毕业论文-一基于PLC的工业污水处理控制系统的设计摘要目前我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高安全性低管理不当效率 普遍低于世界标准污水处理系统中的曝气过程控制数据通讯和监控管理是急需 解决的主要问题中国污水处理自控系统相对落后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木文介绍了工厂污水处理的基木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程序关键词污水处理PLC工艺流程目录1污水处理控制系统总体介绍111工业污水处理基木概念112常用的工业污水处理工艺 113工业污水处理系统控制形式414工业污水处理系统的功能要求52硬件系统配置 721主要组成部分 722电气控制系统 823工业污水处理系统的工作原理 924 PLC 选型 1125 PLC的10资源配置1126其他资源配置143软件系统设计 2031总体流程设计 2032曝气过程控制的任务 2833氯气投加环节 2934絮凝剂投加环 3035 P1D 控制 3036 PLC和变频器通讯314调试和运行结果3241硬件系统的调试3242软件系统的调试3243运行结果 33结论34参考文献35致谢361工业污水处理控制系统总体介绍11工业污水处理基木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口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牛物经处理后的污水最 后出路有三种①排放水体②灌溉Q］地③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 而降解为无机物如二氧化碳水硝酸根离子等稳定的无机物有机物的种类很多其 共性是在微生物的作用下被降解吋都要消耗水中的溶解氧所以在工程实际中采 用以下的几个综合污染指标来表述生物化学需氧量或生化需氧量Bio-chemical Oxygen Demand BOD2A0法AO法是在传统活性污泥法的基础上发展起來的一种工业污水处理工 艺其中A代表Anoxic缺氧的0代表Oxic好氧的A0法是一种缺氧----好氧生物 工业污水处理工艺该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化一--反硝化反 应系统很好的处理了污水中的氮含量具有明显的脱氮效果但是此硝化一一反硝 化反应系统需要得到很好的控制这样就对该工艺提出了更高的管理要求这也成 为了该工艺的一大缺点其工艺流程图如下图2-2 A0法工艺流程图3A20法A20法也是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处 理工艺其中A2即A-A前一个A代表Anaerobic厌氧的后一个A代表Anoxic缺氧 的0代表好氧的A20是一种厌氧缺氧好氧工业污水处理工艺A20法的除磷脫氮效 果非常好非常适合用于对除磷脫氮有要求的工业污水处理因此在对除磷脱氮有 特别要求的城市工业污水处理厂一般首选A20工艺其工艺流程图如图23所示图2-3 A20法工艺流程图4AB法AB法是吸附生物降解法的简称该工艺没有初沉淀将曝气池分为高低 负荷两段并分别有独立的沉淀和污泥冋流系统高负荷段停留吋间约为2040min 以生物絮凝吸附作用为主同时发生不完全氧化反应去除BOD达50以上B段与常 规活性污泥法相识负荷较低AB法中A段效率很高并有较强的缓冲能力B段起到 出水把关作用处理稳定性较好对于高浓度的工业污水处理AB法具有很好的适用 性并有较高的节能效益尤其在釆用污泥消化和沼气利用工艺时优势最为明显但 是AB法污泥产量较人A段污泥有机物含量极高因此必须添加污泥后续稳定化处 理这样就将增加一定的投资和费用列外由于A段去除了较多的B0D造成了碳源不 足难以实现脱氮工艺的要求对于污水浓度低 的场合B段也比较困难也难以发挥 优势总体而言AB法工艺较适合于污水浓度高具有污泥消化等后续处理设施的大 中规模的城市工业污水处理厂且有明显的节能效果而对于有脫氮要求的城市工 业污水处理厂一般不宜采用5SBR法SBR法是歇式活性污泥法的简称是一种按照一定的时间顺序间歇式 操作的污水生物处理技术也是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥工业污水 处理技术乂称序批式活性污泥法其反应机理及去除污染物的机理与传统的活性 污泥法基本相同只是运行操作方式不尽相同SBR法与传统的水处理工艺的最大 区别在于它是以时间顺序来分割流程各单元以时间分割操作代替空间分割操作 非稳态生化反应代替生化反应静置理想沉淀代替动态沉淀等整个过程对于单个 操作单元而言是间歇进行的但是通过多个单元组合调度后又是连续的在运行上 实现了有序和间歇操作相结合13本设计系统工业污水处理工艺及描述本工业污水处理工艺流程图如下图2-4所示图2-4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PH值同吋在该系统中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根据其反馈到PLC的值来控制曝气机 变频器的运行改变污水中溶解氧的含量潜水搅拌机的作用是推进水流使氧化沟 的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经处理的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吋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13工业污水处理系统控制形式早期的控制系统多采用继电器接触器控制系统但随着电子技术的飞速发展 控制要求的不断提高该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要 求因此己逐渐被淘汰取而代之的是DCS现场总线控制PLC等控制方1DCS系统DCS是集散控制系统的简称又称为分布式计算机控制系统是由计 算机技术信号处理技术测量控制技术通信网络技术等相互渗透形成的由计算机 和现场终端组成通过网络将现场控制站检测站和操作站控制站等连接起来完成 分散控制和集中操作管理的功能主要是用于各类生产过程可提高生产自动化水 平和管理水平其主要特点如下采用分级分布式控制减少了系统的信息传输量使 系统应用程序比较简单实现了真正的分散控制使系统的危险性分散可靠性提高 扩展能力较强软硬件资源丰富可适应齐种要求实时性好响应快2现场总线控制系统现场总线控制系统是由DCS和PLC发展而来的是基于现 场总线的白动控制系统该系统按照公开规范的通信协议在智能设备Z间以及智 能设备与计算机之间进行数据传输和交换从而实现控制与管理一体化的自动控 制系统其优点可以用计算机丰富的软件硬件资源响应快实吋性好通信协议公开 不同产品可互连3PLC系统PLC是可编程逻辑控制器的简称用它作为处理系统的控制器实现 控制系统的功能要求也可利用计算机作为其上位机通过网络连接PLC对生产过 程进行实时监控其特点如下编程方便开发周期短维护容易通用性强使用方便控 制功能强模块化结构扩展能力强14工业污水处理系统的功能要求工业污水处理系统的主要功能是完成对城市污水的净化的作用将城市中排 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來工业污水处理技 术虽然经过了迅速发展但仍滞后于城市发展的需要工业污水处理率低设备运转 率低等极大地影响了城市发展为实现工业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作为工业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而的通信可完成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利用PLC作为控制器的工业污水处理系统主要涉及两个方面一是信号 输入二是控制输出信号com入工业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按钮输入检测犬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來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 潜水泵或污泥冋流泵的启动和停止以及投入运行的潜水泵的数量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牛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牛物过氧化降低了其 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com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2硬件系统配置氧化沟是工业污水处理系统中的重要环节其结构的不同形成了不同的氧化 方法例如奥贝尔卡鲁赛尔和一体化氧化沟法对于不同的结构其配套的设备也有 较大的不同所以其结构比较复朵不同的结构对应不同的控制系统因此需要根据 不同的结构特点设计相应的控制系统21主要组成部分工业污水处理系统的结构比较复杂设备较多在氧化沟中其控制过程及原理 大致相同都是通过控制曝气机的转速来调节污水中的含氧量其基本组成如图 3-1所示图4-1工业污水处理系统基木组成示意图1进水系统进水系统主要有进水管道和进水泵房组成进水管道主要由粗格 栅机和清污机组成进水泵房主要有两台潜水泵组成进水管道的主要功能是将污 水中的人块物体排除其中的粗格栅是根据程序设定的吋间进行间歇工作而清污 机的运行和停止是根据粗格栅两侧的液位差来决定的当液位差超过某个值时启 动清污机当液位差小于某个值时停止清污机的运行进水泵房中的潜水泵运行及 停止是通过安装在泵房内的液位传感器來决定的当液位较低时只启动一台潜水 泵当液位较高时启动两台潜水泵若液位持续升高时则输岀报警以示意有故障发 生2除砂系统除砂系统主要由细格栅系统和沉砂池组成。
