污水处理的PLC控制系统设计

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1、摘要我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段,不仅大城市，很多中小城市、铁道 各车站区，甚至发达地区的乡镇都开始修建污水处理厂.随着现代控制技术和计算 机技术的飞速发展，PLC控制技术在污水厂中得到了广泛应用，使得整个污水处 理过程实现了计算机监测、控制和管理，以实现高质量、低成本、稳定可靠的运 营方式。本文采用生物法中氧化沟法进行污水处理，结合污水处理流程，本系统需控 制7台设备和检测2个参数。共有32个输入开关量和 20个输出开关量。最终选择 OMRON公司内装60个I/O端子的CPM2AE60CDRA型PLC.它运行速度快，控制可靠, 具有强大的指令系统和丰富的输入输出扩展设备及特殊扩展设备

2、 ,并进行了硬件 和软件设计在软件设计中做了上位机和下位机软件设计。并利用Intouch组态软 件实现动态实时显示过程控制参数和系统运行状态，报警和报表等功能。本文通过PLC控制系统的配置和控制方式，和由PLC控制站和上位机组成的控制 系统，从而实现污水处理整个过程的实时监测和自动控制。本文应用PLC控制达到 了设备的自动监视和控制，使出水指标稳定，满足了工艺要求，并且节省了大量 的人力物力。关键词：污水处理；PLC ；控制系统目录摘 要01绪论11.1设计的背景与意义11。2 研究现状21.3主要内容和预期目标32污水处理的工艺流程52。1工艺技术简介52.2 工艺流程62.3控制要求73污

3、水处理的PLC控制系统93。1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤93。2 硬件设计103.2.1 PLC机型的选择113。2.2模拟量模块的选择123.2。3开关量模块的选择143.2.4 电源模块的选择163。2.5 PLC的输入、输出点功能174软件设计184。1软件控制系统功能的实现184。2 PLC控制流程图184。3 PLC控制系统梯形图程序214。4下位机软件设计234。5上位机软件设计23结 论32谢 辞 33参考文献 341 绪论1.1 设计的背景与意义我国是个缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4。而且我 国的水资源在时空和地域分布上的分布不均匀，更加重了实

4、际的缺水情况。因此 近些年来我国城市水资源进一步紧张,许多城市严重缺水.与此同时，水资源污染 却日益严重，因此许多都城市规划和建设了自己的污水处理厂，来改变目前水资 源紧缺且污染的现状。我国城市污水处理事业是在80年代初逐步发展起来的,经过 几十年的发展已经初具规模.但是，与国外同期的城市污水处理厂相比较，始终存 在效率低、自动化程度低、能耗高且运行费用高等缺点。随着全球能源供应紧张和对自动化程度要求的不断增加，我国的污水处理厂 必然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、高自动化 程度的不断加强，使得PLC成为城市污水处理自动化方面1-3的首选。如今，我国污水处理事业迎来

5、了高速发展的阶段,不仅大城市，很多中小城 市、铁道部各车站区,甚至发达地区的乡镇都开始修建污水处理厂。 PLC 控制器以 其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、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，在污水处理中也得到一定程度 的推广。随着现代控制技术和计算机技术的飞速发展， PLC 控制技术在污水厂中得到 了广泛应用，使得整个污水处理过程实现了计算机监测、控制和管理4-6，以实现 高质量、低成本、稳定可靠的运营方式。针对我国水资源现状呈不断恶化的态势, 介绍现有的污水处理基本原理和技术,对新兴的污水处理理论和技术、污水治理方 法做出评价.水体污染是指排入

6、水体的污染物使该物质在水体中的含量超过了水 体的本底含量和水体的自净能力,这些污染物质使水体的物理、化学性质或生物群 落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值.治理污水的方法和技术的基本原理 主要是分离、转化。设计系统应用先进的工业控制计算机、可编程控制器、工业 自动化组态软件技术、电力电子控制技术艺等，介绍了 PLC在污水处理厂自动控 制系统中的应用，通过PLC控制系统的配置和控制方式，和用PLC控制站和上位 机组成的控制系统，从而实现污水处理整个过程的实时监测和自动控制。1.2 研究现状新世纪，我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段，不仅大城市，很多中 小城市、铁道部各车站区，甚至发达地区的

7、乡镇都开始修建污水处理厂。PLC控 制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、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，在污水处理中也得到一 定程度的推广。实践证明，在污水控制系统中，采用可靠性较高的PLC与具有强 大数据处理能力的计算机组成远程监控系统7-10,不仅可以提高系统的稳定性.可 靠性。灵活性，及时发现可能出现的故障，还能大大节约人力成本。通过采用计 算机作为上位机实现管理和监控,PLC作为下位机实现电机的控制，并使个PLC均 可与 PC 联网通信,从而实现了远程集中控制，整个系统运行可靠，达到并满足设 计的目的和要求。控制方案:通过分析工艺工

8、程发现，在受控对象中有相当多的开关量和模拟 量，检测点也较多,而控制过程是以逻辑控制为主，闭环控制为辅。针对这样一个 实际情况，我们采用了基于PLC与工控机来构建监控和数据采集系统，以工控机作 为监视和控制现场生产过程的可视窗口，在PLC可编程控制器进行逻辑运算，对生 产过程实行在线实时控制.系统构成：（1）根据工艺设计要求，将污水控制系统分为三个网络层面.即监 控管理层，过程控制层和设备执行层。（2）根据生产工艺的要求，将厂内所有设备 按功能分为3个区域，在3个区域内各建立一个PLC站（即下位机），构建过程控制 层.1#PLC控制站设在加氯间控制室内，监控项目有粗格栅机，提升泵，加氯设备 等

9、。2#PLC控制站设在沉沙池控制室内，监控项目包括鼓风机。细格栅机等。3# PLC控制站设在BAF动力间，主要监控项目是冲洗离心泵等.监控方式：集中监控，在监控计算机上可以实现工艺过程的全面监控。基于 PLC 与计算机构建控制系统具有系统配置合理，可靠性高，控制精度高和系统成 本低等优点，随着我国对环境保护投资力度的不断加大，各城市污水处理厂在建 项目相继启动，将PLC与计算机构建的污水处理控制系统应用于在建项目和老水 厂的改造，不仅可以提高系统的整体控制水平，同时可以利用网络平台实现数据 共享，提高整体管理水平，具有广泛的应用前景。1.3 主要内容和预期目标（1）介绍了当前工艺技术，根据需要

10、最终选择氧化沟法进行污水处理设计，介绍 了工艺流程各部分的实现方式，明确了控制要求。通过系统设计方案了解PLC控 制系统的全部功能，控制规模，控制方式。（2）针对污水处理的工业对象，分析其工艺流程和控制特点，根据其控制要求， 完成基于PLC的污水处理控制系统的方案论证和设计，即PLC控制系统的硬件 和软件设计。硬件设计部分，完成了 PLC的机型选择,开关量的选择11-13,模 拟量的选择和电源模块的选择。软件部分，通过污水处理的工艺流程，完成了流 程图和梯形图的设计。（3）通过 PLC 控制系统的配置和控制方式，和由 PLC 控制站和上位机14组成的控 制系统，从而实现污水处理整个过程的实时监

11、测和自动控制.使得整个污水处理过 程实现了计算机监测、控制和管理，以实现高质量、低成本、稳定可靠的运营方 式。2 污水处理的工艺流程2。1 工艺技术简介“七五”、“八五、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成,使我国在污水处理 新技术、污水再生利用新技术、污泥处理新技术等方面都取得了可喜的科研成果， 某些研究成果达到国际先进水平。同时,借助于外贷城市污水处理工程项目的建设, 国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，B法、氧化沟法、/O工艺、0 工艺、 SBR 法在我国城市污水处理厂中均得到应用。污水处理工艺技术由过去只 注重去除有机物发展为具有除磷脱氮功能。国外一些先进、高效的污水处理专用

12、设备也进入了我国污水处理行业市场，如格栅机、潜水泵、除砂装置、刮泥机、 曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼气锅炉、污泥消化搅拌系统 等大型设备与装置。我国 80 年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处 理工艺，具有工艺简单，防止污泥膨胀性能强,耐冲击负荷和处理能力强等特点, 适用于水质水量变化大的生活污水处理。可是，由于该工艺主要以去除BOD和 SS 为主要目标，对氮磷的去除率非常低。为了适应水环境及排放要求，一些污水 处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能.B 法污水处理工艺于 80 年代初开始在我国应用于工程实践。由于其具有抗冲 击负荷能力强、对pH值

13、变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用 于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水处 理厂。目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。应用较多的有奥 贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例.DE型氧化 沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用卡罗塞尔 氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。氧化沟，氧化沟又名连续循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。经过三十多 年的使用、研究、开发和改进，氧化沟系统在池型、结构、运行方式、曝气装置、 处理规模、适用范围等方面都得到了长足的发展。氧化沟由沟体、曝气设备、进

14、 水区、出水区和自动控制设备等部分组成。氧化沟体的平面形状一般呈环状沟渠 形，也可以是长方形、L形、马蹄形、圆形或其它形状，氧化沟断面形状多为矩形 和梯形曝气设备是氧化沟的主要设备，它起着供氧、推动水流和防止活性污泥沉 淀等作用，常用的曝气设备有表面曝气机、曝气转刷（转笼、转盘、转碟）、射流 曝气、导管式曝气机等。2。2工艺流程根据污水浓度高、负荷波动大、水质多变等特点，经过比较，采用生物法中 氧化沟法进行处理，其工艺流程如下图2.1所示。污水分沅格 栅kttl泵1 1rY.L沙氧化-1-淸水r井井井井沟池井泥污池图2.1污水处理工艺流程 格栅井，格栅井单元的设备包括格栅井提升泵、浮球液位控制

15、器、粗格栅、浮球 液位变送器，其作用是清除污水中的颗粒与悬浮物；液位变送器用来检测粗格栅 前后的液位差，当差值大于10cm时粗格栅开始运行。主要用于进水泵的入口处， 防止较大的污物进入泵内，进而保护进水泵，保证其能正常工作。格栅机的启停 由前后为了避免液位在设定值的临界状态时,由于波动而造成频繁启停设备，将启 动与停止设置成二个设定值，并可调节该回差大小。#1泵井：主要作用是将城市生活生产所排放的污水经过栅格过滤后提升，使其进 入沉沙井。氧化沟：主要有氧化沟和污泥回流系统组成。氧化沟的功能主要是对来自除砂系 统的污水进行生化处理，其主要设备，有转碟曝气机和潜水搅拌机，转碟曝气机 的转速改变污水中溶解氧的含量，潜水搅拌机的作用是推进水流，使得氧化沟内 的污水和活性污泥充分混合，有利于对污水进行生化处理.污泥回流系统的功能是 通过回流泵将剩余的污泥和使用过的污泥进行处理。#2泵井， 其功能是对氧化沟处里的污水进行物理沉淀 ,使得污泥和清水分离, 对 氧化池中处理过污水的活性污泥进行脱水处理.2.3 控制要求#1和泵井以及氧化沟均设计有PLC控制器，用以控制#1泵井、#2泵井内各2台潜 水泵和氧化沟内2台转刷和1台推流器.同时，在1、泵井内设计有液位检测装置， 用来检测井