基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文.doc

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1、遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計第3頁基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)設計摘 要近年來,污水處理廠已成為各個城市最重要的基礎設施之一。尤其是中小城市,新建或擴建污水處理廠已成為當?shù)卣纳迫嗣裆钏降念^等大事。隨著自動化技術、計算機技術的不斷發(fā)展、完善,污水處理廠的自動化水平也相應提高。而PLC控制器以其技術成熟、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用。本文介紹了工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控制的污水處理方法SBR法。SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge P

2、rocess)是現(xiàn)在廣泛應用的先進污水處理方法，此系統(tǒng)主要是采用SBR法對污水進行生物處理，按“進水，反應（曝氣），沉淀，排水”步驟周期性進行生化反應。同時介紹了基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關流程，控制系統(tǒng)硬件結構及設計、工作原理以及設計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。關鍵詞：污水處理；PLC；工藝流程 Sewage Treatment control system design based on the PLCAbstractIn recent years,the sewage treatment plant has become one of t

3、he most important infrastructure in the cityEspecially small and medium-sized city,new or expanded sewage treatment plant has been a priority for local government to improve peoples living standards With the development of automation technology,the development of computer technology,imporve the auto

4、mation level of the sewage treatment plant is also a corresponding increase and with its mature technology of PLC controller,good versatility,high reliability,flexible installation,convenient extension,the ratio of performance to price a series of advantanges,has been more and more widely used in th

5、e industrial control.This paper introduces the basic process of sewage treatment plant and process,and through research and design a set of sewage treatment method-PLC control based on SBR method SBR (Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process) is a kind of advanced sewage treatment method wh

6、ich is used widely now, this system mainly uses SBR to carry on the biological treatment to the sewage, according to “enter water, respond(aeration), precipitation, draining water” the whole period carries on the biochemistry response at the same time introduced the process control system based on P

7、LC sewage and related processes,the basic principles and steps of control system hardware structure and design,working principle and the design of PLC control system,to illustrate the application of PLC in wastewater treatment process.Key words: Sewage disposal,PLC,process flow目錄1 緒 論11.1工業(yè)污水處理的國內外現(xiàn)

8、狀21.2課題的背景21.3研究目的和意義31.4課題主要設計的內容32 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹42.1工業(yè)污水處理基本概念42.2 常用的工業(yè)污水處理工藝42.3本設計系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述62.4工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式82.5 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求83設備控制要求103.1 系統(tǒng)構成103.2設備控制原理103.3上位監(jiān)控管理機103.4 模擬顯示屏113.5 自動控制檢測裝置113.6電氣控制系統(tǒng)114污水處理控制PLC的選型和資源配置124.2 可編程控制器的定義及特點124.3可編程序控制器(PLC)的選擇154.4 S7-300 系列主要組成模塊155污水處理控制

9、系統(tǒng)PLC程序設計和調試185.1程序的構成185.2污水處理項目PLC軟件編制185.2.1硬件組態(tài)185.2.2 軟件編制185.3部分程序及其對應的I/O表215.4程序的下載，安裝和調試26致 謝28參考文獻29附錄 程序30IV 31 緒 論水與人的生活息息相關，特別在現(xiàn)代社會生活及生產(chǎn)中人們對水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報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個國家（參與統(tǒng)計國家中），我國人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國水資源時空分布極不均衡，全國500多個城市缺水，其中多個嚴重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴重，

10、人均擁有淡水量僅有240噸。目前全國600多座城市中，有300多家缺水，其中嚴重缺水的有108個，缺水量約為1000萬噸/天左右1。令人擔憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費非常嚴重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水斷流、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。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴重。隨著社會的發(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)工藝和設備對水質要求越來越高。但是我國工業(yè)用水耗費高，重復利用水少，中水使用率不高，有關資料顯示，我國的工業(yè)用水重復利用率平均為40%50%。目前全國城市污廢水的處

11、理率（達排放標準的）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、重復利用率低、污染嚴重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。嚴重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質日益惡化，無疑是“雪上加霜”。據(jù)統(tǒng)計，由于水質污染，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水。氣象學家預測，2100年全球變暖加劇，地表將有1/3的面積變?yōu)樯衬?，那時，干旱將威脅全球一半的大陸人類的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴重后果，因此工業(yè)污水處理項目的實施已經(jīng)刻不容緩。眾多跡象表面，水資源的短缺無疑將成為制約經(jīng)濟持續(xù)協(xié)調發(fā)展的瓶頸，因此世界各國越來越重視水處理和水的再利用，通

12、過各種技術進一步提高供水質量，提高經(jīng)濟效益。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，真正實現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟的目的。隨著環(huán)境保護的呼聲越來越高，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對于各種污水進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雜性，對工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。1.1工業(yè)污水處理的國內外現(xiàn)狀我國工業(yè)污水處理技術從“七五”國家科技攻關開始逐步進行研究。“七五”和“八五”攻關項目在氧化塘、土地處理和復合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術方面的研究較多，

13、以這些成果為設計依據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。在人工處理技術方面，“八五”對高負荷活性污泥、高負荷生物膜、一體化氧化溝技術進行了深入研究。研究成果己被應用于大批工業(yè)污水處理廠。污水廠污泥處置問題在“九五”科技攻關中受到重視，并配套開發(fā)成套的污泥處理。經(jīng)過“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國在工業(yè)污水處理技術方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術上，我國已能提供下列工藝技術傳統(tǒng)活性污泥法技術、各種新型活性污泥工藝如：SBR法和氧化溝技術等、酸化水解好氧技術和多種類型的穩(wěn)定塘技術等，這些污水治理技術已經(jīng)在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標志著我國工業(yè)污水處

14、理事業(yè)發(fā)展到了一個嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國工業(yè)污水處理的工作重點已經(jīng)從工藝技術的研究轉移到具體項目的實施。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)濟的蓬勃發(fā)展帶來的60年代日益嚴重性的環(huán)境污染而展開的。工業(yè)污水處理設施中，城市排水管線和工業(yè)污水處理廠的興建和運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，英國、法國、德國更耗費了巨額資金興建了7000至8000座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的投入對國家的水體污染改善起了關鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗。現(xiàn)在，這些國家的工業(yè)污水處理水平又有了

15、進一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設施，對水體質量改善和水環(huán)境保護起了重大的作用。1.2課題的背景未來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(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。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

16、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。1.3研究目的和意義世界任何國家的經(jīng)濟發(fā)展，都會推進社會進步、促進工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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2220m

17、2，居世界第110 位，已經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)嚴重的影響了人民的日常生活，嚴重的影響了我國的經(jīng)濟建設和發(fā)展。因此建設符合我國國情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(jīng)濟高速發(fā)展具有重要意義。1.4課題主要設計的內容本系統(tǒng)采用西門子S7-300型PLC作為中心控制單元，通過主程序，遠程I/O程序，

18、和模擬量輸入程序的結合，除去水中的雜物，從而使污水得到凈化，達到污水處理的目的。本系統(tǒng)由“進水，反應（曝氣），沉淀，排水”步驟周期性進行生化反應。其中包括的設備有兩臺粗格柵除污機和兩臺細格柵除污機，1# 和2#兩臺水泵，潛水攪拌器和回流污泥泵，潷水器，1# 和2#兩臺鼓風機。通過進水，反應，沉淀，排水四個步驟使上清液（上面的清液）排除池外，污泥排至儲泥池，從而達到污水分離的目的。 系統(tǒng)在中央控制室設有一臺上位監(jiān)控器，一個模擬顯示屏。在值班室設有一個PLC控制箱，負責對所控設備狀態(tài)監(jiān)控及有關模擬量的采集工作。監(jiān)控管理機與PLC通過通信電纜（屏蔽雙絞線）連接。第17頁遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計2

19、工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹2.1工業(yè)污水處理基本概念城市污水、生活污水、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、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(jīng)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

20、，借助微生物的新陳代謝功能而降解為無機物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(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

21、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 常用的工業(yè)污水處理工藝不同的工業(yè)污水處理對象，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)污水處理工藝的時候必需要認真考慮當?shù)匚鬯那闆r，以及實際的工業(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、物理化學，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實際情況，可以單一使用，也可以針對

22、不同的污水混合使用。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(jīng)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

23、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2.2所示。圖2.2 A/O法工藝流

24、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，非常適合用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。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。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

25、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。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢最為明顯。但是，AB法污泥產(chǎn)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

26、濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設施的大中規(guī)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。2.3本設計系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述：污水本設計污水處理工藝流程如圖2.4所示。集水池水泵SBR池SBR池鼓風機儲泥池處理后的污水肥料圖2.4 工藝流程圖 污水處理采用SBR污水生物處理工藝，是按“進水、反應（曝氣等）、沉淀、排水”步驟周期性進行生化反應。從污水流入開始到排水結束算做一個周期4。進水進水閥們打開，污水連續(xù)不斷地進入集水池，污水通過粗格柵過濾，經(jīng)過水泵，然后細格柵過濾到達SBR池。反應 進水到一定液位后，停止進水，空氣閥門打開，鼓風機啟動，開

27、始曝氣，同時潛水攪拌器和回流污泥泵運行。 沉淀 當SBR池停止曝氣以后，空氣閥門關閉，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。 SBR 的沉淀是在理想靜沉條件下進行的，沒有進出水流的干擾，可以避免短流和異重流的出現(xiàn)，是一種理想的靜態(tài)沉淀，因此固液分離效果好，容易獲得澄清的出水。剩余污泥含水率低，濃縮污泥含固率可達到2.5%3%，這為后續(xù)污泥的處置提供了良好的條件。 排水SBR池水位達到最高水位，并經(jīng)過沉淀工藝以后，上清液（上面的清液）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)ＪＳ辔勰啾迷跐魍Ｖ惯\行后開始運行，排泥至儲泥池。2.4工業(yè)污水處理系統(tǒng)

28、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(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：采用分級分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使

29、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，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)議在智能設備之間，以及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(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

30、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?？刂乒δ軓?。模塊化結構，擴展能力強。本系統(tǒng)采用西門子S7-300型PLC作為中心控制單元，通過主程序，遠程I/O程序，和模擬量輸入程序的結合，除去水中的雜物，從而使污水得到凈化，達到污水處理的目的。2.5 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。長期以來，工業(yè)污水處理技術雖然經(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、設備運轉率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術的簡易、

31、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。3 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。 SBR 作為一種新型的廢水處理技術，在運行方式和反應過程上有別于傳統(tǒng)的活性污泥法，它集進水、厭氧、好氧、沉淀于一池，可以靈活地變換運行方式以適應不同類型廢水的處理要求。SBR 工藝采用間歇運行方式2,污水間歇進入處理系統(tǒng)，

32、間歇排出，一般來說，它的一個運行周期包括5 個階段。第1 階段，進水期(Fill)污水在該時段內連續(xù)進入處理池，直到達到最高運行液位，并且借助于池底泵的攪動，使廢水和池中活性污泥充分混合。此時活性污泥中菌膠團(由細菌、藻類、原生動物、后生動物等組成) 將對廢水中的有機物產(chǎn)生吸附作用。第2 階段，反應期(React)，進水達到設定的液位后,開始曝氣，采用推流曝氣或完全混合曝氣方式，使廢水中的有機物與池中的微生物充分吸收氧氣，水中的溶解氧(DO) 達到最大值。第3 階段，靜置期(Settle)，既不曝氣也不攪拌，反應池處于靜沉狀態(tài)，進行高效的泥水分離，隨著水中的溶解氧不斷降低，厭氧反應也在進行。第

33、4 階段，排水期(Decant)，上清液由潷水器排出。第5 階段，閑置期(Idle)，活性污泥中微生物充分休息恢復活性，為了保證污泥的活性防止出現(xiàn)污泥老化現(xiàn)象，還須定期排出剩余污泥，為新鮮污泥提供足夠的空間生長繁殖。2.5.1 SBR工藝污水處理適用性 實踐證明SBR法是一種處理高濃度有機污水及工業(yè)污水行之有效且能耗低的生物處理工藝。它具有工藝系統(tǒng)組成簡單，一池多用，無須設污泥回流設備，建設費用與運行費用都較低等特點。在運行時，對沖擊負荷適應能力強，一般不產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象管理較簡單；并且具有運行方式靈活多變，通過對運行方式的調節(jié)，在曝氣池內能進行脫氮和除磷反應，處理水質優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。在實

34、際工作中，當處理規(guī)模大時，需多套SBR池并聯(lián)運行，使控制系統(tǒng)及維護管理趨于復雜，故SBR法特別適合于一般中、小型規(guī)模，有機濃度較高、可生化性好的工業(yè)廢水處理，具有較大的推廣應用價值53設備控制要求3.1 系統(tǒng)構成 系統(tǒng)在中央控制室設有一臺上位監(jiān)控器，一個模擬顯示屏。在值班室設有一個PLC控制箱，負責對所控設備狀態(tài)監(jiān)控及有關模擬量的采集工作。監(jiān)控管理機與PLC通過通信電纜（屏蔽雙絞線）連接。3.2設備控制原理1）兩臺粗格柵除污機，由時間間隔來控制其開或者停。一般開10min，停30min。2）兩臺水泵，由浮球控制。當集水池處于低水位時，關閉所有泵；當水位較高時，開一臺水泵；當水位高時開兩臺水泵；

35、當水位很高時發(fā)出警報。3）兩臺細格柵除污機由時間間隔來控制其開或者停。一般開10min，停30min。4）當有一臺細格柵除污機工作時，皮帶運輸機滯后10s開機。5）SBR池內進水閥門依次開啟，當1#池水位升到一定液位后關閉閥門，然后開2#進水閥門，2#水位升到一定液位后關閥門，然后開3#閥門，以此類推。6）進水閥門關閉后，空氣閥門開啟，潛水攪拌器和回流污泥泵同時開啟，曝氣1h后關閉空氣閥門，潛水攪拌器和回流污泥泵也隨之關閉。7）空氣閥門關閉30min后，潷水器開始運行。當SBR池液位達到一定液位后停止運行。8）剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至污泥池。儲水池液位達到高液位或30min

36、后停止運行。9）當開啟1個空氣閥門時，開啟一臺鼓風機，開啟2個或3個空氣閥門時，開兩臺鼓風機。3.3上位監(jiān)控管理機 PLC將采集SBR池內液位，總水量，空氣流量，DO（控制參數(shù)確定曝氣機的開啟時間）儀等參數(shù)作為控制用外，還通過通信電纜將參數(shù)傳給上位機監(jiān)控管理機，通過上位監(jiān)控管理機可實時監(jiān)測有關參數(shù)變化，并保留一段時間數(shù)據(jù)，形成變化曲線。同時可以實時監(jiān)測所控設備工作狀態(tài)，具有設備故障報警，參數(shù)打印等功能。3.4 模擬顯示屏 可以直觀的了解格柵除污機，水泵，空氣閥門，潷水器，剩余污泥泵，脫水機等主要設備的工作狀態(tài)。3.5 自動控制檢測裝置自動控制檢測裝置利用自動檢測儀表（輸出均為模擬信號）對電能、

37、進水流量、PH值、溶解氧、氧化還原、回流污泥流量、剩余污泥流量、及水位、水溫等數(shù)值的檢測。該系統(tǒng)的基本控制思想是：功能和危險分散，監(jiān)督和管理集中。3.6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)中需要檢測較多的數(shù)字輸入量,根據(jù)設定的程序進行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時序就需要嚴格照檢測信號的輸入進行控制。時序圖如圖3.1所示。圖3.1工程的時序圖4污水處理控制PLC的選型和資源配置4.1監(jiān)控系統(tǒng)圖打印機上位監(jiān)控機主控PLC模擬顯示屏遠程I/O水 泵鼓風機液位計DO儀圖4.1污水處理監(jiān)控系統(tǒng)圖4.2 可編程控制器的定義及特點可編程控制器

38、最初用于邏輯控制，稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。隨著計算機技術的發(fā)展及微處理器的應用，可編程控制器的功能不斷擴展和完善，早已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠程通信等強大功能。由于可編程控制器在不斷發(fā)展，對它下一個確切定義比較困難。目前公認的是1980年美國電氣制造商協(xié)會NEMA對它下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算，順序運算、計數(shù)、計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。將其正式命名為可編程控制器（Programmable

39、 Controller），簡稱PC。但為了與個人計算機（Personal Computer）的專稱PC相區(qū)別，常常把可編程控制器仍簡稱為PLC6?？删幊炭刂破魇墙⒃谟嬎銠C技術和常規(guī)繼電器技術基礎上的新型工業(yè)控制裝置。它的組成與微機系統(tǒng)基本相同，但具有比一般計算機更強的與工業(yè)過程相連的接口，具有更適用于控制要求的編程語言。它采用的不同于計算機中斷運行方式的掃描技術，在輸入輸出信號的順序處理方式上與繼電器控制系統(tǒng)相似，而可編程控制器軟件的優(yōu)勢是繼電器無法比擬的?？删幊炭刂破饔布到y(tǒng)是由PLC主機、功能I/O單元和外部設備組成，其中PLC主機由CPU存儲器、基本I/O模塊I/O、擴展接口、外設接口

40、和電源組成。功能I/O單元是可編程控制器系統(tǒng)為擴展I/O點數(shù)和增加功能而設置的擴展部件，與PLC主機的I/O擴展接口相連?？删幊炭刂破鞯耐獠客ㄓ迷O備主要有編程器、計算機、打印機等?？删幊炭刂破鞯能浖到y(tǒng)分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序包括管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調用的標準程序模塊等。用戶程序是用戶根據(jù)實際控制要求，使用可編程控制器生產(chǎn)廠家提供的專門編程語言而自行編制的應用程序?？删幊炭刂破髟诓粩嗟匕l(fā)展，對它的定義也不是一成不變的。國際電工委員會IEC 1987年對可編程控制器定義如下：“可編程控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置,是帶有存儲器、可以編

41、制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行邏輯運算、順序控制、定時計數(shù)和算術運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都應按易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則設計?！笔聦嵣?，可編程控制器是一種以微處理器為基礎，帶有指令存儲器和輸入輸出接口，綜合了微電子技術、計算機技術、自動控制技術、通信技術的新一代工業(yè)控制裝置。7可編程控制器專為在工業(yè)環(huán)境下應用及滿足用戶需要而設計，因此具有以下的顯著特點：1）可靠性高設備的高可靠性指的是平均無故障工作時間（MTBF）長和故障平均修復時間（MTTR）短。可編程控制器在惡劣工作環(huán)境中

42、應用的高可靠性，由以下設計得到保證：硬件接線元件少，且采用精選、冗余、集成化、模塊化等措施，使元件壽命長、故障少、故障易于查找；采用多層次的抗干擾措施，如對CPU模塊的電磁屏蔽，在電源電路和I/O模塊中設置濾波電路和在輸入輸出電路中采用信號光電耦合，使PLC可與強電設備在同一環(huán)境下可靠工作；因編程簡單、操作方便而使失誤減少；設置了掉電保護、監(jiān)控、報警、故障檢測等電路和程序，能夠及時發(fā)現(xiàn)和排除故障。采取以上措施后，一般可編程控制器的抗干擾能力可達1000V 1s的窄脈沖的沖擊，平均無故障工作時間可高達510萬小時?？梢奝LC具有極高的可靠性，這也是PLC得到用戶認可的首要因素。2）柔性好設備的柔

43、性是指其在使用過程中的適應性和靈活性?？删幊炭刂破鞯娜嵝员憩F(xiàn)為：由于采用程序控制方式，所以在因產(chǎn)品改型而改變工藝流程或更換生產(chǎn)設備時，只需通過程序的編制和更改即可適應生產(chǎn)要求，而不必改變控制裝置。這一柔性特點使PLC成為柔性制造系統(tǒng)FMS中必不可少的控制裝備。模塊式結構具有擴展的靈活性，用戶可根據(jù)實際控制要求選用和組合模塊，方便地進行系統(tǒng)設計、修改和安裝。3）功能強大可編程控制器不但具有開關量控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)通信、中斷控制等完善的功能，還能根據(jù)需要實現(xiàn)容量和功能的擴展，形成各種專門的智能控制功能。這是PLC得到各行各業(yè)廣泛應用的重要原因。4）使用方便可編程控制器的使用方便表現(xiàn)在以下兩方面

44、：編程方便。PLC提供了多種面向用戶的編程語言：梯形圖、指令語句表、功能圖等，其中梯形圖語言的表達方式與繼電器控制系統(tǒng)的電氣線路圖類似，極易被工廠電氣技術人員接受和掌握。這樣，即使不懂計算機原理和語言的用戶，也能使用PLC。操作方便。對PLC的操作是指程序的輸入和程序的更改，通常采用手持式編程器和個人計算機進行。編程器直接或由電纜插入PLC的相應插座，程序由鍵盤輸入并有液晶顯示，可工作在編程、運行和監(jiān)控的不同狀態(tài)下，用于現(xiàn)場調試和在線修改是非常方便的。通過PLC廠商提供的編程軟件及通信接口，用戶還可以使用個人計算機對PLC編程，并對系統(tǒng)進行仿真、測試、監(jiān)視和控制。5）體積小、功耗低集成電路模塊

45、使可編程控制器達到小型化或超小型化，使其易于裝入機械電子設備內部，這是產(chǎn)品實現(xiàn)機電一體化的關鍵。PLC的特點：靈活通用、安全可靠、環(huán)境適應性好、使用方便、維護簡單、價格較高。4.3可編程序控制器(PLC)的選擇S7-300是模塊化中小型 PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應用。大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應自動控制任務, 模塊化，無排風扇結構，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務的方便又經(jīng)濟的解決方案。多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復

46、雜時，可隨時使用附加模塊對PLC進行擴展。S7-300 具有以下顯著特點： 針對低性能要求的模塊化中小控制系統(tǒng)；多種檔次的CPU 可以選擇；不同類型的擴展?？梢赃x擇，可擴展多達32個模塊；模塊內集成背板總線；有MPI 多點接口、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)豐富的網(wǎng)絡連接模式；可以通過編程器PG或是直連PC訪問所有的模塊；無插槽限制；易于組態(tài)和設置參數(shù)。4.4 S7-300 系列主要組成模塊主要模塊有電源、CPU、輸入輸出塊、功能塊和總線通訊模塊，如圖4.2 所示: 圖4.2 S7-300主要組成模塊1）CPU 中央處理器S7-300總共有8種不同的CPU型號。CPU313、312集成的數(shù)字輸入

47、、輸出的緊湊型CPU，多用于小型設備；314用于中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序的系統(tǒng)中；315318用于中型規(guī)模的程序和PROFIBUS-DP進行分布式配置的設備。2）IM 接口模塊使用IM360、IM361接口模塊最多可以擴展3個機架，使一個傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)最多處理32個信號模塊。IM360 插入到CPU 所在的中央機架CR上；IM361插入到擴展機架ER上。3）開關量輸入DI 模塊 （1）SM321 16 點輸入，24V DC；1330V 為信號1；-305V為信號0； （2）SM321 16 點輸入，120V/230V AC；79264V 為信號1；040V為信號0。4）開關量

48、輸出DO 模塊 （1）SM322 16 點輸出，24V DC；信號1 時輸出L+-0.8V；每通道的最大輸出電流0.5A；阻性負載的最高輸出頻率100HZ，感性為0.5HZ，帶短路電子保護； （2）SM322 8 點輸出，繼電器接點；信號1 時輸出接點閉合；信號0 時輸出接點斷開；接點容量8A（230V AC）或5A（24V DC）。5） 模擬量輸入AI 模塊SM331 8 點模擬量輸入；用于電阻測量時，為4 點；輸入信號類型： （1）電壓：+-80mV，+-250 mV，+-500 mV，+-2.5V，+-5V，1-5V，+-10V； （2）電流：+-10mA，+-20 mA，0-20 mA

49、，4-20 mA； （3）電阻：150 歐姆，300 歐姆，600 歐姆； （4）熱電偶：E，N，J，K 型； （5）熱電阻：Pt100 標準，Ni100 標準； （6）分辨率：14 位。6）模擬量輸出AO 模塊SM332 4 點模擬量輸出；信號類型： （1）電壓輸出：0-10V；+-10V；1-5V； （2）電流輸出：4-20mA；+-20mA；0-20mA； （3）分辨率：12 位。7）FM 功能模塊： （1）計數(shù)器模塊：可直接連接增量編碼器，實現(xiàn)連續(xù)、單向和循環(huán)記數(shù)； （2）步進電機控制模塊：和步進電機配套使用，實現(xiàn)設備的定位任務； （3）PID 控制模塊：實現(xiàn)溫度、壓力和流量等的閉環(huán)控

50、制。8）通訊處理器: （1）PROFIBUS-DP 處理器CP342-5 ：用于連接SIEMENS S7-300 和PROFIBUS-DP 的主/從的接口模塊，通過PROFIBUS 簡單的進行配置和編程。 （2）PROFIBUS-FMS 處理器CP343-5 ：用于連接SIEMENS S7-300 和PROFIBUS-FMS 的接口模塊，通過PROFIBUS 簡單的進行配置和編程。 （3）工業(yè)以太網(wǎng)處理器 CP343-1：用于連接SIEMENS S7-300 和工業(yè)以太網(wǎng)接口42遼寧科技大學本科畢業(yè)生畢業(yè)設計第28頁5污水處理控制系統(tǒng)PLC程序設計和調試5.1程序的構成程序主要由以下幾種模式：

51、自動模式，手動模式，報警模式等。1）自動模式：在這種模式下，PLC將運行已經(jīng)設置好的程序和參數(shù)（適用于一切設備都工作正常的情況）。2）手動模式：此模式主要適用于測試或出現(xiàn)問題時（如水泵出現(xiàn)故障，閥門開到位等情況）。本工程中，所有設備都具有手動功能。在手動模式下，設備運行不再按照PLC程序運行，完全是通過人的操作來完成。3）報警模式：為了確保整個系統(tǒng)的安全運行，特設置了此系統(tǒng)。當SBR池水位過高時，開始報警，防止SBR池內的水溢出池外。5.2污水處理項目PLC軟件編制5.2.1硬件組態(tài)1）建立新項目打開STEP7 Manager 程序，選“文件”“新建”,輸入名稱“張啟亮 污水處理”,然后按“確

52、認”。2）插入PLC站選中 “張啟亮 污水處理”,按右鍵選 “插入新對象”SIMATIC 300 站點,插入一個站，雙擊 “硬件”，進入硬件組態(tài)狀態(tài), 如圖5.3所示5.2.2 軟件編制1）插入S7程序 在PLC站下，一旦選定了CPU模塊，在CPU模塊下自動生成“S7 Program”路徑?？梢园l(fā)現(xiàn)S7程序包括這些對象：用戶程序（Blocks），源文件(Source)和符號表(Symbols)，（編寫符號表 如圖 5.4 所示）。在用戶程序中自動插入）OB1塊。2）插入DB塊、FC塊在Block中，選InsertS7 BlockFunction，插入一個FC塊：雙擊FC塊可用LAD語言編程，然

53、后存盤通過系統(tǒng)調試，開始進水沉淀排水反應時間未到時間未到時間到時間到高高低低結束曝氣1小時SBR池水位集水池水位沉淀半小時圖5.1 一個SBR池在一個周期的流程圖 硬件組態(tài)圖5.3部分程序及其對應的I/O表圖5.2粗格柵除污機程序段圖圖5.3粗格柵除污機符號表圖圖5.4進水閥門程序段圖圖5.5進水閥門符號表圖圖5.6皮帶運輸機程序段圖圖5.7皮帶運輸機符號表圖圖5.8總空氣閥程序段圖圖5.9總空氣閥符號表圖圖5.10集水池液位超高警報程序段圖5.4程序的下載，安裝和調試 將各個輸入/輸出端子和實際控制系統(tǒng)中的浮球開關，水泵開關，電磁閥門，聲/光報警器等正確連接，完成硬件的安裝。 污水處理程序是

54、由S7-300支持的指令完成的，正常工作時存在Flash EPROM存儲卡中，若要修改程序，先將PLC設定在STOP狀態(tài)下，上位機同PLC采用標準的RS-232串口通信，連接方便。運行STEP 7編程軟件，打開污水處理程序，即可在線調試?；蛘哂镁幊唐鬟M行調試。結 論通過將近半年的畢業(yè)設計，基本上達到了預期的設計目的。在這過程中學到了不少知識和積累了不少的經(jīng)驗，特別對西門子S7-300系列PLC有了更深的了解，鍛煉了自己的獨立學習能力和實際動手能力。在此次設計中，污水處理控制系統(tǒng)利用了西門子系列PLC的特點，對鼓風機，水泵，行程開關，遠程I/O，一些開關量輸入/輸出點，及其液位，流量等一系列模擬

55、量進行控制，從而實現(xiàn)了污水處理的自動化。SBR法在污水處理中的廣泛應用可以安全可靠地實現(xiàn)各種復雜的工藝流程減少人為因素帶來的可能事故隱患以及誤差等，保證污水處理效果；同時可以減輕勞動強度，提高勞動效益與效率。但本系統(tǒng)在實際應用時還存在一些問題尚待解決，報警設備并沒有設計完善，以浮球來測液位的高度還不夠精準，還需要對此自動控制方法的細節(jié)進行進一步的研究，才能滿足水處理自動化的需求。第42頁遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計致 謝回想這幾個月的畢業(yè)設計，首先要感謝我的指導老師，她在我論文的前期準備、撰寫過程及收尾階段都給予了很多幫助和指導意見，在我的學業(yè)和論文中無不傾注著導師辛勤的汗水和心血。她教會我的學

56、習方法和處理問題技巧使我受益終身，她循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。在此表示衷心感謝。在兩年的學習生活中，還得到了電信學院許多領導和老師的熱情關心和幫助。在此，向所有關心和幫助過我的領導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意！衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授！參考文獻1 關業(yè)祥. 中華人民共和國水利部J. 中國水資源公報, 1999.12(2):1-2.2 王淑瑩. 論間歇式活性污泥法的自動控制J .哈濱建筑工程學報,1995 ,28 (1):132 1343張培山，鐘昆.基于PLC的工業(yè)污水處理廠自控系統(tǒng)的實現(xiàn)J.控制系統(tǒng),2006,5（1）：82-83.4

57、嚴煦世.水和廢水技術研究M. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.198 - 202.5 李本高,徐振洪.龍軍 工業(yè)水處理技術M.北京: 中國石化出版社,2004. 21 - 28.6 求是科技PLC應用開發(fā)技術與工程設計M人民郵電出版社, 2004，12.7 Roques H. Siemens S7-300 PLC in the Medium and Small City Wastewater Treatment Plant Application :Principles and PracticeM . New York :John Wiley &Sons ,1996. 297 - 300.附錄 程序