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1、学生姓名：指导教师：完成日期：,污水处理自动控制系统的设计 （硬件部分）,西安思源学院,论文主要结构：第一章 绪论第二章 污水处理系统工艺流程第三章 电气控制系统方案的选择及硬件设计第四章 污水处理控制系统程序设计概述,西安思源学院,第一章 绪论,一、课题研究背景国内污水处理概况:（1）国内水资源分布不平衡，人均占有量少；（2）国内的污水处理能力目前还处于初级阶段，还有很大的发展空间；（3）随着国家对环境保护投入的增加，国内的污水处理能力在不断的提高。二、课题研究目的和意义以思源学院污水处理厂为例：西安思源学院污水处理厂每年可处理各种生活污水近100多万立方米，处理后的中水（再生水）70%用于
2、冲洗厕所、28%用于浇灌绿地、2%用于景观喷泉、清洗道路和建筑施工等。目前的中水利用已占到总用用水量的53%，每立方米中水的制水成本仅为0.8元，比西安市行政事业单位3.85元/立方米的自来水费便宜3.05元/立方米，每年节约资金近300万元人民币。 中水的合理利用，不但解决了学院用水难的矛盾，而且还保护了环境，节省了开支。,西安思源学院,第二章 污水处理系统工艺流程,一、污水处理工艺过程阐述污水通过进水泵到达粗格栅和清污机排除大块杂质物体，在除砂池中通过细格栅和转鼓清污机除去污水中的细小颗粒物体，在氧化沟系统中进行生化处理，分解污水中的有害物质，对污水进行除油、消毒、调整PH值。转碟曝气机的
3、作用是调节污水中溶解氧的含量，潜水搅拌机的作用是使污水和活性污泥处于剧烈搅拌充分混合接触，使生化反应更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。在沉淀池中通过刮泥机进行物理沉淀，在离心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水。,污水处理系统的工艺流程图,西安思源学院,二、格栅除污系统格栅除污机主要作用是去除污水中的大块固体杂物，保护后面的设备和设施不受影响。三、调节池污水的水量和水质在不断的变化。因此污水处理设备不能在理想的工艺条件下运行，如果问题严重则可能导致设备无法正常工作。为了对水量和水质进行调节，需要设置调节池。四、SBR反应池（一）SBR工艺简介序批式间歇活性污泥法，简称SBR，SBR最
4、大的优点就是用时间分割替代空间分割的操作方式，污水处理的能力大幅度提高。SBR污水处理系统由粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池、水泵、鼓风机和电动阀门等部分组成。,西安思源学院,（二）SBR系统运行阶段：（1）进水。进水就是将污水反应应池，等污水注满后反应开始。（2）反应。对污水进行曝气或搅拌，除掉BOD、硝化、脱氮除磷。（3）沉淀。曝气和搅拌停止后，处于静止状态的混合液分离成活性污泥和上清液两部。（4）排水。经过上一道工序后产生的上清液，作为处理水排放（5）闲置。完成一个操作周期后等待下一个操作周期开始的阶段，也称待机。,SBR控制系统流程图,西安思源学院,（二）曝气系统常用三种曝
5、气形式：（1）限制性曝气（污水注入停止后进行曝气）；（2）非限制性曝气（污水注入和曝气同时进行）；（3）半限制性曝气（污水注入的过程中开始曝气）。采用限制性曝气方式时：能耗最低，冲水期末基质浓度将达到最大值。适用于比较容易降解的污水。采用限制性曝气或半限制性曝气方式时：氧溶解浓度变大，传递氧的速率也加快，反应的速度加快。适用于比较容易降解的污水。采用非限制性曝气方式时：会产生好氧反应，基质的浓度会降低，反应的周期也会缩短。适用于污含有有有毒物质或基质浓度较高的的污水。五、排水系统本系统采用旋转式滗水器，旋转式滗水器有良好的水力机械性能，使进入出水堰的水流呈层流状态，保持出水量不变。六、系统所需
6、设备仪表,西安思源学院,（1)液位计液位计的功能是监测水位的高低。本系统共需6个液位计，格栅前明渠内需要1个液位计，调节池内需要1个液位计，SBR反应池内需要4个液位计。（2）污泥浓度计污泥浓度计的功能是监测污水的混浊度。然后再根据检测的结果调整运行时间。(3) pH 计PH计的功能是监测污水的酸碱度。主要作用是防止活性污泥中的微生物死亡，达不到预期的结果。本系统选用LP-3000C型pH计（解析度0.01pH，精度度0.05pH）。(4)溶解氧(DO)仪溶解氧仪的功能是测量氧在污水中溶解的含量。溶解氧仪在污水处理中极其重要，曝气机鼓风量的调整都要以溶解氧仪的测量结果为依据。(5)ORP检测仪
7、ORP检测仪的功能是测量污水中的氧化还原电位。(6)温度计温度计的功能是对污水温度进行监测。由于温度对生化反应有影响，因此要对污水的的温度进行检测。,西安思源学院,六、PLC控制系统设计原则与步骤（一）PLC控制系统的设计遵循原则(1) 适应发展的需要；(2) 保证PLC控制系统安全可靠；(3) 最大限度地满足被控对象的控制要求；(4) 力求简单、经济、适用及维修方便。（二）PLC控制系统的设计步骤(1) 控制要求分析在设计PLC控制系统之前，要对工艺过程进行分析，了解控制对象和控制要求。(2) 确定输入/输出设备了解了被控对象和控制要求后选择相匹配输入设备和输出设备。然后确定PLC的I/O点
8、数分配。(3) 选择合适的PLC本课题的PLC选择西门子S7-200系列。,西安思源学院,(4) I/O点数分配对应将PLC的I/O端子的点数分配给输入/输出设备。(5) PLC程序设计了解掌握被控对象和控制要求后进行PLC的编程。第一步把工艺流程分段；第二步分别对每一段要控制的设 备的输入和输出信号进行确认；搞清各段之间的联系；第 三步画出程序流程图，第四步进行程序编制。 (6) 模拟调试PLC程序编好后，与组态软件相连接（软件部分由谭杰同 学负责），进行模拟调试。(7) 撰写论文收集整理有关材料，在导师的指导下撰写论文。,西安思源学院,第三章 电气控制系统方案的选择及硬件设计,一、SBR
9、污水处理电气控制系统设计要求(1) 控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口；(2) 执行自动工作方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数；(3) 驱动搅拌机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能；(4) PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明；(5) 为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，如电动机过热保护、控制系统短路保护等；(6) 绘制电气原理图（包括主电路、控制电路、PLC硬件电路）；(7) 选择电器元件、编制元器件目录表；(8) 绘制接线图、电控箱布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等；(9) 采用梯形图或指令
10、表编制PLC控制程序。,西安思源学院,二、SBR污水处理电气控制系统的总体设计（一）设计过程（1）粗格栅除污机。开关各5S，有两个浮球开关，一个浮球开关负责池中污水上限值，池中污水液位达到上限值，水泵1关闭。另一个浮球开关负责池中污水下限值。池中污水液位达到下限值，水泵2关闭；（2）水泵。时间开关和浮球开关同时控制水泵2和水泵3，水泵停止时，粗格栅除污机和细格栅除污机运行，水泵运行时，粗格栅除污机停止运行。当细格栅池中的污水位达到一定的高度是，关闭水泵3；（3）细格栅除污机。开关各5S，有两个浮球开关，一个浮球开关负责池中污水上限值，池中污水液位达到上限值，水泵3关闭。另一个浮球开关负责池中污
11、水下限值。池中污水液位达到下限值，调节阀2关闭；（4）皮带运输机。在本污水处理系统中设置粗格栅除污机工作2S后，粗细格栅除污机公用的皮带运输机开始运行；（5）集水池。有4个浮球开关，主要工作时检测集水池的水位变化。集水池中的污水水位达低时，与集水池连接的所有阀门关闭；(6) SBR反应池。本系统中有4个SBR反应池，水位由浮球开关检测，每个池中2个浮球开关。SBR池中的污水水位达到一定液位后关阀门，4个SBR反应池顺序完成此程序；,西安思源学院,（7）空气阀门、潜水搅拌器、回流污泥泵。4个SBR反应池进水阀门都关闭后，同时开启空气阀门、潜水搅拌器、回流污泥泵。为了污水处理系统的正常运行，需要对
12、水位进行保护设置。具体操作是：达到高水位，停止进水；水位太低，继续进水。空气阀门、潜水搅拌器、回流污泥泵运行一定的时间后同时停止；（8）滗水器。关闭空气阀门5S后，打开滗水器，排出SBR反应池中的上清液，直到液位下降到一定的位置后停止；（9）剩余污泥泵。滗水器停止运行后，剩余污泥泵开始工作，其主要工作是将剩余的污泥运送到储泥池中。储泥池中污水液位达到一定的高度后剩余污泥泵停止工作；（10）鼓风机。鼓风机需要和空气阀门配合工作，打开1个空气阀门的同时打开1台鼓风机，打开2个或3个空气阀门时要打开2台鼓风机；（11）脱水机。按指定要求工作。（二）控制系统方案设计(1)交流接触器。交流接触器控制 S
13、BR污水处理系电动机的启、停；,西安思源学院,(2)热继电器。本系统中的电动机的过载保护均由热继电器承担；(3) 液位检测开关。在污水处理系统中，优先选择抗干扰性好、电极耐腐蚀的液位检测开关；(4) 鼓风机、空气阀。鼓风机的启/停条件是无负债，空气阀要安装在曝气管路上；(5) 电控箱、控制面板。二者的电器板连接选用BVR型铜导线，端子板是连接电控箱和执行装置的工具；(6) 接地。为了提高抗干扰能力，本系统的PLC选用第三种接地方式；(7) 继电器。本系统的PLC的输出选用继电器；(8) 断路器、熔断器。通过短路保护系统的电路，其中，断路器保护主电路，熔断器保护回路、控制回路和PLC的控制回路。
14、（三）SBR污水处理电气控制系统硬件电路设计（1）主电路设计 SBR污水处理电气控制系统主电路如下图所示：,西安思源学院,SBR污水处理电气控制系统主电路,西安思源学院,主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制格栅除污机M1、滗水器M2、鼓风机M3、剩余污泥泵M4、回流污泥泵M5；交流接触器KM6、KM7控制潜水搅拌机M6，KM8、KM9控制集水池搅拌机，两个搅拌机通过正、反转完成对污水的搅拌功能。电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7实现过载保护。熔断器Fu1、Fu2、Fu3、Fu4、Fu5、Fu
15、6、Fu7分别实现各负载回路的短路保护，QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。（2）交流控制电路设计 SBR污水处理系统交流控制电路如下图所示：,西安思源学院,SBR污水处理系统交流控制电路,西安思源学院,控制电路有电源指示HL,PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，可以配置标准型、变比1：1、容量100VA隔离变压器。粗细格栅除污机、滗水器1、滗水器2、滗水器3、滗水器4、鼓风机1、鼓风机2、剩余污泥泵1、剩余污泥泵2、剩余污泥泵3、剩余污泥泵4、回流污泥泵1、回流污泥泵2、回流污泥泵3
16、、回流污泥泵4、潜水搅拌机1、潜水搅拌机2、潜水搅拌机3、潜水搅拌机4、集水池搅拌机，都有运行指示灯HL1HL21，由KM1KM9接触器常开辅助触点控制。几台电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7的过载保护，分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA连接构成过载保护信号，KA还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。（3）PLC控制电路设计 SBR污水处理系统PLC控制电路原理图如图所示：,西安思源学院,SBR污水处理系统PLC控制电路原理图,西安思源学院,SBR污水处理系统PLC输入接口功能表,SBR污水处理系统PLC输出接口功能如表,西安思源学院,（4）电控箱布置图和配线图、控制面板布置图设计,电控箱电器板元件布置图 电控箱电器面板元件布置图,西安思源学院,一、污水处理控制系统总体概述污水处理系统要编写的全部子程序如下图所示：,第四章 污水处理控制系统程序设计概述,污水处理系统子程序设计图,西安思源学院,
