精品資料（2021-2022年收藏的）畢業(yè)設(shè)計論文污水處理

1、基于PLC的污水處理系統(tǒng)的設(shè)計摘要隨著城市的快速發(fā)展，環(huán)境問題顯得日益重要。With the rapidly development of the cities, environmental issues becoming increasingly important.廢水是破壞環(huán)境的一個主要的因素。Waste water damage to the environment is a major factor.目前中國污水處理控制系統(tǒng)相對落后，污水處理成本居高不下，處理過的污水水質(zhì)不穩(wěn)定.所以如何建立有效的自控系統(tǒng)，優(yōu)化運行效果，減少運行費用，具有重要經(jīng)濟和社會意義。At present, i

2、n China the control system for sewage treatment is relatively backward, very high cost of sewage treatment and treated sewage water & water quality instability. How to establish an effective control system, optimal operation of the effect of reducing operating costs, have important economic and

3、social significance本文以某鋼鐵加工廠污水處理系統(tǒng)為例，詳細介紹了污水處理的基本工藝和流程。著重介紹了基于siemse et200 plc及wincc組態(tài)軟件的污水處理系統(tǒng)的設(shè)計過程及其應(yīng)用。In this paper, take example for a steel processing plant sewage treatment system, described in detail the basic sewage treatment and process technology. Focuses on introduce the siemse et200 plc

4、and based on Kingview software wincc sewage treatment system and its application.文章首先介紹了PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理以及設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，然后以SBR污水處理工藝為例來說明PLC在污水處理過程中的應(yīng)用。 The article first introduction the PLC control system hardware structure, working principle and designing of PLC control system for the basic

5、principles and steps, and then to SBR sewage treatment process as an example to illustrate the PLC in the process of sewage treatment applications.首先根據(jù)污水處理要求設(shè)計了設(shè)備的電氣控制與自動控制線路。系統(tǒng)設(shè)計主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)信號、故障信號和信號采集等。First of all sewage treatment in accordance with the requirements of the electrical control equ

6、ipment and automatic control circuits design.System design including equipment start and stop, status signals, fault signals and signal acquisition.最后，按照工藝要求設(shè)計PLC控制系統(tǒng)。其中包括PLC的型號選擇、系統(tǒng)資源配置及按照污水處理工藝編寫的PLC程序等。Finally, the design of PLC in accordance with the requirements of production control systems. I

7、ncluding the PLC model selection, resource allocation system and the sewage treatment process in accordance with the preparation of the PLC program etc.關(guān)鍵詞：污水處理 SBR PLCKey words: sewage treatment, SBR ,PLCAbstractWith the rapid development of cities,theenvironmentbecomesmore and more important.Waste

8、water is one of the major factors that pollute the environment.The automatic controlling system of wastewater treatment in China is not very advanced.The cost of wastewater is high.The water qualities of the treated wastewater areunstable.So how to solve the problems is very significative to ourcoun

9、try.This text introduced basic craft and process of city wastewater treatment, and design 1 set according to the wastewater treatment system of PLC control through the researchThe article introduced a PLC control the hardware structure, work principle of the system and design PLC a control system fi

10、rst of basic principle and step, then with the SBR wastewater treatment craft for example, explain that the PLC is in the application in the wastewater treatment process. Designed the electricity control of equipments and automatically control circuit according to the wastewater treatment request fi

11、rst, mainly include the start and the stop of equipments, appearance signal, break down signal and signal to collect etc.Finally request to design PLC control system according to the craft, include the choose of PLC type, system resources an allocation and draw up PLC procedure according to the wast

12、ewater treatment craft etc. among them.Keyword：Wastewater treatment SBR PLC目錄摘要2目錄4第1章 緒論51.1選題的目的和意義51.2當今國內(nèi)外污水處理系統(tǒng)發(fā)展狀況61.2.1國外污水處理系統(tǒng)發(fā)展狀況71.2.2國內(nèi)污水處理系統(tǒng)發(fā)展狀況81.3課題的主要研究內(nèi)容9第2章 污水處理概述92.1污水處理概述92.2 污水處理工藝技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展102.3污水處理工藝流程112.4 SBR污水處理工藝概述11第3章 設(shè)計方案的確定123.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計分析123.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)123.1.2 PLC的工作原理

13、133.1.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則和設(shè)計步驟143.2 污水處理PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計分析163.2.1 污水處理的過程163.2.2 設(shè)備控制要求173.2.3 上位監(jiān)控管理機18第4章 硬件部分設(shè)計184.1電機的控制電路184.3 傳感器204.3.1 超聲波傳感器204.3.2 溶解氧傳感器214.5 PLC的選型及輸入/輸出端口安排244.5.1 PLC的選擇244.5.2控制系統(tǒng)構(gòu)成圖244.5.3系統(tǒng)資源分配25第5章 軟件部分的設(shè)計 5.1程序的構(gòu)成265.2程序的流程圖265.3源程序27結(jié) 論29致謝29參考文獻29第1章 緒論1.1選題背景我國是一個嚴重缺水的國家，雖然

14、我國年平均水資源總量為28000億m 2，居世界第6位，人均水資源量為2220m 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50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，年缺水總量約為300億400億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟損失每年達2300億元，超過洪澇災(zāi)害。水資源的匾乏和水資源的污染，已經(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(shè)和發(fā)展。特別是我國北方城市，如北京、天津、沈陽等城市水資源更為短缺。根據(jù)國家十五發(fā)展綱要，十五期間各縣市都要建立污水處理廠，如何保證處理過程的正常運行，減少運行成本成為環(huán)保部門

15、、城建部門所關(guān)注的問題。目前國家治理污染的重點是“33211”工程，即“三河”（淮河、海河、遼河流域）、“三湖”（太湖、巢湖、滇池）、“兩區(qū)”（酸雨控制區(qū)、二氧化硫控制區(qū)）“一市，（北京）、“一海，（渤海海域）1。我國城市污水處理的電耗為0.365k Wh/m3、日本為0.304k Wh/m3、美國為0.243k Wh/m3，并且我們的工作人員還要比這些國家多，但是我國城市污水處理深度卻遠不如這些國家。造成這種結(jié)果的原因主要是：污水處理廠管理水平低、自動控制手段差。因此建設(shè)符合我國國情的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低污水處理成本、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

16、義2。 因此設(shè)計一種基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)方案，把數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、圖形顯示、狀態(tài)顯示、歷史記錄和報警打印集于一體，同時實現(xiàn)了操作人員管理、生產(chǎn)過程管理、設(shè)備管理和安全管理的有機統(tǒng)一，優(yōu)化了控制方法，節(jié)約了能源及加藥量，大大提高了治污效率，也帶來了社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益具有重大意義。1.2當今國內(nèi)外污水處理系統(tǒng)發(fā)展狀況目前，國內(nèi)外城市污水處理廠處理工藝大都采用一級處理和二級處理。一級處理是采用物理方法，主要通過格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質(zhì)。這一處理工藝國內(nèi)外都已成熟，差別不大。二級處理則是采用生化方法，主要通過微生物的生命運動等手段來去除廢水中的懸浮性，溶解性

17、有機物以及氮、磷等營養(yǎng)鹽。目前，這一處理工藝有多種方法，歸結(jié)起來，有代表性的工藝主要有傳統(tǒng)活性污泥、氧化溝、A/O或A2/O工藝、SBR及CCAS工藝等。目前，這幾種代表工藝在國內(nèi)外都有實際應(yīng)用。1.2.1國外污水處理系統(tǒng)發(fā)展狀況在天然淡水資源已被充分開發(fā)、自然災(zāi)害日益頻繁暴發(fā)的今天，缺水已經(jīng)對世界各國眾多城市的經(jīng)濟和市民生活構(gòu)成了十分嚴重的威脅，缺水危機已經(jīng)是我們面臨的現(xiàn)實，解決城市缺水問題的重要途徑應(yīng)該是將城市污水變?yōu)槌鞘泄┧?。城市污水就近可得，來源穩(wěn)定，容易收集，是可靠且穩(wěn)定的供水水源。城市污水經(jīng)凈化后回用主要可作為市政綠化、景觀用水和工業(yè)用水。城市污水再生回用工程包括污水收集系統(tǒng)、

18、污水凈化處理技術(shù)及其系統(tǒng)、出水輸配系統(tǒng)、回用水應(yīng)用技術(shù)和監(jiān)測系統(tǒng)。其中污水凈化再生技術(shù)及其系統(tǒng)是關(guān)鍵，污水凈化處理的流程要簡單可靠，投資和運行費用要為該城市經(jīng)濟實力所能承受，處理后出水的水質(zhì)要滿足回用的要求。沿用了許多年的傳統(tǒng)的“一級處理”及“二級處理”水處理工藝技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)難以適應(yīng)當今的高濁度和高濃度污水的凈化處理要求，處理后出水更不能滿足城市對水回用的水質(zhì)要求。沿著傳統(tǒng)的工藝技術(shù)路線只能進一步附加傳統(tǒng)的“三級處理”設(shè)備系統(tǒng)，既回避不了龐大復(fù)雜的傳統(tǒng)二級生化處理系統(tǒng)，也回避不了投資和運行費用都十分昂貴的傳統(tǒng)三級過濾吸附處理系統(tǒng)。這些恰恰是實現(xiàn)污水回用的忌諱之處。所以，環(huán)保市場十分迫切需要凈

19、化效率更高、處理后出水能滿足現(xiàn)有環(huán)保標準并且能回用于城市，投資和運行費用又要為現(xiàn)有城市的經(jīng)濟實力所能接受的污水處理新技術(shù)和新設(shè)備。最新發(fā)明的“SPR高濁度污水凈化系統(tǒng)”（美國發(fā)明專利 ）將污水的“一級處理”和“三級處理”程序合并設(shè)計在一個SPR污水凈化器罐體內(nèi) ，在30分鐘流程里快速完成 。它容許直接吸入懸浮物（濁度）高達500毫克/升至5000毫克/升的高濁度污水，處理后出水的懸浮物（濁度）低于3毫克/升（度）；它容許直接吸入CODcr為200毫克/升至800毫克/升的高濃度有機污水，處理后出水CODcr可降為40毫克/升以下。只需用相當于常規(guī)的一 、二級污水處理廠的工程投資和低于常規(guī)二級處

20、理的運行費用 ，就能夠獲得三級處理水平的效果 ，實現(xiàn)城市污水的再生和回用。SPR污水處理系統(tǒng)首先采用化學(xué)方法使溶解狀態(tài)的污染物從真溶液狀態(tài)下析出，形成具有固相界面的膠?；蛭⑿腋☆w粒；選用高效而又經(jīng)濟的吸附劑將有機污染物、色度等從污水中分離出來；然后采用微觀物理吸附法將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流和過濾水力學(xué)等流體力學(xué)原理，在自行設(shè)計的SPR高濁度污水凈化器內(nèi)使絮體與水快速分離；清水經(jīng)過罐體內(nèi)自我形成的致密的懸浮泥層過濾之后，達到三級處理的水準，出水實現(xiàn)回用；污泥則在濃縮室內(nèi)高度濃縮，定期靠壓力排出，由于污泥含水率低，且脫水性能良好，可以直接送入機械脫水裝置，經(jīng)脫水

21、之后的污泥餅亦可以用來制造人行道地磚，免除了二次污染。最新發(fā)明的SPR污水凈化技術(shù)以其流程簡單可靠、投資和運行費用低、占地少、凈化效果好的眾多優(yōu)勢將為當今世界的城市污水的再利用開創(chuàng)一條新路。城市污水實現(xiàn)再利用之后，為城市提供了第二淡水水源，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了必不可少的條件，其經(jīng)濟效益和社會效益是不可估量的. （來源于中華環(huán)評網(wǎng)() 詳文參考：1.2.2國內(nèi)污水處理系統(tǒng)發(fā)展狀況水是經(jīng)濟發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展的一個重要因素。隨著城市規(guī)模的不斷擴大和人口的增加，水環(huán)境污染成了一大難題。城市污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制約許多城市可持續(xù)發(fā)展的主要原因之一。“環(huán)境保護”是我國的基本國策，

22、中國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略與對策制定的2000年治理目標，要求城市污水集中處理率達20%。目前，我國正處于城市污水處理事業(yè)的大發(fā)展時期，尤其隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，中國中西部環(huán)境與生態(tài)保護已被提上首要議事日程。 城市生活污水處理自200年前工業(yè)革命以來，越來越受到人們的重視。城市污水處理率已成為一個地區(qū)文明與否的一個重要標志。近200年來，城市污水處理已從原始的自然處理、簡單的一級處理發(fā)展到利用各種先進技術(shù)、深度處理污水，并回用。處理工藝也從傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝工藝發(fā)展到A/O、A2/O、AB、SBR（包括CCAS工藝）等多種工藝，以達到不同的出水要求。我國城市污水處理相對于國外發(fā)達國家、起

23、步較晚，目前城市污水處理率只有6.7%。在我們大力引起國外先進技術(shù)、設(shè)備和經(jīng)驗的同時，必須結(jié)合我國發(fā)展，尤其是當?shù)貙嶋H情況，探索適合我國實際的城市污水處理系統(tǒng)。 結(jié)合我國實際情況，參考國外先進技術(shù)和經(jīng)驗，建設(shè)城市污水處理廠應(yīng)符合以下幾個發(fā)展方向：（1）總投資省。我國是一個發(fā)展中國家，經(jīng)濟發(fā)展所需資金非常龐大，因此嚴格控制總投資對國民經(jīng)濟大有益處。（2）運行費用低。運行費用是污水處理廠能否正常運行的重要因素，是評判一套工藝優(yōu)劣的主要指標之一。（3）占地省。我國人口眾多，人均土地資源極其緊缺。土地資源是我國許多城市發(fā)展和規(guī)劃的一個重要因素。（4）脫氮除磷效果。隨著我國大面積水體環(huán)境的富營養(yǎng)化，污水

24、的脫氮除磷已經(jīng)成為一個迫切的問題。我國最新實施的國家污水綜合排放標準（GB8978-1996）也明確規(guī)定了適用于所有排污單位，非常嚴格地規(guī)定了磷酸鹽排放標準和氨氮排放標準。這就意味著今后絕大多數(shù)城市污水處理廠都要考慮脫氮除磷的問題。（5）現(xiàn)代先進技術(shù)與環(huán)保工程的有機結(jié)合。現(xiàn)代先進技術(shù)，尤其是計算機技術(shù)和自控系統(tǒng)設(shè)備的出現(xiàn)和完善，為環(huán)保工程的發(fā)展提供了有力的支持。目前，國外發(fā)達國家的污水處理廠大都采用先進的計算機管理和自控系統(tǒng)，保證了污水處理廠的正常運行和穩(wěn)定的合格出水，而我國在這方面還比較落后。計算機控制和管理也必將是我國城市污水處理廠發(fā)展的方向。（來源于中華環(huán)評網(wǎng)() 詳文參考：1.3課題的

25、主要研究內(nèi)容本課題論述了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）介紹了污水處理的基本內(nèi)容，包括污水處理的發(fā)展歷程，現(xiàn)狀以及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，并對污水處理控制系統(tǒng)進行設(shè)計分析； （3）具體分析設(shè)計污水處理的硬件系統(tǒng)； （4）具體分析設(shè)計污水處理的軟件系統(tǒng)。第2章 污水處理概述2.1污水處理概述城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理的后的生產(chǎn)污水，往往都排入城市排水系統(tǒng)，故把生活污水和生產(chǎn)污水的混合污水叫做城市污水。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)

26、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：(1)排放水體；(2)灌溉田地；(3)重復(fù)使用。水處理的目的不外乎三種56：(1)去除水中的影響使用水質(zhì)的雜質(zhì)以及污泥的處置，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的化學(xué)性質(zhì)，如食用水中加氟以防止齲齒病，循環(huán)冷卻水中加緩濁劑以控制腐蝕和結(jié)垢等；(3)改變水的物理性質(zhì)的處理，如水的冷卻，降低水的粘滯度等。2.2 污水處理工藝技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展我國現(xiàn)有城市污水處理廠80%以上采用的是活性污泥法，其余采用一級處理、強化一級處理、穩(wěn)定塘法及土地處理法等。 “七五”、“八五”、“九五”國家科技攻關(guān)課

27、題的建立與完成，使我國在污水處理新技術(shù)、污水再生利用新技術(shù)、污泥處理新技術(shù)等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果達到國際先進水平同時，借助于外貸城市污水處理工程項目的建設(shè)，國外許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被引進到我國，AB法、氧化溝法、A/0工藝、A/A/O工藝、SBR法在我國城市污水處理廠中均得到應(yīng)用。污水處理工藝技術(shù)由過去只注重去除有機物發(fā)展為具有除磷脫氮功能。國外一些先進、高效的污水處理專用設(shè)備也進人了我國污水處理行業(yè)市場，如格柵機、潛水泵、除砂裝置、刮泥機、曝氣器、鼓風(fēng)機、污泥泵、脫水機、沼氣發(fā)電機、沼氣鍋爐、污泥消化攪拌系統(tǒng)等大型設(shè)備與裝置。 我國80年代以前建設(shè)的城市污水處理廠大

28、部分采用普通曝氣法活性污泥處理工藝，由于該工藝主要以去除BOD5和SS為主要目標，對氮磷的去除率非常低。為了適應(yīng)水環(huán)境及排放要求，一些污水處理廠正在進行改造，增加或強化脫氮和除磷功能。 AB法污水處理工藝于80年代初開始在我國應(yīng)用于工程實踐。由于其具有抗沖擊負荷能力強、對pH值變化和有毒物質(zhì)具有明顯緩沖作用的特點，故主要應(yīng)用于污水濃度高、水質(zhì)水量變化較大，特別是工業(yè)污水所占比例較高的城市污水處理廠。 目前氧化溝工藝是我國采用較多的污水處理工藝技術(shù)之一。應(yīng)用較多的有奧貝爾氧化溝工藝，由我國自行設(shè)計、全套設(shè)備國產(chǎn)化，已有成功實例。DE型氧化溝和三溝式氧化溝在中高濃度的中小型城市污水處理中也有應(yīng)用。

29、采用卡羅塞爾氧化溝工藝的城市污水處理廠大部分為外貸項目。 多種類型的SBR工藝在我國均有應(yīng)用，如屬第二代SBR工藝的ICEAS工藝，屬第三代的CAST工藝、UNI-TANK工藝等。 隨著我國對水環(huán)境質(zhì)量要求的提高，使得新建城市污水處理廠必須考慮氮磷的去除問題。由此開發(fā)了改良A/A/0工藝和回流污泥反硝化生物除磷工藝，并已開始在實際工程中應(yīng)用。如泰安污水處理廠、青島李村河污水處理廠、天津北倉污水處理廠、北京清河污水處理廠等。 目前我國新建及在建的污水處理廠所采用的工藝中，各種類型的活性污泥法仍為主流，占90%以上，其余則為一級處理、強化一級處理、生物膜法及與其他處理工藝相結(jié)合的自然生態(tài)凈化法等污

30、水處理工藝技術(shù)7。 從國情出發(fā)，我國城市污水處理發(fā)展趨勢： (1)氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的去除仍為重點也是難點； (2)工業(yè)廢水治理開始轉(zhuǎn)向全過程控制； (3)單獨分散處理轉(zhuǎn)為城市污水集中處理； (4)水質(zhì)控制指標越來越嚴； (5)由單純工藝技術(shù)研究轉(zhuǎn)向工藝、設(shè)備、工程的綜合集成與產(chǎn)業(yè)化及經(jīng)濟、政策、標準的綜合性研究； (6)污水再生利用提上日程；(7)中小城鎮(zhèn)污水污染與治理問題開始受到重視。2.3污水處理工藝流程污水處理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使水得到凈化?，F(xiàn)代污水處理技術(shù)，按原理可分為物理處理法、化學(xué)處理法和生物化學(xué)處理法三類8。 生

31、物化學(xué)處理是利用微生物處理污水中的有機污染物的一種工藝。該工藝運行費用較低，得到了廣泛的應(yīng)用，目前已成為城市污水處理的主體工藝。該法有活性污泥法和生物膜法兩種，前者多用于城市污水，后者多用于處理高濃度有機污水與污水處理過程中生產(chǎn)的污泥。 城市污水處理按處理程度不同可分為預(yù)處理、一級處理、二級處理、深度處理和污泥處理及處置。 預(yù)處理：主要包括格柵和沉砂池。其主要作用是截留大塊物質(zhì)、砂石，以保證后續(xù)設(shè)備的正常運行。 一級處理：主要是初次沉淀池。目的是將污水中懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)盡可育出也沉降去除，經(jīng)過一級處理后的污水，可去除50%左右的懸浮物，污水五日需氧量一般只能去除30%左右，達不到排放標準

32、。 二級處理工藝：主要由曝氣池和二沉池構(gòu)成。它是城市污水處理廠的核心，一般采用生物處理方法中的活性污泥法，主要去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物。經(jīng)二級處理后，有機污染物質(zhì)的去除率可達90%以上，污水中污水五日需氧量值可降至2030mg/L，有機污染物達到排放標準。 深度處理：通用的工藝有混凝沉淀和過濾。主要目的是為了滿足高標準的受納水體要求或會用于工業(yè)等特殊用途，它是城市污水處理未來發(fā)展的方向。污泥處理和處置：主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥或衛(wèi)生填埋9。2.4 SBR污水處理工藝概述序批式活性污泥法，簡稱SBR 。早在1914年，這種處理系統(tǒng)就被采用，但由于當時的自動化水平較低，操作困難且

33、工作量大，特別是后來隨著城市和工業(yè)廢水處理規(guī)模的日趨擴大，這個缺點更加突出，間歇式活性污泥法逐漸被連續(xù)式活性污泥法取代。近年來，隨著計算機和自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，這一弊端得到很好的解決。同連續(xù)式活性污泥法相比，SBR具有許多獨特的優(yōu)點，使得間歇式活性污泥法日益受到國內(nèi)外的重視。 SBR反應(yīng)池去除有機物的機理在充氧時與普通活性污泥法相同，不同之處是運行按流入、反應(yīng)、沉淀、排放、待機五個工序，依次在同一SBR反應(yīng)池中周期性運行。從廢水流入開始到待機時間結(jié)束為一個周期，一切過程都在一個設(shè)有曝氣或攪拌裝置的SBR反應(yīng)池內(nèi)進行，不必另設(shè)沉淀池和污泥回流泵等裝置。間歇式活性污泥曝氣法在流態(tài)上雖然屬完全混

34、合式，但在有機物降解方而，則是時間上的推流。 SBR工藝是一種簡易、快速且低耗的廢水生物處理工藝。它主要有以下幾個方而的特點：1.工藝簡單、造價低；2.時間上具有理想的推流式反應(yīng)器的特性；3.運行方式靈活，可脫氮除磷；4.具有較強的耐沖擊負荷的能力；5.良好的污泥沉降性能，不易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象10。2.5 本章小結(jié)第3章 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)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。1.整體式結(jié)構(gòu)的PLC整體式（又稱箱體式）結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器（

35、CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在同一機體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、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，但靈活性較低?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1整體式結(jié)構(gòu)2.模塊式結(jié)構(gòu)的PLC模塊式（又稱組合式）結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時將這些模塊根據(jù)控制要求插在機架上，各模塊間通過機架上的總線互相聯(lián)系。其中PLC的CPU和存儲器設(shè)計在一個模塊上，有時把電源也放在這一模塊上，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

36、完成后，需進行登記，以便PLC對安裝在總線上的各模塊進行地址確認。模塊式的特點是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性高?？梢詷?gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PLC，但同時價格也比較高。基本結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。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)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。而PLC則不同，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，這種工作方式可以避免繼

37、電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要出入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個階段才能完成控制過程。1循環(huán)掃描技術(shù)PLC采用循環(huán)可以分為3個階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設(shè)備）。（1）輸入階段 在這個階段中，PLC先進行自我診斷，然后與編程器或計算機通信，同時中央處理器掃描各個輸入端并讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲單元。 （2）執(zhí)行程序階段 在這個階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀

38、態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行邏輯運算，得到運算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲器單元。這一階段執(zhí)行完后，進入輸出階段。在這個程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。 （3）輸出階段 在這個階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲單元的運算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊想外部設(shè)備傳送輸出信號，開始控制外部設(shè)備。2PLC的輸入/輸出響應(yīng)時間 I/O響應(yīng)時間是指某一輸入信號從變化開始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號的改變所需要的時間。因為PLC的循環(huán)掃描工作方式，所以收到輸入信號的時刻不同，響應(yīng)時間的長短也就不同。下面就給出最短和最長響應(yīng)時間。最短響應(yīng)時間：一個掃

39、描周期剛結(jié)束就收到輸入信號，即收到這個輸入信號與開始下一個掃描周期同時，這樣的響應(yīng)時間最短。考慮到輸入電路和輸出電路的延時，所以最短響應(yīng)時間應(yīng)大于一個掃描周期。最長響應(yīng)時間：在一個掃描剛完成輸入讀取后才接到輸入信號，這樣這個輸入信號在該掃描周期將不會發(fā)生變化，要等到下個掃描周期才能得到響應(yīng)，這時的響應(yīng)時間最長。 3.1.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則和設(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。（1）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。（2）在滿足控制要求的前提下，盡量減少PL

40、C系統(tǒng)硬件費用。（3）考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮PLC的可擴展性（4）控制系統(tǒng)使用和維護方便、安全可靠。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。 圖3-3設(shè)計步驟示意圖（1）控制要求分析在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)之前，必須對工藝過程進行細致的分析，詳細了解控制對象和控制要求，這樣才能真正明白自己所要完成的任務(wù)，并更好地完成任務(wù)，設(shè)計出令人滿意的控制系統(tǒng)。（2）確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設(shè)備（控制按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（接觸器、繼電器）。并根據(jù)所選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定PLC的I/O點數(shù)。（3）選擇合適PLC確

41、定PLC的I/O點數(shù)后，就根據(jù)I/O點數(shù)、控制要求等來進行PLC的選擇。選擇包括機型、存儲器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。（4）I/O點數(shù)分配點數(shù)分配就是規(guī)定PLC的I/O端子和輸入/輸出設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系，畫出I/O接線原理圖。（5）PLC程序設(shè)計本階段就是根據(jù)控制對象和控制要求對PLC進行編程。首先把工藝流程分為若干階段，確定每一階段的輸入信號和輸出要控制的設(shè)備，還有不同階段之間的聯(lián)系，然后畫出程序流程圖，最后再進行程序編制。（6）模擬調(diào)試程序編制好后，借用西門子PLCSIM V5.4軟件進行仿真（7）現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試就是將PLC與現(xiàn)場設(shè)備進行調(diào)試。在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序

42、存在的實際問題，然后經(jīng)過修正后使其滿足控制要求。（8）整理技術(shù)文件這一步主要包括整理與設(shè)計有關(guān)的文檔，包括設(shè)計說明書、I/O接線原理圖、程序清單和使用說明書等。 3.2 污水處理PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計分析3.2.1 污水處理的過程本文中的污水處理采用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)（曝氣等）、沉淀、排水”步驟周期性進行生化反應(yīng)。從污水流入開始到排水結(jié)束算做一個周期。工藝流程圖如圖3-4所示。圖3-4SBR工藝流程基本操作運行程序如下。1.進水 進水閥門打開，污水通過粗格柵，經(jīng)過水泵，然后細格柵過濾到達SBR池。 2.反應(yīng) 反應(yīng)工序是SBR工藝最主要的一道工

43、序。當污水注入達到預(yù)定容積后，停止進水，空氣閥門打開，鼓風(fēng)機啟動，開始曝氣，同時潛水攪拌器和回流污泥泵運行，可開始反應(yīng)操作，如驅(qū)除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。根據(jù)反應(yīng)需要達到的程度，進行曝氣和攪拌，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)進行短時間的微量曝氣，以吹脫污泥上黏附的氣泡或氮，以保證排泥順利進行。 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?/p>

44、在潷水器停止運行后開始運行，排泥至儲泥池。3.2.2 設(shè)備控制要求（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1h。（2）兩臺水泵，由浮球控制。當集水池處于低水位時，關(guān)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；當水位很高時，發(fā)報警信號。（3）兩臺細格柵由時間控制其開或停。一般開10min,停1h。（4）當有一臺細格柵工作時，皮帶運輸機滯后10s開機。（5）SBR池內(nèi)進水閥門依次開啟，當1#池水位升到一定液位后關(guān)閥門，然后開2#進水閥門，2#池水位升到一定液位后關(guān)閥門，然后開3#進水閥門，依次類推。（6）進水閥門關(guān)閉后，空氣閥門開啟潛水攪拌器和回流污

45、泥泵同時開啟。曝氣3h后關(guān)閉空氣閥門，潛水攪拌器和回流污泥泵也隨之關(guān)閉。（7）空氣閥門關(guān)閉1h后，潷水器開始運行。當SBR池液位下降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，排泥至儲泥池。儲泥池液位達到高液位或1h后停止運行。（9）當開啟1個空氣閥門時，開啟一臺鼓風(fēng)機，當開啟2個或3個空氣閥門時，開兩臺鼓風(fēng)機。（10）脫水機按水處理工藝要求工作，單體為自動化組。設(shè)備與其在工藝中代號的對應(yīng)關(guān)系表如表1A和表1B所示。（見附錄3）3.2.3 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

46、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。第4章 硬件部分設(shè)計4.1電機的控制電路電機控制分為本地控制和遠程PLC自動控制。配電線依次經(jīng)過斷路器1QF、交流接觸器1KM,熱繼電器1KH對電機進行供電。電路圖中元件的功能如下11：圖4-1 電機電氣原理控制圖斷路器1QF：斷路器（曾稱自動開關(guān)）在電路中主要起到短路和過載保護作用，還可有欠電壓保護和遠距離分斷電源等功能，也可以直接操作不頻繁起動電動機和電路轉(zhuǎn)換作用。一般情況下，斷路器閉合，只有當電機發(fā)生短路或者過載時，短路其動作，斷開線路，停止電機，起到保護作用。交流接觸器1KM：接觸器主要控制對象為電動機，也可用

47、來控制其他電力負載。交流接觸器的觸頭有主觸頭和輔助觸頭，觸頭又分為常開觸頭和常閉觸頭，當交流接觸器線圈動作時，常開觸頭閉合，常閉觸頭斷，對電機的控制還要通過對交流接觸器線圈的控制來實現(xiàn)。熱繼電器1KH：電機過載時，電流變大，熱繼電器1KH動作，切斷電路，實現(xiàn)保護作用12。主令開關(guān)SAK：主令開關(guān)主要用于本地控制與PLC遠程控制之間的切換。當主令開關(guān)觸點接通時，為本地電控柜控制。觸點接通時，為遠程PLC控制。主令開關(guān)實現(xiàn)本地控制和遠程PLC控制之間的轉(zhuǎn)換。由控制原理圖4-1可以看出，當L11和N之間加上220V的電壓時，紅色電源指示燈1HR亮，作為控制的電源指示?？刂品譃殡娍毓窬偷乜刂坪蚉LC遠

48、程控制，主要通過主令開關(guān)SAK來選擇，當主令開關(guān)選擇時（電控柜就地控制），按動起動按鈕1SF，由于停機按鈕1SS和熱繼電器1KH為常閉狀態(tài)，電路導(dǎo)通，交流接觸器1KM通電動作（吸合），1KM的一個常開觸點也動作（變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，即電機的運行狀態(tài)），同時電機運行指示燈1HG變亮。此時，松開起動按鈕1SF，由于1KM的一個常開觸點閉合將1SF短接，所以交流接觸器1KM保持通電狀態(tài)，其主觸頭導(dǎo)通，電機起動。停機時，按動停機按鈕1SS，由于1SS為一常閉按鈕，所以按動時變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，下面的交流接觸器便停止供電，自動斷開，其常開觸點也為斷開狀態(tài)，電機停止運行，運行指示燈1HG滅。如果電機運行在過載狀態(tài)下，

49、當達到一定時間時，熱繼電器1KH動作，交流接觸器1KM由于電源斷開，電機停止，并且無法自動起動。電機的遠程控制是通過控制自控柜中的直流繼電器（MY2NJ ）的吸合來實現(xiàn)。當主令開關(guān)由轉(zhuǎn)向時，此時，即使電機為運行狀態(tài)，由于交流接觸器的斷路，也將自動停機。導(dǎo)通時，PLC檢測到相應(yīng)的信號，即認為電機為遠程控制。當PLC認為應(yīng)該起動電機時，COME和OUT1之間形成24V的直流電壓，24V繼電器1KA吸合，從而交流接觸器1KM吸合，電機起動，運行信號經(jīng)過1KM的一個常開觸點反饋到PLC的狀態(tài)輸入端。4.2閥門的控制電路閥門的電氣控制原理：閥門的電氣控制電路如下圖4-2，在閘閥電機的主接線圖中，通過兩個

50、接觸器1KM與2KM來控制閘閥電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)；控制電路中，1HR做為電源指示，1SF為閘閥門打開（電機正轉(zhuǎn)）按鈕，2SF為閘閥門關(guān)閉（電機反轉(zhuǎn)）按鈕；手動自動選由具有兩個常開觸點與兩個常閉觸點的主令開關(guān)SAK來實現(xiàn)；為了防止打開關(guān)閉兩種情況同時出現(xiàn)，造成短路的后果，用兩個接觸器常閉觸點來互相限制兩個接觸器，形成任何時候，只允許一個接觸器處于吸合狀態(tài)；閘門與閥門本身提供了機械式到位限制開關(guān)，有常開與常閉觸點，例如到閥門開到位時，開到位限制開關(guān)常閉點斷開，自動斷開控制電路，完成打開控制，同時常開觸點向PLC提供閘閥門打開與關(guān)閉狀態(tài)。圖4-2 閥門電氣原理控制圖4.3 傳感器 4.3.1 超聲波傳

51、感器超聲波傳感器系統(tǒng)由發(fā)送器、接收器、控制部分以及電源部分構(gòu)成。發(fā)送器常使用直徑為15mm左右的陶瓷振子，將陶瓷振子的點振動能量轉(zhuǎn)換為超聲波能量并向空中輻射。除穿透式超聲波傳感器外，用作發(fā)送器的陶瓷振子也可用做接收器，陶瓷振子接收到超聲波產(chǎn)生機械振動，將其變換為電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進行檢測。在超聲波檢測技術(shù)中，不管哪種超聲波儀器，都必須把電能轉(zhuǎn)換超聲波發(fā)射出去，再接收回來變換成電信號，完成這項功能的裝置就叫超聲波換能器，也稱探頭。將超聲波換能器置于被測液體上方，向下發(fā)射超聲波，超聲波穿過空氣介質(zhì)，在遇到水面時被反射回來，又被換能器所接收并轉(zhuǎn)換為電信號，電子檢測部分

52、檢測到這一信號后將其變成液位信號進行顯示并輸出。由超聲波在介質(zhì)中傳播原理可知，若介質(zhì)壓力、溫度、密度、濕度等條件一定，則超聲波在該介質(zhì)中傳播速度是一個常數(shù)。因此，當測出超聲波由發(fā)射到遇到液面反射被接收所需要的時間，則可換算出超聲波通過的路程，即得到了液位的數(shù)據(jù)。圖4-3和圖4-4分別為超聲波震蕩電路和超聲波接收電路。圖4-3 超聲波震蕩電路圖4-4 超聲波接收電路4.3.2 溶解氧傳感器 溶解氧（DO）是指溶解在水中的氧氣，它在河流、湖泊、海洋中都大量的存在，是檢測水質(zhì)和環(huán)境污染程度的重要指標。用傳統(tǒng)的化學(xué)法（如碘量滴定法）測定水溶液中的溶解氧（DO）是很費時的，且成本高，不能連續(xù)測量13，而

53、用滴汞電極(DME)的極譜分析最為簡單。但是，DME的一些特性又影響了它在現(xiàn)場工作中的應(yīng)用。金與鉑電極能克服DME遇到的某些困難，但在一些生物介質(zhì)中就失效14。為了消除上述困難， 膜覆蓋氧電極誕生了，它最初是由Clark在 1956 年提出的，故而得名Clark氧電極 15。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機及無機溶質(zhì)的原理，保護電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。當前用來測量水中溶解氧濃度最常用的儀器就是電化學(xué)傳感器（例如Clark傳感器）。它是根據(jù)電池原理而設(shè)計的，本身就是個電池，不需外加電壓，可通過測量電解電流來測量溶解氧濃度。測量時將其放入待測溶液，水中溶

54、解氧透過透氧膜，溶解于膜與電極之間的電解液薄層中，當兩輸出端接上負載電路時，氧在陰極表面上發(fā)生還原反應(yīng)。對于結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比，因此，測定電流即可知氧濃度。4.3.3污水流量計流量計我們采用EMF 系列的。原理如下：EMF 系列電磁流量計適用測量封閉管道中導(dǎo)電液體和漿液的體積流量，潔凈水，污水，各種酸堿鹽溶液，泥漿、礦漿、紙漿以及食品方面的液體等。 EMF 系列電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律；導(dǎo)電液體在磁場中作切割磁力線運動時，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢 E 為： E=KBVD 式中： K- 儀表常數(shù) B- 磁感應(yīng)強度 V-

55、 測量管道截面內(nèi)的平均流速 D- 測量管道截面的內(nèi)徑 功能特點： 1. 性能可靠，精度高，功耗低，零點穩(wěn)定，參數(shù)設(shè)定方便 2. 顯示正反向累計流量，瞬時流量，流速，流量百分比等3. 雙向測量系統(tǒng)，可測正向流量，反向流量 4. 報警功能：空管，勵磁，流量上下限 5. 頻率輸出 4-20mA 信號，流向輸出，累積量脈沖輸出， RS485 輸出6. 自行調(diào)節(jié)，流量上下限可自行設(shè)置7. 采用高效，高穩(wěn)定度 PWM 波勵磁恒流源 8. 短電后數(shù)據(jù)長效保存 9. 儀表系數(shù)即流量的測量不受流體的密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化 的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系，因此測量精度高（ 0.3-0.

56、5% ），量程比寬（ 1 ： 1500 ）。 17 測量管道內(nèi)無阻流件，因此沒有附加的壓力損失，具有顯著的節(jié)能意義。 主要技術(shù)性能：被測流體電導(dǎo)率： 5 us/cm 滿量程流速： 0.3m /s-12 m/s       測量誤差：示值的± 0.5% 環(huán)境溫度： -25 -+180   額定工作壓力（ MPa ）： 4.0 、 1.6 、 1.0 、 0.6 （大于 4.0 定做）     防護等級：標準型： IP65 （防噴水型）； IP68 （潛水型）         輸出信號： 4-20mAd.c. 、 01KHz       流量顯示功能： 1 中英文菜單自由切換，寬高清晰度 LCD 背光顯示。 報警：空管、勵磁、流量上下限  供電電源：標準型： 220Va.c.50Hz; 特殊型 24V.c. 功耗