基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

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1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第3頁(yè)基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要近年來(lái),污水處理廠已成為各個(gè)城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。尤其是中小城市,新建或擴(kuò)建污水處理廠已成為當(dāng)?shù)卣纳迫嗣裆钏降念^等大事。隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展、完善,污水處理廠的自動(dòng)化水平也相應(yīng)提高。而PLC控制器以其技術(shù)成熟、通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文介紹了工廠污水處理的基本工藝和流程，并通過(guò)研究設(shè)計(jì)一套基于PLC控制的污水處理方法SBR法。SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge P

2、rocess)是現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的先進(jìn)污水處理方法，此系統(tǒng)主要是采用SBR法對(duì)污水進(jìn)行生物處理，按“進(jìn)水，反應(yīng)（曝氣），沉淀，排水”步驟周期性進(jìn)行生化反應(yīng)。同時(shí)介紹了基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)、工作原理以及設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來(lái)說(shuō)明PLC在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：污水處理；PLC；工藝流程 Sewage Treatment control system design based on the PLCAbstractIn recent years,the sewage treatment plant has become one of t

3、he most important infrastructure in the cityEspecially small and medium-sized city,new or expanded sewage treatment plant has been a priority for local government to improve peoples living standards With the development of automation technology,the development of computer technology,imporve the auto

4、mation level of the sewage treatment plant is also a corresponding increase and with its mature technology of PLC controller,good versatility,high reliability,flexible installation,convenient extension,the ratio of performance to price a series of advantanges,has been more and more widely used in th

5、e industrial control.This paper introduces the basic process of sewage treatment plant and process,and through research and design a set of sewage treatment method-PLC control based on SBR method SBR (Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process) is a kind of advanced sewage treatment method wh

6、ich is used widely now, this system mainly uses SBR to carry on the biological treatment to the sewage, according to “enter water, respond(aeration), precipitation, draining water” the whole period carries on the biochemistry response at the same time introduced the process control system based on P

7、LC sewage and related processes,the basic principles and steps of control system hardware structure and design,working principle and the design of PLC control system,to illustrate the application of PLC in wastewater treatment process.Key words: Sewage disposal,PLC,process flow目錄1 緒 論11.1工業(yè)污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)

8、狀21.2課題的背景21.3研究目的和意義31.4課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容32 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹42.1工業(yè)污水處理基本概念42.2 常用的工業(yè)污水處理工藝42.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述62.4工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式82.5 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求83設(shè)備控制要求103.1 系統(tǒng)構(gòu)成103.2設(shè)備控制原理103.3上位監(jiān)控管理機(jī)103.4 模擬顯示屏113.5 自動(dòng)控制檢測(cè)裝置113.6電氣控制系統(tǒng)114污水處理控制PLC的選型和資源配置124.2 可編程控制器的定義及特點(diǎn)124.3可編程序控制器(PLC)的選擇154.4 S7-300 系列主要組成模塊155污水處理控制

9、系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)和調(diào)試185.1程序的構(gòu)成185.2污水處理項(xiàng)目PLC軟件編制185.2.1硬件組態(tài)185.2.2 軟件編制185.3部分程序及其對(duì)應(yīng)的I/O表215.4程序的下載，安裝和調(diào)試26致 謝28參考文獻(xiàn)29附錄 程序30IV 31 緒 論水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會(huì)生活及生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國(guó)人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個(gè)國(guó)家（參與統(tǒng)計(jì)國(guó)家中），我國(guó)人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國(guó)家。而且我國(guó)水資源時(shí)空分布極不均衡，全國(guó)500多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，

10、人均擁有淡水量?jī)H有240噸。目前全國(guó)600多座城市中，有300多家缺水，其中嚴(yán)重缺水的有108個(gè)，缺水量約為1000萬(wàn)噸/天左右1。令人擔(dān)憂(yōu)的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國(guó)北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢(shì)、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國(guó)急需解決的問(wèn)題。我國(guó)淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求越來(lái)越高。但是我國(guó)工業(yè)用水耗費(fèi)高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國(guó)的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為40%50%。目前全國(guó)城市污廢水的處

11、理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）僅有10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問(wèn)題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無(wú)疑是“雪上加霜”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水質(zhì)污染，我國(guó)已有大約3億人的飲水發(fā)生不安全現(xiàn)象，其中1.9億人的飲水是超標(biāo)水。氣象學(xué)家預(yù)測(cè)，2100年全球變暖加劇，地表將有1/3的面積變?yōu)樯衬菚r(shí)，干旱將威脅全球一半的大陸人類(lèi)的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。眾多跡象表面，水資源的短缺無(wú)疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國(guó)越來(lái)越重視水處理和水的再利用，通

12、過(guò)各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)污水處理過(guò)程中，經(jīng)過(guò)厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來(lái)越高，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過(guò)程中，污水來(lái)源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。1.1工業(yè)污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀我國(guó)工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五”國(guó)家科技攻關(guān)開(kāi)始逐步進(jìn)行研究?！捌呶濉焙汀鞍宋濉惫リP(guān)項(xiàng)目在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，

13、以這些成果為設(shè)計(jì)依據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面，“八五”對(duì)高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究成果己被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠。污水廠污泥處置問(wèn)題在“九五”科技攻關(guān)中受到重視，并配套開(kāi)發(fā)成套的污泥處理。經(jīng)過(guò)“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國(guó)在工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術(shù)上，我國(guó)已能提供下列工藝技術(shù)傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工藝如：SBR法和氧化溝技術(shù)等、酸化水解好氧技術(shù)和多種類(lèi)型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些污水治理技術(shù)已經(jīng)在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標(biāo)志著我國(guó)工業(yè)污水處

14、理事業(yè)發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國(guó)工業(yè)污水處理的工作重點(diǎn)已經(jīng)從工藝技術(shù)的研究轉(zhuǎn)移到具體項(xiàng)目的實(shí)施。國(guó)際上，大規(guī)模的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著50年代經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展帶來(lái)的60年代日益嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開(kāi)的。工業(yè)污水處理設(shè)施中，城市排水管線(xiàn)和工業(yè)污水處理廠的興建和運(yùn)行在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。至70年代末，美國(guó)投入了數(shù)千億美元興建了18000余座城市工業(yè)污水處理廠，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)更耗費(fèi)了巨額資金興建了7000至8000座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的投入對(duì)國(guó)家的水體污染改善起了關(guān)鍵的作用，也為人類(lèi)治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在，這些國(guó)家的工業(yè)污水處理水平又有了

15、進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對(duì)水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大的作用。1.2課題的背景未來(lái)10年，中國(guó)工業(yè)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)投資將超過(guò)2500億元，其中工業(yè)污水處理設(shè)備投入約300億元。采用先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢(shì)下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。對(duì)于環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，國(guó)務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排放標(biāo)。其中處理過(guò)的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國(guó)是一個(gè)水資源匱乏的國(guó)家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺

16、水。所以水資源也是一種保護(hù)。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對(duì)于工業(yè)污水處理非常有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計(jì)量自控檢測(cè)儀表使用、PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。1.3研究目的和意義世界任何國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來(lái)不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來(lái)源之一。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了世界各國(guó)政府的關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織的工作日程。我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，雖然我國(guó)年平均水資源總最為28000 億m2，居世界第6 位，人均水資源量為2220m

17、2，居世界第110 位，已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為世界上13個(gè)缺水國(guó)家之一。目前我國(guó)約300個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有5O個(gè)。據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國(guó)按目前正常需要，年缺水總里約為300 億400 億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)2300 億。超過(guò)洪澇災(zāi)害。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活，嚴(yán)重的影響了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。因此建設(shè)符合我國(guó)國(guó)情的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低工業(yè)污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)和和諧社會(huì)、保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。1.4課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容本系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-300型PLC作為中心控制單元，通過(guò)主程序，遠(yuǎn)程I/O程序，

18、和模擬量輸入程序的結(jié)合，除去水中的雜物，從而使污水得到凈化，達(dá)到污水處理的目的。本系統(tǒng)由“進(jìn)水，反應(yīng)（曝氣），沉淀，排水”步驟周期性進(jìn)行生化反應(yīng)。其中包括的設(shè)備有兩臺(tái)粗格柵除污機(jī)和兩臺(tái)細(xì)格柵除污機(jī)，1# 和2#兩臺(tái)水泵，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾?，潷水器?# 和2#兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。通過(guò)進(jìn)水，反應(yīng)，沉淀，排水四個(gè)步驟使上清液（上面的清液）排除池外，污泥排至儲(chǔ)泥池，從而達(dá)到污水分離的目的。 系統(tǒng)在中央控制室設(shè)有一臺(tái)上位監(jiān)控器，一個(gè)模擬顯示屏。在值班室設(shè)有一個(gè)PLC控制箱，負(fù)責(zé)對(duì)所控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及有關(guān)模擬量的采集工作。監(jiān)控管理機(jī)與PLC通過(guò)通信電纜（屏蔽雙絞線(xiàn)）連接。第17頁(yè)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2

19、工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹2.1工業(yè)污水處理基本概念城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過(guò)工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類(lèi)。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無(wú)機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。好氧有機(jī)污染物的性質(zhì)穩(wěn)定，在微生物的作用下

20、，借助微生物的新陳代謝功能而降解為無(wú)機(jī)物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物。有機(jī)物的種類(lèi)很多，其共性是在微生物的作用下被降解時(shí)，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實(shí)際中，采用以下的幾個(gè)綜合污染指標(biāo)來(lái)表述：生物化學(xué)需氧量或生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand, BOD）mg/L、化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機(jī)碳(Total Organic Carbon) mg/L、總需氧量(Total Oxygen Demand) mg/L。雖然BOD20能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測(cè)定的時(shí)間太長(zhǎng)，需20天?？紤]到

21、好氧分解速率一般在開(kāi)始的幾天最快，在20溫度下，污水五日生化需氧量(BOD5)，約占BOD20的70%80%，因此把BOD5作為衡量污染水的有機(jī)物濃度指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量(COD)的特點(diǎn)是能夠精確的表示污水中有機(jī)物的含量，并且測(cè)定時(shí)間短，但它不能像BOD那樣表示出微生物氧化的有機(jī)物量。2.2 常用的工業(yè)污水處理工藝不同的工業(yè)污水處理對(duì)象，不同的工業(yè)污水處理環(huán)境，將需要有不同的工業(yè)污水處理工藝來(lái)處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時(shí)候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以及實(shí)際的工業(yè)污水處理的環(huán)境。工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學(xué)、物理化學(xué)，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以針對(duì)

22、不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學(xué)處理法。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。（1）傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最古老的工業(yè)污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關(guān)鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關(guān)系框圖如圖2.1所示。曝氣池（微生物吸附有機(jī)物氧化為無(wú)機(jī)物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出圖2.1傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖污水中的有機(jī)物在曝氣池停留的過(guò)程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機(jī)物，并且在曝氣池中被氧化成無(wú)機(jī)物，然后在沉淀池中經(jīng)過(guò)沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：有機(jī)物去除率高，污泥負(fù)荷

23、高，池的容積小，耗電省，運(yùn)行成本低。該工藝的缺點(diǎn)有：普通曝氣池占地多，建設(shè)投資大，滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍小、易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。（2）A/O法。A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A代表Anoxic（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一種缺氧-好氧生物工業(yè)污水處理工藝。該工藝通過(guò)增加好氧池與缺氧池所形成的硝化-反硝化反應(yīng)系統(tǒng)，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化-反硝化反應(yīng)系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對(duì)該工藝提出了更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺點(diǎn)。其工藝流程圖2.2所示。圖2.2 A/O法工藝流

24、程圖（3）A2/O法。A2/O法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A2，即A-A，前一個(gè)A代表Anaerobic（厭氧的），后一個(gè)A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的）。A2/O是一種厭氧缺氧好氧工業(yè)污水處理工藝。A2O法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對(duì)除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對(duì)除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般首選A2/O工藝。其工藝流程圖如圖2.3所示。圖2.3 A2/O法工藝流程圖（4）A/B法。A/B法是吸附生物降解法的簡(jiǎn)稱(chēng)，該工藝沒(méi)有初沉淀，將曝氣池分為高低負(fù)荷兩段，并分別有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負(fù)荷段停留時(shí)間約

25、為2040min，以生物絮凝吸附作用為主，同時(shí)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除BOD達(dá)50%以上。B段與常規(guī)活性污泥法相識(shí)，負(fù)荷較低。AB法中A段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力。B段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。對(duì)于高濃度的工業(yè)污水處理，AB法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時(shí)，優(yōu)勢(shì)最為明顯。但是，AB法污泥產(chǎn)量較大，A段污泥有機(jī)物含量極高，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費(fèi)用。另外，由于A段去除了較多的BOD，造成了碳源不足，難以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝的要求。對(duì)于污水濃度低 的場(chǎng)合，B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)?？傮w而言，AB法工藝較適合于污水

26、濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設(shè)施的大中規(guī)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對(duì)于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。2.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述：污水本設(shè)計(jì)污水處理工藝流程如圖2.4所示。集水池水泵SBR池SBR池鼓風(fēng)機(jī)儲(chǔ)泥池處理后的污水肥料圖2.4 工藝流程圖 污水處理采用SBR污水生物處理工藝，是按“進(jìn)水、反應(yīng)（曝氣等）、沉淀、排水”步驟周期性進(jìn)行生化反應(yīng)。從污水流入開(kāi)始到排水結(jié)束算做一個(gè)周期4。進(jìn)水進(jìn)水閥們打開(kāi)，污水連續(xù)不斷地進(jìn)入集水池，污水通過(guò)粗格柵過(guò)濾，經(jīng)過(guò)水泵，然后細(xì)格柵過(guò)濾到達(dá)SBR池。反應(yīng) 進(jìn)水到一定液位后，停止進(jìn)水，空氣閥門(mén)打開(kāi)，鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)

27、始曝氣，同時(shí)潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾眠\(yùn)行。 沉淀 當(dāng)SBR池停止曝氣以后，空氣閥門(mén)關(guān)閉，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾猛Ｖ惯\(yùn)行，開(kāi)始重力沉淀和泥水分離。 SBR 的沉淀是在理想靜沉條件下進(jìn)行的，沒(méi)有進(jìn)出水流的干擾，可以避免短流和異重流的出現(xiàn)，是一種理想的靜態(tài)沉淀，因此固液分離效果好，容易獲得澄清的出水。剩余污泥含水率低，濃縮污泥含固率可達(dá)到2.5%3%，這為后續(xù)污泥的處置提供了良好的條件。 排水SBR池水位達(dá)到最高水位，并經(jīng)過(guò)沉淀工藝以后，上清液（上面的清液）由潷水器緩慢排出池外。當(dāng)池水位達(dá)到處理周期開(kāi)始時(shí)的最低水位時(shí)，停止?jié)?。剩余污泥泵在潷水器停止運(yùn)行后開(kāi)始運(yùn)行，排泥至儲(chǔ)泥池。2.4工業(yè)污水處理系統(tǒng)

28、控制形式早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類(lèi)控制方法已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制、PLC等控制方。（1）DCS系統(tǒng)。DCS是集散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，又稱(chēng)為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。由計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制站、檢測(cè)站和操作站、控制站等連接起來(lái)，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類(lèi)生產(chǎn)過(guò)程，可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，其主要特點(diǎn)如下：采用分級(jí)分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使

29、系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散，可靠性提高。擴(kuò)展能力較強(qiáng)。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快。（2）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來(lái)的，是基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：可以用計(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。通信協(xié)議公開(kāi)，不同產(chǎn)品可互連。（3）PLC系統(tǒng)。PLC是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱(chēng)，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接

30、PLC，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開(kāi)發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便?？刂乒δ軓?qiáng)。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。本系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-300型PLC作為中心控制單元，通過(guò)主程序，遠(yuǎn)程I/O程序，和模擬量輸入程序的結(jié)合，除去水中的雜物，從而使污水得到凈化，達(dá)到污水處理的目的。2.5 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對(duì)城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過(guò)該系統(tǒng)處理后，輸出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過(guò)了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡(jiǎn)易、

31、高效、低能耗的功能， 并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過(guò)程，采用PLC作為核心控制器是個(gè)較好的方案。3 PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。與各類(lèi)人機(jī)界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶(hù)可通過(guò)操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。由于PLC的CPU強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。 SBR 作為一種新型的廢水處理技術(shù)，在運(yùn)行方式和反應(yīng)過(guò)程上有別于傳統(tǒng)的活性污泥法，它集進(jìn)水、厭氧、好氧、沉淀于一池，可以靈活地變換運(yùn)行方式以適應(yīng)不同類(lèi)型廢水的處理要求。SBR 工藝采用間歇運(yùn)行方式2,污水間歇進(jìn)入處理系統(tǒng)，

32、間歇排出，一般來(lái)說(shuō)，它的一個(gè)運(yùn)行周期包括5 個(gè)階段。第1 階段，進(jìn)水期(Fill)污水在該時(shí)段內(nèi)連續(xù)進(jìn)入處理池，直到達(dá)到最高運(yùn)行液位，并且借助于池底泵的攪動(dòng)，使廢水和池中活性污泥充分混合。此時(shí)活性污泥中菌膠團(tuán)(由細(xì)菌、藻類(lèi)、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等組成) 將對(duì)廢水中的有機(jī)物產(chǎn)生吸附作用。第2 階段，反應(yīng)期(React)，進(jìn)水達(dá)到設(shè)定的液位后,開(kāi)始曝氣，采用推流曝氣或完全混合曝氣方式，使廢水中的有機(jī)物與池中的微生物充分吸收氧氣，水中的溶解氧(DO) 達(dá)到最大值。第3 階段，靜置期(Settle)，既不曝氣也不攪拌，反應(yīng)池處于靜沉狀態(tài)，進(jìn)行高效的泥水分離，隨著水中的溶解氧不斷降低，厭氧反應(yīng)也在進(jìn)行。第

33、4 階段，排水期(Decant)，上清液由潷水器排出。第5 階段，閑置期(Idle)，活性污泥中微生物充分休息恢復(fù)活性，為了保證污泥的活性防止出現(xiàn)污泥老化現(xiàn)象，還須定期排出剩余污泥，為新鮮污泥提供足夠的空間生長(zhǎng)繁殖。2.5.1 SBR工藝污水處理適用性 實(shí)踐證明SBR法是一種處理高濃度有機(jī)污水及工業(yè)污水行之有效且能耗低的生物處理工藝。它具有工藝系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，一池多用，無(wú)須設(shè)污泥回流設(shè)備，建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用都較低等特點(diǎn)。在運(yùn)行時(shí)，對(duì)沖擊負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng)，一般不產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象管理較簡(jiǎn)單；并且具有運(yùn)行方式靈活多變，通過(guò)對(duì)運(yùn)行方式的調(diào)節(jié)，在曝氣池內(nèi)能進(jìn)行脫氮和除磷反應(yīng)，處理水質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。在實(shí)

34、際工作中，當(dāng)處理規(guī)模大時(shí)，需多套SBR池并聯(lián)運(yùn)行，使控制系統(tǒng)及維護(hù)管理趨于復(fù)雜，故SBR法特別適合于一般中、小型規(guī)模，有機(jī)濃度較高、可生化性好的工業(yè)廢水處理，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值53設(shè)備控制要求3.1 系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)在中央控制室設(shè)有一臺(tái)上位監(jiān)控器，一個(gè)模擬顯示屏。在值班室設(shè)有一個(gè)PLC控制箱，負(fù)責(zé)對(duì)所控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及有關(guān)模擬量的采集工作。監(jiān)控管理機(jī)與PLC通過(guò)通信電纜（屏蔽雙絞線(xiàn)）連接。3.2設(shè)備控制原理1）兩臺(tái)粗格柵除污機(jī)，由時(shí)間間隔來(lái)控制其開(kāi)或者停。一般開(kāi)10min，停30min。2）兩臺(tái)水泵，由浮球控制。當(dāng)集水池處于低水位時(shí)，關(guān)閉所有泵；當(dāng)水位較高時(shí)，開(kāi)一臺(tái)水泵；當(dāng)水位高時(shí)開(kāi)兩臺(tái)水泵；

35、當(dāng)水位很高時(shí)發(fā)出警報(bào)。3）兩臺(tái)細(xì)格柵除污機(jī)由時(shí)間間隔來(lái)控制其開(kāi)或者停。一般開(kāi)10min，停30min。4）當(dāng)有一臺(tái)細(xì)格柵除污機(jī)工作時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)滯后10s開(kāi)機(jī)。5）SBR池內(nèi)進(jìn)水閥門(mén)依次開(kāi)啟，當(dāng)1#池水位升到一定液位后關(guān)閉閥門(mén)，然后開(kāi)2#進(jìn)水閥門(mén)，2#水位升到一定液位后關(guān)閥門(mén)，然后開(kāi)3#閥門(mén)，以此類(lèi)推。6）進(jìn)水閥門(mén)關(guān)閉后，空氣閥門(mén)開(kāi)啟，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾猛瑫r(shí)開(kāi)啟，曝氣1h后關(guān)閉空氣閥門(mén)，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾靡搽S之關(guān)閉。7）空氣閥門(mén)關(guān)閉30min后，潷水器開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)SBR池液位達(dá)到一定液位后停止運(yùn)行。8）剩余污泥泵在潷水器停止運(yùn)行后開(kāi)始運(yùn)行，排泥至污泥池。儲(chǔ)水池液位達(dá)到高液位或30min

36、后停止運(yùn)行。9）當(dāng)開(kāi)啟1個(gè)空氣閥門(mén)時(shí)，開(kāi)啟一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，開(kāi)啟2個(gè)或3個(gè)空氣閥門(mén)時(shí)，開(kāi)兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。3.3上位監(jiān)控管理機(jī) PLC將采集SBR池內(nèi)液位，總水量，空氣流量，DO（控制參數(shù)確定曝氣機(jī)的開(kāi)啟時(shí)間）儀等參數(shù)作為控制用外，還通過(guò)通信電纜將參數(shù)傳給上位機(jī)監(jiān)控管理機(jī)，通過(guò)上位監(jiān)控管理機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有關(guān)參數(shù)變化，并保留一段時(shí)間數(shù)據(jù)，形成變化曲線(xiàn)。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報(bào)警，參數(shù)打印等功能。3.4 模擬顯示屏 可以直觀的了解格柵除污機(jī)，水泵，空氣閥門(mén)，潷水器，剩余污泥泵，脫水機(jī)等主要設(shè)備的工作狀態(tài)。3.5 自動(dòng)控制檢測(cè)裝置自動(dòng)控制檢測(cè)裝置利用自動(dòng)檢測(cè)儀表（輸出均為模擬信號(hào)）對(duì)電能、

37、進(jìn)水流量、PH值、溶解氧、氧化還原、回流污泥流量、剩余污泥流量、及水位、水溫等數(shù)值的檢測(cè)。該系統(tǒng)的基本控制思想是：功能和危險(xiǎn)分散，監(jiān)督和管理集中。3.6電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。由于在該系統(tǒng)中需要檢測(cè)較多的數(shù)字輸入量,根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號(hào)，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時(shí)序就需要嚴(yán)格照檢測(cè)信號(hào)的輸入進(jìn)行控制。時(shí)序圖如圖3.1所示。圖3.1工程的時(shí)序圖4污水處理控制PLC的選型和資源配置4.1監(jiān)控系統(tǒng)圖打印機(jī)上位監(jiān)控機(jī)主控PLC模擬顯示屏遠(yuǎn)程I/O水 泵鼓風(fēng)機(jī)液位計(jì)DO儀圖4.1污水處理監(jiān)控系統(tǒng)圖4.2 可編程控制器的定義及特點(diǎn)可編程控制器

38、最初用于邏輯控制，稱(chēng)作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及微處理器的應(yīng)用，可編程控制器的功能不斷擴(kuò)展和完善，早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，具備了模擬量控制、過(guò)程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。由于可編程控制器在不斷發(fā)展，對(duì)它下一個(gè)確切定義比較困難。目前公認(rèn)的是1980年美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA對(duì)它下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來(lái)對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。將其正式命名為可編程控制器（Programmable

39、 Controller），簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的專(zhuān)稱(chēng)PC相區(qū)別，常常把可編程控制器仍簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC6?？删幊炭刂破魇墙⒃谟?jì)算機(jī)技術(shù)和常規(guī)繼電器技術(shù)基礎(chǔ)上的新型工業(yè)控制裝置。它的組成與微機(jī)系統(tǒng)基本相同，但具有比一般計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連的接口，具有更適用于控制要求的編程語(yǔ)言。它采用的不同于計(jì)算機(jī)中斷運(yùn)行方式的掃描技術(shù)，在輸入輸出信號(hào)的順序處理方式上與繼電器控制系統(tǒng)相似，而可編程控制器軟件的優(yōu)勢(shì)是繼電器無(wú)法比擬的?？删幊炭刂破饔布到y(tǒng)是由PLC主機(jī)、功能I/O單元和外部設(shè)備組成，其中PLC主機(jī)由CPU存儲(chǔ)器、基本I/O模塊I/O、擴(kuò)展接口、外設(shè)接口

40、和電源組成。功能I/O單元是可編程控制器系統(tǒng)為擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)和增加功能而設(shè)置的擴(kuò)展部件，與PLC主機(jī)的I/O擴(kuò)展接口相連。可編程控制器的外部通用設(shè)備主要有編程器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等。可編程控制器的軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)程序和用戶(hù)程序兩大部分。系統(tǒng)程序包括管理程序、用戶(hù)指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。用戶(hù)程序是用戶(hù)根據(jù)實(shí)際控制要求，使用可編程控制器生產(chǎn)廠家提供的專(zhuān)門(mén)編程語(yǔ)言而自行編制的應(yīng)用程序?？删幊炭刂破髟诓粩嗟匕l(fā)展，對(duì)它的定義也不是一成不變的。國(guó)際電工委員會(huì)IEC 1987年對(duì)可編程控制器定義如下：“可編程控制器是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,是帶有存儲(chǔ)器、可以編

41、制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)?！笔聦?shí)上，可編程控制器是一種以微處理器為基礎(chǔ)，帶有指令存儲(chǔ)器和輸入輸出接口，綜合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)的新一代工業(yè)控制裝置。7可編程控制器專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用及滿(mǎn)足用戶(hù)需要而設(shè)計(jì)，因此具有以下的顯著特點(diǎn)：1）可靠性高設(shè)備的高可靠性指的是平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）長(zhǎng)和故障平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）短?？删幊炭刂破髟趷毫庸ぷ鳝h(huán)境中

42、應(yīng)用的高可靠性，由以下設(shè)計(jì)得到保證：硬件接線(xiàn)元件少，且采用精選、冗余、集成化、模塊化等措施，使元件壽命長(zhǎng)、故障少、故障易于查找；采用多層次的抗干擾措施，如對(duì)CPU模塊的電磁屏蔽，在電源電路和I/O模塊中設(shè)置濾波電路和在輸入輸出電路中采用信號(hào)光電耦合，使PLC可與強(qiáng)電設(shè)備在同一環(huán)境下可靠工作；因編程簡(jiǎn)單、操作方便而使失誤減少；設(shè)置了掉電保護(hù)、監(jiān)控、報(bào)警、故障檢測(cè)等電路和程序，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障。采取以上措施后，一般可編程控制器的抗干擾能力可達(dá)1000V 1s的窄脈沖的沖擊，平均無(wú)故障工作時(shí)間可高達(dá)510萬(wàn)小時(shí)?？梢?jiàn)PLC具有極高的可靠性，這也是PLC得到用戶(hù)認(rèn)可的首要因素。2）柔性好設(shè)備的柔

43、性是指其在使用過(guò)程中的適應(yīng)性和靈活性。可編程控制器的柔性表現(xiàn)為：由于采用程序控制方式，所以在因產(chǎn)品改型而改變工藝流程或更換生產(chǎn)設(shè)備時(shí)，只需通過(guò)程序的編制和更改即可適應(yīng)生產(chǎn)要求，而不必改變控制裝置。這一柔性特點(diǎn)使PLC成為柔性制造系統(tǒng)FMS中必不可少的控制裝備。模塊式結(jié)構(gòu)具有擴(kuò)展的靈活性，用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際控制要求選用和組合模塊，方便地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、修改和安裝。3）功能強(qiáng)大可編程控制器不但具有開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)通信、中斷控制等完善的功能，還能根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)容量和功能的擴(kuò)展，形成各種專(zhuān)門(mén)的智能控制功能。這是PLC得到各行各業(yè)廣泛應(yīng)用的重要原因。4）使用方便可編程控制器的使用方便表現(xiàn)在以下兩方面

44、：編程方便。PLC提供了多種面向用戶(hù)的編程語(yǔ)言：梯形圖、指令語(yǔ)句表、功能圖等，其中梯形圖語(yǔ)言的表達(dá)方式與繼電器控制系統(tǒng)的電氣線(xiàn)路圖類(lèi)似，極易被工廠電氣技術(shù)人員接受和掌握。這樣，即使不懂計(jì)算機(jī)原理和語(yǔ)言的用戶(hù)，也能使用PLC。操作方便。對(duì)PLC的操作是指程序的輸入和程序的更改，通常采用手持式編程器和個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行。編程器直接或由電纜插入PLC的相應(yīng)插座，程序由鍵盤(pán)輸入并有液晶顯示，可工作在編程、運(yùn)行和監(jiān)控的不同狀態(tài)下，用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和在線(xiàn)修改是非常方便的。通過(guò)PLC廠商提供的編程軟件及通信接口，用戶(hù)還可以使用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)PLC編程，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、測(cè)試、監(jiān)視和控制。5）體積小、功耗低集成電路模塊

45、使可編程控制器達(dá)到小型化或超小型化，使其易于裝入機(jī)械電子設(shè)備內(nèi)部，這是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵。PLC的特點(diǎn)：靈活通用、安全可靠、環(huán)境適應(yīng)性好、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格較高。4.3可編程序控制器(PLC)的選擇S7-300是模塊化中小型 PLC系統(tǒng)，它能滿(mǎn)足中等性能要求的應(yīng)用。大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿(mǎn)足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù), 模塊化，無(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶(hù)掌握等特點(diǎn)使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶(hù)可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)

46、雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。S7-300 具有以下顯著特點(diǎn)： 針對(duì)低性能要求的模塊化中小控制系統(tǒng)；多種檔次的CPU 可以選擇；不同類(lèi)型的擴(kuò)展?？梢赃x擇，可擴(kuò)展多達(dá)32個(gè)模塊；模塊內(nèi)集成背板總線(xiàn)；有MPI 多點(diǎn)接口、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)豐富的網(wǎng)絡(luò)連接模式；可以通過(guò)編程器PG或是直連PC訪問(wèn)所有的模塊；無(wú)插槽限制；易于組態(tài)和設(shè)置參數(shù)。4.4 S7-300 系列主要組成模塊主要模塊有電源、CPU、輸入輸出塊、功能塊和總線(xiàn)通訊模塊，如圖4.2 所示: 圖4.2 S7-300主要組成模塊1）CPU 中央處理器S7-300總共有8種不同的CPU型號(hào)。CPU313、312集成的數(shù)字輸入

47、、輸出的緊湊型CPU，多用于小型設(shè)備；314用于中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序的系統(tǒng)中；315318用于中型規(guī)模的程序和PROFIBUS-DP進(jìn)行分布式配置的設(shè)備。2）IM 接口模塊使用IM360、IM361接口模塊最多可以擴(kuò)展3個(gè)機(jī)架，使一個(gè)傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)最多處理32個(gè)信號(hào)模塊。IM360 插入到CPU 所在的中央機(jī)架CR上；IM361插入到擴(kuò)展機(jī)架ER上。3）開(kāi)關(guān)量輸入DI 模塊 （1）SM321 16 點(diǎn)輸入，24V DC；1330V 為信號(hào)1；-305V為信號(hào)0； （2）SM321 16 點(diǎn)輸入，120V/230V AC；79264V 為信號(hào)1；040V為信號(hào)0。4）開(kāi)關(guān)量

48、輸出DO 模塊 （1）SM322 16 點(diǎn)輸出，24V DC；信號(hào)1 時(shí)輸出L+-0.8V；每通道的最大輸出電流0.5A；阻性負(fù)載的最高輸出頻率100HZ，感性為0.5HZ，帶短路電子保護(hù)； （2）SM322 8 點(diǎn)輸出，繼電器接點(diǎn)；信號(hào)1 時(shí)輸出接點(diǎn)閉合；信號(hào)0 時(shí)輸出接點(diǎn)斷開(kāi)；接點(diǎn)容量8A（230V AC）或5A（24V DC）。5） 模擬量輸入AI 模塊SM331 8 點(diǎn)模擬量輸入；用于電阻測(cè)量時(shí)，為4 點(diǎn)；輸入信號(hào)類(lèi)型： （1）電壓：+-80mV，+-250 mV，+-500 mV，+-2.5V，+-5V，1-5V，+-10V； （2）電流：+-10mA，+-20 mA，0-20 mA

49、，4-20 mA； （3）電阻：150 歐姆，300 歐姆，600 歐姆； （4）熱電偶：E，N，J，K 型； （5）熱電阻：Pt100 標(biāo)準(zhǔn)，Ni100 標(biāo)準(zhǔn)； （6）分辨率：14 位。6）模擬量輸出AO 模塊SM332 4 點(diǎn)模擬量輸出；信號(hào)類(lèi)型： （1）電壓輸出：0-10V；+-10V；1-5V； （2）電流輸出：4-20mA；+-20mA；0-20mA； （3）分辨率：12 位。7）FM 功能模塊： （1）計(jì)數(shù)器模塊：可直接連接增量編碼器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、單向和循環(huán)記數(shù)； （2）步進(jìn)電機(jī)控制模塊：和步進(jìn)電機(jī)配套使用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的定位任務(wù)； （3）PID 控制模塊：實(shí)現(xiàn)溫度、壓力和流量等的閉環(huán)控

50、制。8）通訊處理器: （1）PROFIBUS-DP 處理器CP342-5 ：用于連接SIEMENS S7-300 和PROFIBUS-DP 的主/從的接口模塊，通過(guò)PROFIBUS 簡(jiǎn)單的進(jìn)行配置和編程。 （2）PROFIBUS-FMS 處理器CP343-5 ：用于連接SIEMENS S7-300 和PROFIBUS-FMS 的接口模塊，通過(guò)PROFIBUS 簡(jiǎn)單的進(jìn)行配置和編程。 （3）工業(yè)以太網(wǎng)處理器 CP343-1：用于連接SIEMENS S7-300 和工業(yè)以太網(wǎng)接口42遼寧科技大學(xué)本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)第28頁(yè)5污水處理控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)和調(diào)試5.1程序的構(gòu)成程序主要由以下幾種模式：

51、自動(dòng)模式，手動(dòng)模式，報(bào)警模式等。1）自動(dòng)模式：在這種模式下，PLC將運(yùn)行已經(jīng)設(shè)置好的程序和參數(shù)（適用于一切設(shè)備都工作正常的情況）。2）手動(dòng)模式：此模式主要適用于測(cè)試或出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)（如水泵出現(xiàn)故障，閥門(mén)開(kāi)到位等情況）。本工程中，所有設(shè)備都具有手動(dòng)功能。在手動(dòng)模式下，設(shè)備運(yùn)行不再按照PLC程序運(yùn)行，完全是通過(guò)人的操作來(lái)完成。3）報(bào)警模式：為了確保整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，特設(shè)置了此系統(tǒng)。當(dāng)SBR池水位過(guò)高時(shí)，開(kāi)始報(bào)警，防止SBR池內(nèi)的水溢出池外。5.2污水處理項(xiàng)目PLC軟件編制5.2.1硬件組態(tài)1）建立新項(xiàng)目打開(kāi)STEP7 Manager 程序，選“文件”“新建”,輸入名稱(chēng)“張啟亮 污水處理”,然后按“確

52、認(rèn)”。2）插入PLC站選中 “張啟亮 污水處理”,按右鍵選 “插入新對(duì)象”SIMATIC 300 站點(diǎn),插入一個(gè)站，雙擊 “硬件”，進(jìn)入硬件組態(tài)狀態(tài), 如圖5.3所示5.2.2 軟件編制1）插入S7程序 在PLC站下，一旦選定了CPU模塊，在CPU模塊下自動(dòng)生成“S7 Program”路徑?？梢园l(fā)現(xiàn)S7程序包括這些對(duì)象：用戶(hù)程序（Blocks），源文件(Source)和符號(hào)表(Symbols)，（編寫(xiě)符號(hào)表 如圖 5.4 所示）。在用戶(hù)程序中自動(dòng)插入）OB1塊。2）插入DB塊、FC塊在Block中，選InsertS7 BlockFunction，插入一個(gè)FC塊：雙擊FC塊可用LAD語(yǔ)言編程，然

53、后存盤(pán)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試，開(kāi)始進(jìn)水沉淀排水反應(yīng)時(shí)間未到時(shí)間未到時(shí)間到時(shí)間到高高低低結(jié)束曝氣1小時(shí)SBR池水位集水池水位沉淀半小時(shí)圖5.1 一個(gè)SBR池在一個(gè)周期的流程圖 硬件組態(tài)圖5.3部分程序及其對(duì)應(yīng)的I/O表圖5.2粗格柵除污機(jī)程序段圖圖5.3粗格柵除污機(jī)符號(hào)表圖圖5.4進(jìn)水閥門(mén)程序段圖圖5.5進(jìn)水閥門(mén)符號(hào)表圖圖5.6皮帶運(yùn)輸機(jī)程序段圖圖5.7皮帶運(yùn)輸機(jī)符號(hào)表圖圖5.8總空氣閥程序段圖圖5.9總空氣閥符號(hào)表圖圖5.10集水池液位超高警報(bào)程序段圖5.4程序的下載，安裝和調(diào)試 將各個(gè)輸入/輸出端子和實(shí)際控制系統(tǒng)中的浮球開(kāi)關(guān)，水泵開(kāi)關(guān)，電磁閥門(mén)，聲/光報(bào)警器等正確連接，完成硬件的安裝。 污水處理程序是

54、由S7-300支持的指令完成的，正常工作時(shí)存在Flash EPROM存儲(chǔ)卡中，若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀態(tài)下，上位機(jī)同PLC采用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串口通信，連接方便。運(yùn)行STEP 7編程軟件，打開(kāi)污水處理程序，即可在線(xiàn)調(diào)試?；蛘哂镁幊唐鬟M(jìn)行調(diào)試。結(jié) 論通過(guò)將近半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)，基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。在這過(guò)程中學(xué)到了不少知識(shí)和積累了不少的經(jīng)驗(yàn)，特別對(duì)西門(mén)子S7-300系列PLC有了更深的了解，鍛煉了自己的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力和實(shí)際動(dòng)手能力。在此次設(shè)計(jì)中，污水處理控制系統(tǒng)利用了西門(mén)子系列PLC的特點(diǎn)，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)，水泵，行程開(kāi)關(guān)，遠(yuǎn)程I/O，一些開(kāi)關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)，及其液位，流量等一系列模擬

55、量進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了污水處理的自動(dòng)化。SBR法在污水處理中的廣泛應(yīng)用可以安全可靠地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的工藝流程減少人為因素帶來(lái)的可能事故隱患以及誤差等，保證污水處理效果；同時(shí)可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效益與效率。但本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還存在一些問(wèn)題尚待解決，報(bào)警設(shè)備并沒(méi)有設(shè)計(jì)完善，以浮球來(lái)測(cè)液位的高度還不夠精準(zhǔn)，還需要對(duì)此自動(dòng)控制方法的細(xì)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，才能滿(mǎn)足水處理自動(dòng)化的需求。第42頁(yè)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)致 謝回想這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先要感謝我的指導(dǎo)老師，她在我論文的前期準(zhǔn)備、撰寫(xiě)過(guò)程及收尾階段都給予了很多幫助和指導(dǎo)意見(jiàn)，在我的學(xué)業(yè)和論文中無(wú)不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。她教會(huì)我的學(xué)

56、習(xí)方法和處理問(wèn)題技巧使我受益終身，她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。在此表示衷心感謝。在兩年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了電信學(xué)院許多領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助。在此，向所有關(guān)心和幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專(zhuān)家、教授！參考文獻(xiàn)1 關(guān)業(yè)祥. 中華人民共和國(guó)水利部J. 中國(guó)水資源公報(bào), 1999.12(2):1-2.2 王淑瑩. 論間歇式活性污泥法的自動(dòng)控制J .哈濱建筑工程學(xué)報(bào),1995 ,28 (1):132 1343張培山，鐘昆.基于PLC的工業(yè)污水處理廠自控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)J.控制系統(tǒng),2006,5（1）：82-83.4

57、嚴(yán)煦世.水和廢水技術(shù)研究M. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992.198 - 202.5 李本高,徐振洪.龍軍 工業(yè)水處理技術(shù)M.北京: 中國(guó)石化出版社,2004. 21 - 28.6 求是科技PLC應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)與工程設(shè)計(jì)M人民郵電出版社, 2004，12.7 Roques H. Siemens S7-300 PLC in the Medium and Small City Wastewater Treatment Plant Application :Principles and PracticeM . New York :John Wiley &Sons ,1996. 297 - 300.附錄 程序