污水处理系统电气控制系统设计.

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1、摘 要 本文主要介绍了 PLC 在城市污水处理中的具体应用实例，系统设计了城市污水 处理工艺流程和基于 SIEMENS 的 S7200 系列 PLC 的污水处理实施方案，以及城市 污水处理厂电气控制系统的方法。为了提高污水处理厂的运行管理水平， PLC 也成 为了该系统的重要组成单元之一，在该系统中各单元按一定拓扑结构互相连接构成 污水处理厂的控制系统。结合污水处理厂自动化控制系统的运行情况，PLC 对污水 厂的进出水质等参数进行监控，同时控制水区及泥区的设备工作，当系统出现故障 的时候系统能够自行报警。设计包含了污水处理厂的设备组成、自动化控制方式和 PLC 各工作站的功能、网络构成在污水处

2、理中的应用，总结自动化控制系统对提高 生产效率、减少现场操作人员、提高安全性发挥的良好效果。 关键词 污水处理 自动化控制系统 PLC 软件设计 Abstract This paper designs the project of urban sewage disposal with PLC, which is SIEMENS S7200 series and introduces the method of urban wastewater treatment. The paper also designs the method of supervises and control in th

3、e urban wastewater treatment plant. In order to improve the operation management level of the sewage treatment plant, PLC has become one of the important composition units that is this system too, every Entrance form the control system of the sewage treatment plant according to certain topological s

4、tructure interconnection among system this. Combine the running situation of the benevolence of one and automatic control system of wastewater treatment plant, system will monitor the water quality of the in and out sewage and also control the water zone and mire zone. When the system has something

5、wrong PLC will give an alarm. Recommend the equipment of the sewage treatment plant to make up, automatic control method and function, network of PLC every work station form application in sewage disposal, summarize the automatic control system to the good result raising production efficiency, reduc

6、ing the on-the-spot attendant, improving security full play. KeywordsKeywords Sewage treatment plant Automatic control system PLC Software design 目 录 绪 论.1 第 1 章 污水处理工艺流程2 1.1 污水处理工艺的选用原则 2 1.2 对工艺流程的阐述 2 1.3 主要设备的组成及控制方式 5 1.3.1 主要设备.5 1.3.2 设备控制方式.6 1.4 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制.6 1.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓

7、风机房的设备控制 7 1.6 脱水机房的控制 7 1.7 PLC 控制系统.8 1.7.1 PLC 控制系统的基本构成及功能.8 1.7.2 网络结构 .9 1.7.3 上位机组态功能 9 1.8 系统构成及其布局 10 第 2 章 污水处理中的 PLC11 2.1 概述 .11 2.1.1 设计范围 .11 2.1.2 PLC 设计综述11 2.2 PLC 在污水处理中的运用12 2.2.1 中央控制室12 2.2.2 控制网络系统 .13 2.2.3 分现场生产过程 PLC 控制系统 .14 2.2.4 厂级管理 PLC 系统 16 2.3 PLC 设备及仪表选型.17 2.3.1 PLC

8、 选型原则17 2.3.2 PLC 设备的选择18 2.3.3 SIMATIC S7-200 简介18 2.3.4 仪表设备的选择 .18 2.4 污水厂布局及其主要 PLC 设备分布 .21 2.5 PLC 具体配置情况23 2.6 系统构成及其布局 .24 2.7 监控系统的软件部分 .24 第 3 章 PLC 设计.26 3.1 PLC 构成的控制系统26 3.2 控制软件 .31 3.3 对污水处理系统控制程序的设计 .31 3.3.1 污水处理厂的主要流程图31 3.3.2 原始工艺程序的设计 .32 3.4 脱水机系统加药絮凝部分程序设计 .35 3.4.1 脱水机房工艺及主要工作

9、流程 35 3.4.2 加药絮凝部分控制要求及其主电路38 3.4.3 PLC 控制系统的梯形图及 STL 指令表39 3.5 PLC 设计小结48 第 4 章 总结.49 参考文献.50 致 谢51 污水处理系统电气控制系统设计 1 绪 论 在我国，随着经济飞速发展，人民生活水平的提高，对生态环境的要求日益提 高，要求越来越多的污水处理后达标排放。在全国乃至世界范围内，正在兴建及待 建的污水厂也日益增多。有学者曾根据日处理污水量将污水处理厂分为大、中、小 三种规模：日处理量大于 10 万 m3为大型处理厂，1-10 万 m3为中型污水处理厂，小 于 1 万 m3的为小型污水处理厂。近年来，大

10、型污水处理厂建设数量相对减少，而中 小型污水厂则越来越多。如何搞好中、小型污水处理厂，特别是小型污水厂，是近 几年许多专家和工程技术人员比较关注的问题。我国是个缺水的国家，人均水资源 占有量只为世界人均水资源占有量的 1/4。而且我国的水资源在时空和地域上分布 不均匀，更加重了缺水的实际情况。因此近些来，我国的城市水资源进一步紧张， 许多城市严重缺水。与此同时，水资源的污染却日益严重，也因此许多城市都规划 和建设了水污水处理厂，来改变目前水资源紧缺且污染的现状。 随着全球水资源供应的紧张和对自动化要求的增加，我国的污水处理厂必然是 向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前，PLC 在其稳定性和

11、高度自动化程度 的不断加强，使 PLC 成为在城市污水处理自动化方面的首选。 污水处理系统电气控制系统设计 2 第 1 章 污水处理工艺流程 1.1 污水处理工艺的选用原则 在污水处理工程的设计中，方案的选择具有极其重要的地位。在进行方案的规 划时，污水处理工艺的优化原则将是工程界面临的首要问题。一般来说，污水处理 工艺的选择有一下几个原则： （1）技术合理。重视工艺所具备的技术指标的先进性，同时必须充分考虑适合 中国的国情和工程的性质。工艺的选择更注重成熟性和可靠性，以降低技术的风险， 保证其长远的经济效益。 （2）经济节能。节省工程投资是污水处理厂建设的重要前提。合理确定处理标 准，选择简

12、洁紧凑的处理工艺，尽可能减少占地，同时，必须充分考虑节省电耗和 药耗。 （3）易于管理。必须考虑到我国现有的运行管理水平，尽可能做到设备简单， 维护方便，适当采用可靠实用的自动化技术。应特别注重工艺本身对水质变化的适 应性及处理出水的稳定性。 事实上，任何一种工艺总是有利有弊，关键在于其适用性。在工程实践中应具 体情况具体分析、因地制宜、综合比较，做出优化选择。 1.2 对工艺流程的阐述 目前，污水处理的主导工艺有 AB 法和 SBR 法。 （1）AB 工艺法。AB 法是吸附生物降解工艺(Adsorption Biodegradation)的 简称。该工艺将曝气池分为高、低负荷两段，各具有独立

13、的沉淀和污泥回流系统。 A 段（高负荷段）停留时间为 2040min，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完 全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除生物化学需氧量（BOD）达 50%以 上。B 段（低负荷段）与常规活性污泥法相似，负荷较低，泥龄较长。 AB 法 A 段效率高，并具有较强的缓冲能力。B 段起到出水把关作用，处理稳定 性较好。对于高浓度的污水处理，AB 法具有很好的适用性，并具有较高的节能效益。 尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时，优势最为明显。 但是，AB 法污泥产量较大，A 段污泥有机物含量极高，污泥后续稳定化处理是 必须的，这将增加一定的投资和费用。此外，由于 A 段去除

14、了较多的 BOD，可能会 造成碳源不足，难以实现脱氮工艺。对于污水浓度较低的场合，B 段运行较为困难， 污水处理系统电气控制系统设计 3 也难以发挥优势。目前有仅用 A 段的做法，效果好于一级处理。作为过度型工艺， AB 法在性价比上有较好优势，一般用于排江、排海场合。 （2）SBR 工艺。SBR 法是序批式活性污泥法(Sequencing Batch-Flow Reactor Activated Sludge Process)的简称，它是一种连续进水、间歇曝气、间歇排水的工 艺。它的原理是通过微生物的活动来净化污水。它与传统的活性污泥法工艺相同， 只是运行方式不同。 SBR 工艺的应用起始于

15、 20 世纪初，由于人工管理的困难和繁琐未推广应用。这 种工艺集进水、曝气、沉淀在一个池子中完成。污水处理系统一般由多个池子构成 一组，各池工作状态轮流交换运行，单池由滗水器间歇出水。该工艺将传统的曝气 池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一体化的集约构筑物，并有利 与实现紧凑的模块布置，最大优点是节省占地。此外，这种工艺也有利于减少污泥 回流量，有节能效果。在此基础上，SBR 又发展演变了 CASS 和 CAST 等工艺，在除 磷脱氮及自动控制等方面有新的特点，大大丰富了 SBR 工艺的内容。 SBR 工艺的优点有： SBR 工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR 工艺只有一个反应

16、器，不需要二 沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比传统活性污泥 工艺节省基建投资 30%以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动 控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采 用。 处理效果好。SBR 工艺反应过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝 气阶段其底物和微生物浓度变化是连续的(尽管是处于完全混合状态中)，随时间的 延续而逐渐降低。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化 的变化过程之中，因此处理效果好。 有较好的除磷脱氮效果。SBR 工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧 的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率。 污泥沉降性能好。SBR 工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长， 减少了污泥膨胀的可能。同时由于 SBR 工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的， 因此沉淀效果更好。 SBR 工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水量、水质波动。 SBR 法虽然工艺优势明显，但对于自动化控制要求很高，需要大量的电控阀门 和机械