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1、目录目录1 绪论 .11.1 选题的目的和意义.11.2 国内污水处理自控系统发展状况.21.3 课题的主要研究内容.22 污水处理工艺流程.32.1 本设计系统污水处理工艺及描述.32.2 污水处理系统的功能要求 .43 硬件配置.53.1 污水处理主要硬件分析 .53.2 污水处理系统的工作原理.63.3 PLC 选型.73.4 PLC 的 I/O 资源配置.84 总体设计.104.1 总体流程设计.104.2 手动模式.104.3 自动模式.114.4 控制系统功能.124.5 定时器和寄存器设置.175 软件设计 .195.1 主要程序.195.2 软件测试 .21总结.24致谢.25
2、参考文献.26塔里木大学毕业论文基于基于 PLCPLC 的城市污水处理控制设计的城市污水处理控制设计摘要摘要：污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。本设计主要从污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于 PLC 控制的污水处理系统。文章首先介绍了基于 PLC 污水处理控制系统的工艺及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计 PLC 控制系统的基本原则和步骤，来说明 PLC 在污水处理过程中的应用。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号、
3、和信号采集等，最后按照工艺要求设计 PLC 控制系统，其中包括 PLC 的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制 PLC 程序。然后进行软件仿真实现系统功能，证实程序可在污水处理工程中实际使用。关键词关键词：污水处理，西门子 S7、PLC 控制1 绪论1.1 选题的目的和意义随着我国的社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧了水资源的短缺，严重影响着人民群众的身心健康，这些情况已经成为城市可持续发展的严重制约因素；我国现阶段很多大中型城市的废水排放量大，已造成城市地表水的严重污染；三峡库区水环境保护事关三峡工程长期安全运行和长江中下游地区经济社会的可持续发展，因
4、此受到国内外广泛关注，但目前各城市因水处理自控系统不完善没处理好就把污水排放了或仍然是直接排放污水，很多操作和检测监控过程需要人工完成，人工监控时间覆盖率低、工作量大，手工采集样品不准确和缺乏科学性和代表性，很难反映城市污水处理及排放连续变化的情况1。建立污水处理系统和自动控制监控体系，势在必行。先根据污水处理要求设计了设备的电气控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号、故障信号和信号采集等。最后按照工艺要求设计 PLC 控制系统，其中包括 PLC 的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制 PLC程序等。建立高标准的自动化污水处理厂，不仅可以加强整个系统的稳定性、塔里木大学毕业论文
5、准确性、可靠性，还可以缓解人力劳动，降低处理成本以及节约能源2。污水处理厂自动控制系统会降低维护成本，减轻维护工人及生产工人的劳动强度，还能够更好的完成生产工艺，具有很好的社会效益和经济效益。1.2 国内污水处理自控系统发展状况我国解放初期工农业生产才开始起步，当时对污水污染认识程度很低，并且提倡利用污水进行农田灌溉，尤其是北方地区由于缺水污水灌溉利就成为经验进行推广，如著名的沈抚灌渠等，所以全国仅仅只有几个城市建设了污水处理厂，这些工厂在处理工艺比较简单，处理的规模也非常小，每天只有几千立方米，最大的也仅仅只有五万立方米/天，导致污水处理技术不成熟和管理水平低下状态。与国外相比，国内自动化污
6、水处理相对比较晚，起初采用热工仪表，实行集中巡检；其后使用了 DCS 系统和应用分析仪表；直至九十年代利用国际贷款所建立的大型污水处理厂的投产，我国自动化污水处理控制系统的水平才开始有很大提高3。从国外引进污水厂的自动控制系统采用集散式计算机监控系统开始广泛使用，应用了检测仪表这种高自动化产品，各种新设备、新工艺大量出现并开始使用。从这些方面可以看出我国的污水处理自控系统有以下特点：（1）新建的污水处理厂使用计算机分散控制系统进行手动与自动并存的控制方式管理污水处理厂。旧的污水处理厂仍采用人工巡检的方式，自动化水平较低。（2）国产生产仪表的自动化水平还没有达到控制标准，所以大部分采用价格比较昂
7、贵的进口的在线仪表，所以不可能广泛使用进口来进行污水处理。所以水质的检测只有实验室人员通过人工实验来获得，数据不一定准确。（3）各个控制站之间独立的存在没有信息的交换不能很好的完成污水全部处理过程。并且犹豫条件的限制，只是完成了简单的控制， 没有完全做到自动化4。通过对比，不难看出整：体上和国外相比我国污水的自控系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。1.3 课题的主要研究内容本课题论述了污水处理工艺及污水处理系统的组成和 PLC 控制系统设计,主塔里木大学毕业论文要由以下内容组成：（1）分析了污水处理的基本内容，包括污水处理的发展，现状以及污水处理的工艺流程；（2）分
8、析了 PLC 的基本结构和工作原理，并对污水处理控制系统进行设计分析；（3）具体分析设计污水处理的部分硬件系统；（4）具体分析设计污水处理的部分软件系统。2 污水处理工艺流程2.1 本设计系统污水处理工艺及描述本污水处理工艺流程图如下图 2-4 所示：图 2-1 工艺流程图污水由进水系统通过粗格栅和清污机进行初步排除大块杂质物体，到达除砂池中。在除砂池系统中细格栅和转鼓清污机进一步净化污水中的细小颗粒物体，将污水中的细小沙粒滤除后进入氧化沟反应池。在该氧化沟系统中进行生化处理，分解污水中的有害物质，此环节用到一些化学药剂来加强处理效果，如复合碱、氯气、油絮凝剂等。对污水进行除油、消毒、调整 P
9、H 值。同时在该系统中潜水搅拌机来推进水流，使氧化沟的活性污泥和污水处于剧烈搅拌充分混合接触，使反应更加充分，使用时间更短，以最大程度地分解污水中的有害成分。同时设置有溶解氧仪超声波检测器，通过它对污水中的含氧量进行检测的值 PLC 来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量5。经处理的塔里木大学毕业论文污水进入沉淀池中，在刮泥机的作用下进行物理沉淀，为了加强沉淀效果，同时加入混凝剂和絮凝剂利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用更加容易沉降。污水经沉淀池处理最后到达脱水环节，离心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水。2.2 污水处理系统的功能要求污水处理系统的主要功能是完成对城市污水的净化的
10、作用，将城市中排除的污水通过该系统处理后，输出符合国家标准的水质。长期以来，污水处理技术虽然经过了迅速发展，但仍滞后于城市发展的需要，污水处理率低、设备运转率低等极大地影响了城市发展6。为实现污水处理技术的简易、高效、低能耗的功能， 并且实现自动化的控制过程，采用 PLC 作为核心控制器是个较好的方案。PLC 作为污水处理系统的控制系统使得设计过程变得更加简单，可实现的功能变得更多。与各类人机界面的通信可完成 PLC 控制系统的监视，同时使用户可通过操作界面功能控制 PLC 系统。由于 PLC 的 CPU 强大的网络通信能力，使得工业污水处理系统的数据传输与通信变得可能，并且也可实现其远程监控
11、7。2.2.12.2.1 信号输入信号输入污水处理系统信号输入检测方面主要涉及四类信号的监测，主要包括：按钮的输入检测、液位差的输入检测、液位高低的输入检测，以及曝气池中含氧量的输入检测。（1）按钮输入检测。大多数为人工方式控制的输入检测，主要有自动按钮、手动按钮、格栅机启动按钮、清污机启动按钮、潜水泵启动按钮、潜水搅拌机启动按钮、污泥回流泵按钮、曝气机工频、变频按钮，以及变频加速减速按钮等。（2）液位差输入检测。检测粗细格栅两侧液位差，用来控制清污机的启动与停止。（3）液位高低输入检测。检测进水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用来控制潜水泵或污泥回流泵的启动和停止，以及投入运行的潜水泵的数量
12、。（4）含氧量输入检测。以上三种都为数字量输入，该输入为模拟量输入。塔里木大学毕业论文曝气过程是工业污水处理系统中最重要的环节，为了保证微生物所需要的氧气，必须检测污水中的含氧量，并通过曝气机增加或减少其含氧量。通过将溶解氧仪设置在适当位置上，将检测值反馈到 PLC 中，通过运算输出控制曝气机的转速信号。当溶解氧值偏低时，降低了微生物分解的效果，延长了处理时间，严重时甚至导致处理失效，因此需要增加曝气机转速以增加供氧量；当溶解氧值偏高时，导致微生物过氧化，降低了其活性，也不利于处理，因此减小曝气机转速以减少供氧量，最终使污水中的溶解氧保持在一定的范围内8。2.2.22.2.2 控制输出信号控制输出信号信号输出部分主要包括两个方面：一个是数字量输出，即各类设备的接触器；另外一个是模拟量输出，用来控制曝气机变频器。（1）数字量输出。控制各类设备的启动和停止，包括：格栅机启停、清污机启停、潜水泵启停、潜水搅拌器启停、污泥回流泵等设备9。（2）模拟量输出通过 PLC 中 PID 运算后的数据，通过其功能模块输出控制信号，该控制信号输入到变频器的控制端子上，改变变频器的输出频率，从而控制曝气机的转速，最后达到控制污水中含氧量的要求10。3
