guān)參數(shù)變化，并保留一段時間的數(shù)據(jù)，形成變化曲線。同時可以實時監(jiān)測所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報警、參數(shù)打印等功能9,10。4 硬件部分的設(shè)計4.1 PLC 的選擇隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，PLC 的種類也不斷增加，不同型號的 PLC，其結(jié)構(gòu)，性能，容量等，也各不相同。因此，合理的選擇 PLC，對于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。本系統(tǒng)選的是 S7200 是模塊，S7200PLC 屬于小型 PLC，其主機的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機上有一定數(shù)量的輸入輸出點，一個主機單元就是一個系統(tǒng)，它還可以靈活的拓展，如果輸入輸出點不夠，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)中所使用的動力設(shè)備(水泵、羅茨風機、電動閥)，均采用三相交流異步電動機，電動機和電磁閥選配防水防潮型10。（1）羅茨風機 羅茨風機在污水處理系統(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機之空氣逆洗濾材，適用行業(yè)：環(huán)境工程設(shè)。主要特點有排出氣體不含油污。風量穩(wěn)定，壓力變化對風量影響小。特殊葉輪設(shè)計，高效率省能源。構(gòu)造簡單堅固、無故障。使用一級研磨齒輪，精度高、壽命長

33、、低噪音。葉輪采用最新之龍門刨床四軸加工法，一次加工完成，使其具有更高之精密度。系統(tǒng)選用羅茨風機：GRB-100，風量：10.61m/min，風壓：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，它是在潛水攪拌機基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是二級污水處理廠混合液回流和反硝化脫氮的專用設(shè)備，也適用于地面排水時抽凈化水，廢水處理過程中再循環(huán)或泥漿抽吸回路中需要微揚程、大流量的場所也使用該泵。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)，進水、反應(yīng)、沉淀、排水這四個步驟在同一反應(yīng)池內(nèi)進行，不需要經(jīng)過二次沉淀池與污泥回流設(shè)備，它的優(yōu)點是：占地面積小、成本低、出水水質(zhì)好、高效率；而且它將多個 SBR 池連接起來，不僅具有傳統(tǒng)污泥法工藝的連續(xù)性（連續(xù)進水） ，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。基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計11（

35、4）電動蝶閥 電動蝶閥它是電動閥門與電動調(diào)節(jié)閥中的一個品種12。連接方式有兩種：法蘭式和對夾式，在工業(yè)自動化控制領(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)是由角行程電動執(zhí)行機構(gòu)和蝶閥整體機械連接，經(jīng)過安裝調(diào)試后共同組成。電動蝶閥蝶板 屬于流線形設(shè)計， 減小了阻力損失 ，稱得上是非常節(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 一種特別的檢測裝置， 它能敏感的感覺出所要測量的各種各樣的信息，而且把它感覺到的信息按規(guī)律轉(zhuǎn)換成其他信號（比

36、如說電信號）輸出，來達到我們所要求的各種控制要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(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)周期為例加以說明：(1)1#SBR 池開始進水，進水 2h，通過 1#電動蝶閥控制，進水的同時 1#風機開始曝氣，污泥回流泵 1#開啟，開始回流。(2)2h 后，1#電動蝶閥停止進水，1#回流泵停止回流；1#風機繼續(xù)曝氣。(3)持續(xù)曝氣 6h 后，1#風機停止曝氣。(4)1#SBR 池靜置 1h 后，此時，水面分層，污泥沉降置底，上清液用潷水器排出。(5)靜置 1h 后，開始排水，1#池內(nèi) 1#潷水

37、器啟動，由上頂點緩慢向下移動，(可設(shè)為：下潛一小段距離后停住，潷水一定時間，再繼續(xù)下潛一小段距離，再停，再潷水，再下潛)；潷水器潛至下頂點潷水結(jié)束后，迅速自動升回至上頂點停住。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，開始下一循環(huán)周期進水，曝氣，回流。以后各周期依次類推。2#SBR 池與 1#SBR 池間隔 2 個小時，開始進水，每一個步驟與 1#SBR 池相同，只是在時間上有所延長。以此類推，3#SBR 池與 2#SBR 池也相間隔 2 個小時，4#與 3#SBR 池也相間隔 2 個小時，后續(xù)程序與 1#設(shè)定的程序一樣。XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）124.4/O 分

38、配表根據(jù)所需的控制要求與設(shè)計出的方案，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自動狀態(tài)I0.2潷水器下潛限位I0.3潷水器上升限位I0.4風機故障I0.5進水泵故障I0.6潷水器故障I0.7回流泵故障I1.0手動自動切換I1.1下潛潷水器手動I1.2上升潷水器手動I1.3回流泵手動I1.4風機手動輸入信號I1.5進水泵手動Q0.0下潛潷水器Q0.1上升潷水器Q0.2起?；亓鞅肣0.3起停風機輸出信號Q0.4起停進水泵5 軟件部分的設(shè)計5.1 程序的流程圖程序主要依據(jù) SBR 法污水處理工藝(進水、反應(yīng)、沉淀、排水)，根據(jù)各環(huán)節(jié)設(shè)備的運行狀況進行編

39、制14。具體一個 SBR 池、一個周期的流程圖如圖 5-1 所示?；?PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計13開始集水池水位放水SBR 池水位曝氣曝氣 6 小時沉淀沉淀 1 小時排水結(jié)束圖 5-1 SBR 池周期的流程圖XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（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（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：當使能輸入有效時，把一個單字節(jié)數(shù)據(jù)由 IN 傳送到 OUT 所在的存儲單元。具體格式見圖 5-2:圖 5-2傳送指令格式(2)加法指令 ADD加法指令是對有符號數(shù)進行相加操作，它不僅包括整數(shù)加

40、法，而且還包括雙整數(shù)和實數(shù)加法。它的功能是：IN1+IN2=OUT,具體格式見圖 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15(3)接通延時定時器指令 TON 接通延時定時器是用于單一時間間隔的定時器。具體格式見圖 5-4：圖 5-4接通延時定時器指令格式5.2.2根據(jù)控制要求、I/O 分配表，設(shè)計 PLC 梯形圖，見附錄 A。5.2.3調(diào)試過程（1）系統(tǒng)靜態(tài)仿真調(diào)試空載靜態(tài)仿真調(diào)試時，根據(jù)所運行的程序來檢查硬件部分連接是否正確，然后根據(jù)情況慢慢調(diào)試，首先對主程序進行調(diào)試，然后對初始化程序進行調(diào)試，最后再對主程序進行調(diào)試。過程中要努力接近實際的控制系統(tǒng)，并且要

41、考慮一下每一種有可能會發(fā)生的狀況，需要一遍一遍進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題要及時準確的分析并且調(diào)整程序內(nèi)容和所涉及的參數(shù)。（2）系統(tǒng)動態(tài)仿真調(diào)試及仿真運行在動態(tài)并且負載情況下進行仿真調(diào)試的時候，需要仔細觀察和記錄系統(tǒng)的仿真各種運行狀態(tài)，先模擬手動，再模擬自動，按照這種方法逐步進行。發(fā)現(xiàn)問題時及時停機，分析原因，找到可以解決問題的辦法，而且需要仔細記錄，以便進一步分析和改造。XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）16總結(jié)推進污水處理并循環(huán)利用，從大的方面來說充分體現(xiàn)了科學發(fā)展觀以人為本的要求，從小的方面說改善水環(huán)境，提高了人們的生活水平。本文采用 PLC 對污水處理廠的控制系統(tǒng)進行了改造，經(jīng)過不斷的調(diào)試和運行，本控制系統(tǒng)基本達到了我們所要的控制要求，系統(tǒng)具有較高的可靠性，可基本實現(xiàn)污水處理廠的無人化管理，充分實現(xiàn)自動化控制，不僅減輕了工人的勞動強度,而且提高了污水處理廠的運行效率和運行效益,實現(xiàn)了污