SBR廢水處理系統(tǒng)

41/55摘要序批式活性污泥法（SequencingBatchReactor），簡稱SBR。是一種中小型的污水處理方法。SBR工藝污水處理計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心是可編程序控制器（PLC）。采用PLC不僅能夠適應(yīng)水處理系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，而且代表了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展方向。隨著工業(yè)自動化的普及與發(fā)展，要求有人家先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠的監(jiān)控設(shè)備加入到控制系統(tǒng)中，以完成數(shù)據(jù)的采集以及設(shè)備的安全運(yùn)行。作為當(dāng)今工廠企業(yè)重要的自動化控制設(shè)備之一，可編程邏輯控制器（PLC）已經(jīng)被廣泛的用于現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，尤其適用于邏輯、順序過程控制。它正隨著計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的進(jìn)步全面迅速發(fā)展。關(guān)鍵詞污水處理，序批式活性污泥法，SBR，可編程序控制器ABSTRACTSequencingBatchReactor,whichiscalledtheSBRlaw,isakindofcenterandsmallsewagetreatmentmethod.ThecoreofSBRcraftsewagetreatmentcomputersupervisorysystemistheprogrammableforewordcontroller(PLC).UsingPLCnotonlycouldadapttothecraftcharacteristicofthewaterdisposalsystem,butalsorepresentsthemodernindustrydevelopeddirection. Alongwiththepopularizationandthedevelopmentofindustrialautomation,inordertocompletethedatagatheringandthesafetyrunningoftheequipment,moreadvanced,stableandreliablemonitoringequipmentsarerequiredtojointhecontrolsystem.Asoneoftheimportantautomationcontroldevicesinnowadaysfactories,theprogrammablelogicalcontroller(PLC)hasalreadybeenusedwidelyinthemodernindustrycontrolsystem,especiallyforthelogical,orderprocesscontrol,Itisdevelopingrapidlyalongwiththeprogressofthecomputer,communication,networkandsoon.KeywordsPollutedwater，processing，SBR，ProgrammableController目錄前言1第一章SBR污水處理系統(tǒng)介紹及流程圖1.1SBR污水處理工藝31.2SBR污水處理系統(tǒng)動力設(shè)備4第二章SBR污水處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1硬件設(shè)計(jì)總體說明52.2SBR污水處理電氣控制原理圖設(shè)計(jì)52.2.1主電路設(shè)計(jì)52.2.2交流控制電路設(shè)計(jì)..62.2.3主要參數(shù)計(jì)算72.2.4PLC輸入、輸出接口功能表72.2.5PLC電氣控制原理圖82.2.6元器件目錄表9第三章SBR污水處理系統(tǒng)的編程及組態(tài)3.1程序設(shè)計(jì)123.2北京昆侖組態(tài)MCGS簡介133.3組態(tài)的設(shè)計(jì)13第四章SBR污水處理系統(tǒng)電控箱及控制面板布置4.1確定元器件及其布局154.2繪制元件布置圖.15結(jié)論16致謝17參考文獻(xiàn)18附錄19前言本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為《基于PLC控制的SBR污水處理系統(tǒng)》，確立這個課題是從整個世界的大前提下考慮入手的。地球雖然有70.8％的面積為水所覆蓋，但淡水資源卻極其有限，人類真正能夠利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，僅占地球總水量的0.26％，而且分布不均。

20世紀(jì)50年代以后，全球人口急劇增長，工業(yè)發(fā)展迅速。全球水資源狀況迅速惡化，“水危機(jī)”日趨嚴(yán)重。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度擴(kuò)大；另一方面，日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可供消費(fèi)的水資源。中國水資源人均占有量少，空間分布不平衡。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。在這樣的背景下，污水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，目前與自來水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要地位。在國際金融危機(jī)的背景下，中國采取繼續(xù)擴(kuò)大內(nèi)需，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長政策，把環(huán)境保護(hù)放在突出的戰(zhàn)略位置。2008年四季度新增的千億元中央投資中，投向節(jié)能減排和生態(tài)建設(shè)的資金達(dá)120億元。用于重點(diǎn)流域的水污染防治工程投資及用于城鎮(zhèn)污水和垃圾處理設(shè)施、污水管網(wǎng)建設(shè)提速的資金高達(dá)60億元，前者投資為10億元，后者為50億元。可以說，污水處理行業(yè)迎來空前的發(fā)展機(jī)遇。利用SBR（SequencingBatchReactor）污水處理系統(tǒng)，是因?yàn)镾BR有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：(1)易產(chǎn)生污泥膨脹的絲狀細(xì)菌在SBR反應(yīng)池中因反應(yīng)條件的不斷的循環(huán)變化而得到有效的抑制。而污泥膨脹問題是其它活性污泥方法中很常見且很難控制的問題之一；

(2)在通常的條件下，該工藝可以不用添加化學(xué)藥劑而達(dá)到硝化、反硝化的效果；

(3)SBR工藝通過缺氧—好氧過程交替進(jìn)行共同作用達(dá)到對污染物的去除，因此與常規(guī)活性污泥法等好氧處理工藝相比，具有電耗低的特點(diǎn)；

(4)SBR工藝系統(tǒng)的啟動及生物馴化容易，并且耗時短；

(5)運(yùn)行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好；

(6)工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)行靈活；

(7)反應(yīng)池內(nèi)存在DO、BOD5濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹；

(8)SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利于污水處理廠的擴(kuò)建和改造；

(9)脫氮除磷，適當(dāng)控制運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替，具有良好的脫氮除磷效果；

(10)工藝流程簡單、造價低。加上PLC的控制簡單，控制能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，帶有脈沖輸出，可以直接連接伺服系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破?簡稱PLC)作為一種通用控制裝置,廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)領(lǐng)域。便于控制。完成這個課題，需要對全球的污水處理狀況做一個大體了解，世界各國的污水處理工廠等是如何來進(jìn)行日常生活成產(chǎn)的污水處理的，對于污水處理系統(tǒng)做到心中有數(shù)，成熟的污水處理系統(tǒng)有哪些，這些系統(tǒng)中又有哪些缺點(diǎn)和不成熟的地方。并著重了解SBR污水處理法。在了解SBR污水處理的基礎(chǔ)上，就需要靈活應(yīng)用所學(xué)到的PLC控制知識，來完成SBR的整個過程。做到簡單控制，全面控制。在撰寫論文的過程中，需要查閱相關(guān)資料，這就需要利用到圖書館和網(wǎng)絡(luò)中的豐富資源來輔助這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成。當(dāng)然，畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成離不開同小組同學(xué)的幫助和指導(dǎo)老師的解疑答惑。第一章SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)介紹及流程圖1.1SBR污水處理工藝SBR污水處理技術(shù)是一種高效污水回用的處理技術(shù)，采用優(yōu)勢菌技術(shù)對生活污水進(jìn)行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。SBR污水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實(shí)生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點(diǎn)，力求達(dá)到設(shè)備體積小，性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。污水處理過程中環(huán)境溫度對菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響污水處理效果，因此采用地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對處理效果的影響。同時，SBR污水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計(jì)選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)可以提高SBR污水處理的效率，方便操作和使用。SBR污水處理系統(tǒng)分別由污水處理池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動閥門和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開關(guān)，用以檢測水池與水箱中的水位。SBR污水處理系統(tǒng)工藝流程圖如圖1-1所示。圖1-1SBR污水處理系統(tǒng)工藝流程圖污水處理的第一階段：當(dāng)污水池中的水位處于低水位或無水狀態(tài)時，電動閥會自動開起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時，電動閥自動關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。污水處理的第二階段：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可使污水脫色、除臭、平衡菌群的pH值并對污染物進(jìn)行高效除污，即好氧處理過程。整個好氧（曝氣）時間一般需要6～8h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當(dāng)電動閥門自動關(guān)閉后，排空電磁閥開起，延時,羅茨風(fēng)機(jī)空載啟動，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次啟動，羅茨風(fēng)機(jī)空載停機(jī)，然后延時,排空電磁閥關(guān)閉。曝氣風(fēng)機(jī)在無負(fù)荷條件下起動和停止，能起到保護(hù)電動機(jī)和風(fēng)機(jī)的作用。經(jīng)過1.5h的水質(zhì)沉淀，PLC下達(dá)起動1#清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池中的水位升至正常高水位時，1#清水泵自動停止運(yùn)行。這時2#清水泵自動起動向中水箱泵水，當(dāng)水箱內(nèi)達(dá)到正常高水位時，2#清水泵自動停止運(yùn)行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。如上所示，當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時，2#清水泵又自動起動向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至低水位時，電動閥門會自動打開繼續(xù)向污水池納入污水。如此循環(huán)往復(fù)。SBR污水處理技術(shù)針對污水水質(zhì)不同選用生物菌群不同，工藝要求要求有所不同，電氣控制系統(tǒng)應(yīng)有參數(shù)可修正功能，以滿足污水處理的要求。1.2SBR污水處理系統(tǒng)動力設(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(fēng)機(jī)、電動閥），均采用三相交流異步電動機(jī)，電動機(jī)和電磁閥（AC220V選配）選配防水防潮型。1#清水泵：立式離心泵LS50-10-A，揚(yáng)程10m，流量29m3/h，1kW。2#清水泵：立式離心泵LS40-32.1，揚(yáng)程30m，流量16m3/h，3kW。曝氣羅茨風(fēng)機(jī)：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。電動閥：閥體D97A1X5-10ZB-125mm，電動裝置LQ20-1，AC380V，60W。第二章SBR污水處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1硬件設(shè)計(jì)總體說明(1)SBR污水處理系統(tǒng)控制對象電動機(jī)均由交流接觸器完成啟、?？刂?，電動閥電動機(jī)要采用正、反轉(zhuǎn)控制。(2)污水池、清水池、中水水箱水位檢測開關(guān)，在選型時考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。(3)電動閥上驅(qū)動電動機(jī)，其內(nèi)部設(shè)有過載保護(hù)開關(guān)，為常閉觸點(diǎn)，作為電動閥過載保護(hù)信號，PLC控制電路考慮該信號邏輯關(guān)系。(4)1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)電動機(jī)、電動閥電動機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，其熱繼電器的常開觸點(diǎn)通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC的輸入信號，用以完成各個電動機(jī)系統(tǒng)的過載保護(hù)。(5)羅茨風(fēng)機(jī)的控制要求在無負(fù)載條件下起動或停機(jī)，需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。(6)主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。(7)PLC選用繼電器輸出型。2.2SBR污水處理電氣控制原理圖設(shè)計(jì)2.2.1主電路設(shè)計(jì)SBR污水處理系統(tǒng)主電路如圖2-1所示。圖2-1SBR污水處理系統(tǒng)主電路圖(1)主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3分別控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機(jī)M3；交流接觸器KM4、KM5控制電動閥電動機(jī)M4，通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。(2)電動機(jī)M1、M2、M3、M4由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。電動閥電動機(jī)M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護(hù)開關(guān)，對閥門電動機(jī)M4實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。(3)QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使用方便?4)熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護(hù)。2.2.2交流控制電路設(shè)計(jì)SBR污水處理系統(tǒng)交流控制電路如圖2-2所示。圖2-2(1)4臺電動機(jī)M1、M2、M3、M4的過載保護(hù)，分別由4個熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實(shí)現(xiàn)，將其常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護(hù)信號，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)換成直流24V信號送入PLC完成過載保護(hù)控制功能。(2)上水電磁閥YA1、排空電磁閥YA2，分別由中間繼電器KA2和KA3觸點(diǎn)控制。2.2.3主要參數(shù)計(jì)算(1)斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)載交流電動機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動機(jī)起動電流的1.7倍整定。SBR污水處理系統(tǒng)有3kW負(fù)載電動機(jī)一臺，起動電流較大，其余三臺為1.1kW以下，起動電流較小，而且工藝要求4臺電動機(jī)單獨(dú)起動運(yùn)行，因此可根據(jù)3kW電動機(jī)選擇自動開關(guān)QF脫扣電流IQF：IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A，選用IQF＝10A的斷路器。(2)熔斷器FU熔體額定電流IFU。以曝氣風(fēng)機(jī)為例，IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A，選用5A的熔體。其余熔體額定電流的選擇，按上述方法選配?？刂苹芈啡垠w額定電流選用2A。2.2.4PLC輸入、輸出接口功能表表1-1和表1-2分別為SBR污水處理系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。表1-1SBR污水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表序號工位名稱文字符號輸入口1污水池高水位傳感器H1X0002污水池低水位傳感器L1X0013清水池高水位傳感器H2X0024清水池低水位傳感器L2X0035中水箱高水位傳感器H3X0046中水箱低水位傳感器L3X0057啟動按鈕（綠色）SB1X0068停止按鈕（紅色）SB2X0079旋鈕開關(guān)（自動）SA1-1X01010旋鈕開關(guān)（手動）SA1-2X01111手動開電動閥旋鈕開關(guān)SA2X01212手動關(guān)電動閥旋鈕開關(guān)SA3X013131#清水泵手動旋鈕開關(guān)SA4X014142#清水泵手動旋鈕開關(guān)SA5X01515電動閥門開起限位開關(guān)SQ1X01616電動閥門關(guān)閉限位開關(guān)SQ2X01717電動閥電動機(jī)故障報(bào)警FR0X02018電動機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警KA1X02119曝氣風(fēng)機(jī)手動旋鈕開關(guān)SA5X022圖1-2SBR污水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表序號工位名稱文字符號輸出口11#清水泵接觸器KM1Y00022#清水泵接觸器KM2Y0013污水池高水位紅色指示燈HL7Y0024污水池低水位綠色指示燈HL8Y0035清水池高水位紅色指示燈HL9Y0046清水池低水位綠色指示燈HL10Y0057中水箱高水位紅色指示燈HL11Y0068中水箱低水位綠色指示燈HL12Y007（續(xù)）序號工位名稱文字符號輸出口9電動閥門開起綠色指示燈HL13Y01010電動閥門關(guān)閉黃色指示燈HL14Y01111開電動閥門接觸器KM4Y01212關(guān)電動閥門接觸器KM5Y01313電動機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警紅色指示燈HL6Y01414羅茨風(fēng)機(jī)（曝氣風(fēng)機(jī)）接觸器KM3Y01515排空電磁閥繼電器KA3Y01616上水電磁閥繼電器KA2Y017171#清水泵泵指示燈HL2Y020182#清水泵泵指示燈HL3Y02119羅茨分機(jī)指示燈HL4Y02220上水閥指示燈HL5Y0232.2.5PLC電氣控制原理圖包括PLC硬件結(jié)構(gòu)配置及PLC控制電路原理圖設(shè)計(jì)。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等，選擇適合的PLC機(jī)型及外設(shè)，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路原理圖，繪制PLC控制電路，編制I/O接口功能表。圖1-4為SBR污水處理系統(tǒng)PLC電氣控制原理圖，A點(diǎn)（L1），B點(diǎn)（N）作為PLC工作電源，輸入，輸出采用24V電源。圖1-4KM4和KM5接觸器線圈支路，設(shè)計(jì)了互鎖電路，以防止誤操作故障。PLC輸入回路中，電源由外部的24V直流電源提供，所有輸出口的COM端短接后接入DC24V的（—）端。2.2.6元器件目錄表根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇的電氣元件，編制原理圖的元器件目錄表，如表1-3所示。表1-3SBR污水處理系統(tǒng)元器件目錄表序號文字符號名稱數(shù)量規(guī)格型號備注1M1～M4電動機(jī)4Y系列三相交流異步電動機(jī)2FR1～FR4熱繼電器4JR16B-20/3參照電動機(jī)整定電流3FU1～FU4熔斷器12RL1-15熔體2～10A4FU5～FU7熔斷器2RT16-32X熔體2A5QF斷路器1C45AD脫扣電流10A6SB1起動按鈕1LAY37綠色7SB2停止按鈕1LAY37紅色8SA1轉(zhuǎn)換開關(guān)1LAY37-D2手動/自動轉(zhuǎn)換9SB4～SB8手動開關(guān)5LAY37-D2黑色10KM1～KM4接觸器4DJX-9線圈電壓：DC24V11KA1～KA3中間繼電器3HH52P線圈電壓：DC24V12HL1～HL15指示燈15AD16-22LED顯示，DC24V13YA1電磁閥1ZCT-50A線圈電壓：DC24V14YA2電磁閥1ZCT-15A線圈電壓：DC24V15YA3電動閥門裝置1LQA20-1DC24V，6W16PLC可編程序控制器1FX2N-48MR繼電器輸出第三章SBR污水處理系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)3.1程序設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求，建立SBR污水處理系統(tǒng)控制流程圖，如圖1-5所示，表達(dá)出各控制對象的動作順序，相互間的制約關(guān)系。在明確PLC寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，包括主程序編制、各功能子程序編制、其他輔助程序的編制等。（程序見附錄）圖1-5SBR污水處理系統(tǒng)控制流程圖3.2北京昆侖組態(tài)簡介MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運(yùn)行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系統(tǒng)。MCGS組態(tài)軟件包括三個版本，分別是網(wǎng)絡(luò)版、通用版、嵌入版。具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備。3.3組態(tài)的設(shè)計(jì)如下圖，SBR廢水處理系統(tǒng)監(jiān)測窗口下圖為控制窗口第四章SBR污水處理系統(tǒng)電控箱及控制面板布置4.1確定元器件及其布局先根據(jù)控制系統(tǒng)要求和電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)，確定電器元器件的總體布局以及電控箱內(nèi)裝配板與控制面板上應(yīng)安裝的電器元件。本系統(tǒng)除電控箱外，在污水處理設(shè)備現(xiàn)場設(shè)計(jì)安裝的電器元件和動力設(shè)備有：電磁閥、水位開關(guān)、電動機(jī)、電動閥（含閥位控制器）等。電控箱內(nèi)電器板上安裝的電器元件有：斷路器、熔斷器、隔離變壓器、PLC、接觸