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1、毕业设计毕业设计 设计（论文）题目：设计（论文）题目： 污水处理系统控制 专专 业业 班班 级：级： 机电一体化 1302 班 学学 生生 姓姓 名：名： 梁 坤 指指 导导 教教 师：师： 郭 德 龙 摘 要 随着现代生产工艺的飞速发展，我国城市化进程的推动，中小城市(镇)数量的不 断增多，由其带来的水污染问题日趋严重。序批式活性污泥法(简称 SBR)符合中小城镇 污水处理的基本要求，但必须实现自动控制，才能发挥其优势，使其具有更加广阔的 应用前景。随着自动化技术、计算机技术的不断发展、完善,污水处理厂的自 动化水平也相应提高。而PLC 控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安 装灵活、扩
2、展方便、性能价格比高等一系列优点，在工业控制中得到了越来越广 泛的应用。本文 主要介绍了污水处理厂自动控制系统的组成、功能及如何利用 PLC 实现自动控制。在污水处理中采用PLC 控制系统改造后，提高了自动控制的可靠 性,不仅减轻了工人的劳动强度,而且提高了污水处理厂的运行效率和运行效益, 实现了污水厂生产管理的科学性。充分证明了自动化控制系统对提高生产率，无 人值守或少人值守，提高安全性具有良好的效果。 目录 1 第一章 绪论 4 1.1 国内污水处理行业的发展概况 .4 1.2 生活污水的处理工艺 .5 1.3 SBR 污水处理工艺 6 1.4 本课题研究的主要内容 .8 第二章 控制方案
3、 9 2.1 系统的总体设计 .9 2.2 工艺及控制要求分析 11 2.2.1 格栅池 .11 2.2.2 调节池 .12 2.2.3 SBR 反应池池12 2.2.4 除盐池 .12 2.3 PLC 的 I/O 分配 .13 2.4 I/O 设备确定及 PLC 的选型 .14 2.4.1 I/O 设备确定14 2.4.2 PLC 的选型15 2.5 系统软件的介绍 15 第三章 PLC 程序设计17 3.1 系统外部接线图如图 3-1 所示 17 3.2 系统程序流程图如图 3-2 所示 18 3.3 系统梯形图如图 3-3 所示 19 3.4 系统程序仿真图及系统说明 22 结束语 .2
4、6 致 谢 .27 第一章 绪论 1.1 国内污水处理行业的发展概况 近几年随着工业迅速，城市人口的逐渐增加，人们生活水平逐渐提高各种用水 量亦随之增长。 地球虽然有 70.8的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限， 人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的 0.26，而且分布不均。 20 世纪 50 年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅 速恶化，“水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大； 另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。 全世界每天约有 200 吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8 升淡 水；所
5、有流经亚洲城市的河流均被污染；美国40的水资源流域被加工食品废料、 金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲 55 条河流中仅有 5 条水质差强人意。 20 世纪， 世界人口增加 了两倍，而人类用水增加了 5 倍。世界上许多国家正面临水资源危 机：12 亿人用水短缺， 30 亿人缺乏用水卫生设施。 中国水资源人 均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速， 水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目 前与自来水生产、供水、排水、 中水回用行业 处于同等重要地位。 截至 2005 年底，全国 661 个设市城市中，已有 383 个城市建成污水处理厂 792 座，污
6、水处理率由 2000 年的 34提高到 52，并形成了适合国情的污水处理 技术路线和管理机制。其中，有 135 个城市的污水处理率已达到或接近70，单 厂处理规模达到每天 100 万立方米。 2007 年，中国水污染治理投资达到 3387.6 亿元，比上年增加 32%，占当年 GDP 的 1.36%。中国水环境质量 总体保持稳定。 2007 年，共取缔一级水源保护区内 排污口 942 个，停建二级水源保护区内可能造成污染的建设项目1294 个，限期治 理 931 个。 咸阳职业技术学院毕业设计（论文） 3 截至 2010 年 9 月底，全国设市城市、县及部分重点建制镇（以下简称“城镇” ）累计
7、建成污水处理厂 2631 座，污水处理能力达到 1.22 亿立方米/日；全国正在 建设的城镇污水处理项目达 1849 个，总设计能力约 4660 万立方米/日。在全国设 市城市中，已有 593 个城市建有污水处理厂，占设市城市总数的90.7%；累计建 成污水处理厂 1623 座，形成污水处理能力 1.04 亿立方米/日；其中 36 个大中城 市（直辖市、省会城市和计划单列市）建有污水处理厂376 座，处理能力达 4368 万立方米/日。在县城及乡、镇中，全国已有933 个县（含新疆生产建设兵团团级 单位）建有污水处理厂，约占县城总数的52.1%；县城及乡、镇建有污水处理厂 1008 座，处理能
8、力达 1826 万立方米/日。 虽然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。但目前中国污 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，且处理设施的负荷率低。 因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创建合理的污水处理收 费体系，扶植国内环保产业发展，推进污水处理行业的产业化和市场化。污水处理 行业是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。中国将在“十一五
9、”期间投资 3000 亿 元以推进城市污水处理和利用，中国污水处理行业由此迎来高速发展期。 1.2 生活污水的处理工艺 生产废水及生活污水的循环利用，是节约用水和减少水资源开采的有效途径，既 可利国利民，又是减少生产成本的重要举措。同时为了响应实现工业废水零排放，努 力建设节约型企业的号召，污水处理工程改造项目很必要。 前处理也称为预处理技术，常用有格栅或格网、调节池、沉砂池、初沉池等。由 于生活污水处理的核心是生化部分，因此我们称污水处理艺是特指这部分，如接触氧 化法、SBR法、A/O法等。用生化法（包括厌氧和好氧）处理工生活污水在目前是最经 济、最适用的污水处理工艺，根据生活污水的水量、水
10、质及现场的条件而选择不同的 污水处理工艺对投资及运行成具有决定性的影响。 典型的生活污水处理完整工艺如下图 1-1 所示： 污水前处理调节池生化池消毒出水 污泥处理系统 图 1-1 典型污水处理流程图 1.3 SBR 污水处理工艺 SBR 是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process） 的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污 泥法.与传统污水处理工艺不同，SBR 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操 作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它
11、的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR 技术的核心是 SBR 反应池，该池集均 化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。正是 SBR 工艺这些特殊 性使其具有以下特点： 1、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交 替状态，净化效果好。 2、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水 水质好。 3、 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗 水量和有机污物的冲击。 咸阳职业技术学院毕业设计（论文） 5 4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 5、处理设备少，构造简单，便于操作和维护
12、管理。 6、反应池内存在 DO、BOD5 浓度梯度，有效控制 活性污泥膨胀。 7、SBR 法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 8、脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好 的脱氮除磷效果。 9、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、 污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。 由于上述技术特点， SBR 系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。就近期的 技术条件，SBR 系统更适合以下情况： (1)中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大 的地方。 (2)需要较高出水水质
13、的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机 物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。 (3)水资源紧缺的地方。 SBR 系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设 施，便于水的回收利用。 (4)用地紧张的地方。 (5)对已建连续流污水处理厂的改造等。 (6)非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。 本文所研究的污水处理流程如图 1-2 所示 污水格栅池调节池SBR 生化 池 除盐出水 污泥泵 图 1-2 污水处理流程图 1.4 本课题研究的主要内容 本课题采用的处理工艺为：过滤 生化反应 除盐污水处理工艺，以处理生活 污水为主，另有少量的工业废水，水中的 CO
14、D(化学耗氧量)、BOD(生化耗氧量)含量分 别为 536 mgL、I 12 mgL。经处理 COD 为 408 mgL，BOD 为 251 mgL，达 到一级排放要求，为了实现污水工程的全自动运行，按生产工艺要求，采用 PLC 可编 程控制器实现连锁集中控制。 本课题研究了污水处理工艺及污水处理系统的组成，设计了基于 PLC 的控制系统 的，主要由以下内容组成： (1)介绍了国内的污水处理行业的发展以及污水处理系统工艺流程； (2)选择 PLC 对污水处理控制系统进行设计和分析； (3)具体分析设计污水处理的软件系统。 咸阳职业技术学院毕业设计（论文） 7 第二章 控制方案 2.1 系统的总
15、体设计 本污水处理控制系统采用的可编程控制器为三菱FX2N型。控制系统的结构框图见 图2-1，控制系统设有集中控制室(加药间低压配电室内)，框图中的各设备可以在集中 控制室内控制。在集中控制室的控制面板上有自动手动，自动控制位置时，污水站 处于自动运行状态，此时启闭机打开，格栅井、调节池、生化池.污泥泵，除盐根据各 自的液位控制器开动、停止，开始运行。控制柜正面如图2-2所示。 监控计算机 三菱 FX2N-48MR 操作站 控制站 站 调节池电磁阀控制 生化池电磁阀控制 生化池空压机控制 除盐池电磁阀 控制 格栅池电磁阀 控制 图 2-1 控制系统结构图 控制面板 图 2-2 控制柜正面示意图
16、 在控制柜上除了有手动操作按钮外，还有各液位池的液位显示。 本处理系统对液位的控制采用浮球液位传感器，浮球连续式液位传感器是利用浮球 内磁铁随液位变化，来改变连杆内的电阻与磁簧开关，磁簧开关的间隙愈小，精度愈 高。分压信号可经过转换器转变成 420mA 或其它不同之标准信号。指示计可配合其 它表头作远距离指示，是一种原理简单，可靠性极佳的液位指示计。除盐池中的盐浓 度检测由余氯（自由氯）电极来完成，此电极可以直接输出 4-20mA 的模拟量信号， 该信号可直接接数字显示仪表进行显示，两路继电器输出实现上下限控制，可以打开 仪表面板设置上下限。液位监测系统接线如图 2.3 所示。 调节 池液 位 LZ2 Sbr 反应 池液 位 LZ3 除盐 池液 位 LZ4 格栅池报警 HL1 调节池报警 HL2反应池报警 HL3 污泥泵 反应池排水 阀 除盐池排 水 下液 位 格栅 池液 位 LZ1 盐浓 度 AZ 除盐池报警 HL4 高浓度报警 HL5 格栅池进水 SB2调节池进水 SB3反应池进水 SB4 空压
