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1、洛阳理工学院洛阳理工学院20122012 届大专毕业论文（设计）届大专毕业论文（设计）论文题目：基于论文题目：基于 PLCPLC 的污水处理控制系统设计的污水处理控制系统设计学生姓名：学生姓名：辛玲玲辛玲玲所在院系：所在院系：洛阳理工学院洛阳理工学院所学专业：所学专业：电气自动化技术电气自动化技术导师姓名：导师姓名：蒋建虎蒋建虎完成时间：完成时间：20122012 年年 5 5 月月 1919 日日基于基于 PLCPLC 的污水处理控制系统设计的污水处理控制系统设计摘摘 要要随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，水环境的污染问题日益 严重。全国许多小城镇没有污水处理设施 ，这不仅污染了当
2、地水环境，影响了 居民的身体健康，而且严重阻碍了经济的发展。省内多数民营企业在污水处理 上投入不足，技术落后。随着制造业的进一步发展，排放到环境中的污水量日 益增多，严重威胁人们的身心健康。因此，加快推行污水处理项目的实施已刻 不容缓。传统的污水处理过程控制系统不但需要专门人员到现场进行手工的操作和监视，导致对系统的意外事件反应较慢，而且无法对水质的变化做出反应和调整，从而限制了污水处理的稳定性和处理质量。本文介绍了工厂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
3、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、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。 关键词：关键词：污水处理，PLC，工艺流程 ABSTRACTABSTRACTWith the rapid development of community economic PLC ;Process目目 录录前 言 .1 第 1 章 绪 论 2 1.1 污水处理的国内外现状 .2 1.2 课题的
4、背景、目的及意义2 1.3 课题主要设计的内容2 第 2 章 污水处理控制系统总体介绍 .4 2.1 污水处理基本概念4 2.2 常用的污水处理工艺4 2.3 本设计系统污水处理工艺及描述4 2.4 污水处理系统控制形式5 2.5 污水处理系统的功能要求5 第 3 章 控制系统的整体设计方案 6 3.1 控制系统的设备组成及控制方式6 3.1.1 控制系统的设备及组成 6 3.1.2 控制系统的控制方式 6 3.2 电气控制方案63.2.1 水泵电气控制3.2.2 开关量控制图3.3 回路控制3.3.1 格栅机液位差控制回路3.3.2 溶解氧的回路控制3.3.3PH 值限的回路控制3.4 设备
5、选型及仪表清单 第 4 章 污水处理系统硬件选型和设计 .7 4.1 PLC 简介 .7 4.1.1 PLC 的特点.7 4.1.2 PLC 的主要组成及功能.7 4.2 系统 PLC 设计74.2.1 PLC 选型 4.2.2 系统功能流程图4.2.3I/O 分配表4.2.4 外部接线图 第 5 章 污水处理系统的软件选型与设计 85.1 组态王使用配置要求5.2 创建一个工程的一般过程5.3 污水处理系统组态的建立5.3.1 定义新画面5.3.2 定义 IO 设备 .8 5.3.3 构造数据库 85.3.4 创建动画连接5.3.5 运行和调试5.3.6 动态分辨率转换 结 论 .9 谢 辞
6、 .10 参考文献 11 英文文献及译文 14前前 言言由于我国污水处理上投入不足，人民对保护环境意识的淡薄以及技术的相 对落后。因此，加强环境保护非常重要。污水处理过程主要通过技术人员现场 检测、调试，依靠人工完成处理过程，如pH值的测定、液位的测定、温度的测 定、泵的启停控制等等，若对这些指标和控制对象逐一实时检测和操作，无疑 会耗费大量的人力物力。随着我国新型工业化步伐的加快，自动控制系统逐渐 被应用到污水处理工艺过程节约了能源，市场前景十分广阔。在我国，随着经济的不断发展，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，给社会营造一个良好的环境， 为人
7、民造福。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，1-10m3万为中型污水处理厂，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，我国的水资源进一步紧张，严重 缺水。与此同时，水资源的污
8、染却日益严重，也因此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。可编程控制器为水污染环境的应用而设计，它采用可编制程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各类型的机械或生产过程。是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为
9、一体的新型工业自动控制装置。为了使可编程控制器与个人计算机 PC 区别，通常称之为 PLC。本系统构建了基于 PLC 的控制网络。为提高系统可靠性,PLC 编程采用了一种简便实用的方式。从而实现污水处理过程的自动控制功能，同时与中央监控系统进行通信，上传数据和接受中央监控系统下发的控制命令。整个控制系统可以达到无人或少人值守的目的，大大提高污水处理的自动化水平。第第 1 1 章章 绪绪 论论1.11.1 污水处理的国内外现状污水处理的国内外现状在国际上，大规模的水污染治理最早是在二战后，由于上世纪50年代经济 蓬勃发展带来的60年代日益严重的环境污染而展开的，如英国的泰晤士河和欧 洲的莱茵河等
10、水系的污染和治理就是典型的例子。至70年代末，美国投入了数 千亿美元兴建了18000余所城市污水处理厂，英国、法国、德国各耗费了巨额资 金兴建了7000至8000座城市污水处理厂，这些污水处理厂的投入运行对这些国 家的水体污染改观起了关键的作用，也为人类治理水污染积累了丰富的经验。 经济发达国家除了非常重视污水处理的新理论和新技术之外，更重视污水处理 自动控制问题，先后研究开发了各种高效性，智能型和集约型的污水处理和自 动控制仪表，并采用了计算机自动控制处理工艺，取得了较理想的效果。目前， 先进的污水处理厂甚至已经用计算机进行数据记录和运行过程控制，实现了全 自动无人值守控制模式。随着中国城市
11、化、工业化的加速，水资源的需求缺口 也日益增大。首先，水资源短缺与利用效率低下并存已严重制约着我国城市化 进程。其次，对环保的要求日益提高，从对工业废水的排放到生活污水的处理 都在力争和国际环保标准接轨。再次，从人民健康的角度考虑，饮用水和生活 用水的水质要求也在增加。我国污水处理自动化控制起步较晚，进入上世纪90 年代以后污水处理厂才开始引入自动控制系统，由于国家和各级政府对环境保 护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年 增加，城镇污水处理率不断提高，在这样的背景下，污水处理行业很快成为了 新兴产业。但是，中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段，一方面，中国目 前
12、的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施 建设严重滞后。另一方面，中国的污水处理率与发达国家相比，还存在着明显 的差距。但就我国国情而言，在污水处理控制系统方面的应用研究有着广阔的 前景。目前国内外，广泛采用的污水处理自动控制系统结构形式有DCS系统、 PLC控制系统、工业现场总线控制结构等。PLC是城市净水和污水处理的主流控 制系统，随着中国对环保的日益重视，中国将建成更多的污水处理工厂来满足 人们对污水处理方面的需要16J。1.21.2 课题的背景课题的背景、目的及意义、目的及意义未来 10 年，中国工业污水处理项目工程建设投资将超过 2500 亿元，其中工业污水
13、处理设备投入约 300 亿元。采用先进、实用的技术改造传统工艺，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。对于环境保护问题，国务院明确规定所有工业污染源都必须达到排放标。其中处理过的污水还可以循环再利用，由于我国是一个水资源匮乏的国家，而且时空分布上极不均匀，许多地区和城市严重缺水。所以水资源也是一种保护。因此，从环保、注水等多方面的因素考虑，对于工业污水处理非常有必要。因此，有效的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、PLC 控制系统技术，将
14、为当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程度的环境污染，污水也是造成环境污染的来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。我国是一个严重缺水的国家，虽然我国年平均水资源总最为 28000 亿 m2，居世界第 6 位，人均水资源量为 2220m2，居世界第 110 位，已经被联合国列为世界上 13 个缺水国家之一。目前我国约 300 个城市缺水，其中严重缺水城市有 5O 个。据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总
15、里约为 300 亿400 亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达 2300 亿。超过洪涝灾害。水资沟的匮乏和水资源的污染，己经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了我国的经济建设和发展。因此建设符合我国国情的污水厂自动控制系统对降低工业污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会和和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。1.31.3 课题主要设计的内容课题主要设计的内容本课题主要设计的内容是工业工业污水处理工艺及工业污水处理系统的组成和 PLC 控制系统设计,主要由以下内容组成：（1）介绍了工业污水处理的基本内容，包括工业污水处理的发展现状以及工业污水处理的工艺流程；（2）介绍了 PLC 的
16、基本结构和工作原理，并对工业污水处理控制系统进行设计分析；（3）具体分析设计工业污水处理的硬件系统；（4）具体分析设计工业污水处理的软件系统；（5）工业污水处理系统的调试与运行。第第 2 2 章章 污水处理控制系统总体介绍污水处理控制系统总体介绍 2.12.1 污水处理基本概念污水处理基本概念城市污水、生活污水、生产污水或经过工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入排水系统。这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物。经处理后的污水，最后出路有三种：排放水体；灌溉田地；重复使用。污水污染物可根据化学性质和物理形态进行不同的分类。按化学性质，污水中的污染物质可分为无机性物质和有机性物质，其化学元素以炭、氮、磷为主。按物理形态，污水中的污染物质可分为固体悬浮物即呈颗粒状的污染物质、胶体污染物质和溶解性污染物质。好氧有机污染物的性质稳定，在微生物的作用下，借助微生物的新陈代谢功能而降解为无机物，如
