基于PLC的污水处理控制系统设计.doc

1、 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） 洛阳理工学院 2012届大专毕业论文（设计） 论文题目： 基于 PLC的污水处理控制系统设计 学生姓名： 辛玲玲 所在院系： 洛阳理工学院 所学专业： 电气自动化技术 导师姓名： 蒋建虎 完成时间： 2012 年 5 月 19 日 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） 基于 PLC 的污水处理控制系统设计 摘 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，

2、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，

3、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 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） ABSTRACT With the rapid development of community economic PLC ;Process 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） 目 录 前 言 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪 论 . 错误 !未定义书签。 1.1 污水处理的国内外现状 . 错误 !未定义书签。 1.2 课题的背景、目的及意义 .

4、 错误 !未定义书签。 1.3 课题主要设计的内容 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 污水处理控制系统总体介绍 . 错误 !未定义书签。 2.1 污水处理基本概念 . 错误 !未定义书签。 2.2 常用的污水处理工艺 . 错误 !未定义书签。 2.3 本设计系统污 水处理工艺及描述 . 错误 !未定义书签。 2.4 污水处理系统控制形式 . 错误 !未定义书签。 2.5 污水处理系统的功能要求 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 控制系统的整体设计方案 . 错误 !未定义书签。 3.1 控制系统的设备组成及控制方式 . 错误 !未定义书签。 3.1.1 控制系统的设备及组成 . 错误 !

5、未定义书签。 3.1.2 控 制系统的控制方式 . 错误 !未定义书签。 3.2 电气控制方案 . 错误 !未定义书签。 3.2.1 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 设备选型及仪表清单 第 4 章 污水处理系统硬件选型和设计 . 错误 !未定义书签。 4.1 PLC 简介 . 错误 !未定义书签。 4.1.1 PLC 的特点 . 错误 !未定义书签。 4.1.2 PLC 的主要组成及功能 . 错误 !未定义书签。 4.2 系统 PLC 设计 . 错误 !未定义书签。

6、 4.2.1 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 . 错误 !未定义书签。 5.1 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 . 错误 !未定义书签。 5.3.3 构造数据库 . 错误 !未定义书签。 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） 5.3.4 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 . 错误 !未定义书签。 谢 辞 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未

7、定义书签。 英文文献及译文 . 错误 !未定义书签。 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） 前 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

8、，给社会营造一个良好的环境，为人民造福。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

9、，严重缺水。与此同时，水资源的污染却日益严重，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

10、自动化技术、计算机技术、通讯技术融为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。 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） 第 1 章 绪 论 1.1 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

11、而展开的，如英国的泰晤士河和欧洲的莱茵河等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

12、了全自动无人值守控制模式。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。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

13、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。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。 1.2 课题的背景、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，其中工业污水处

14、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，由洛阳理工学 院毕业设计 （论文） 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

15、测仪表使用、 PLC 控制系统技术，将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

16、分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总里约为 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。 1.3 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

17、程； （ 2）介绍了 PLC 的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。 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） 第 2 章 污水处理控制系统总体介绍 2.1 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

18、。 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时，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, BOD） mg/L、化

19、学需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、总有机碳 (Total Organic Carbon) mg/L、总需氧量 (Total Oxygen Demand) mg/L。 虽然 BOD20。能较精确地描述污水的生化需氧量，但其测定的时间太长，需20天。考虑到好氧分解速率一般在开始的几天最快，在 20温度下，污水五日生化需氧量 (BOD5)，约占 BOD20的 70% 80%，因此把 BOD5作为衡量污染水的 有机物浓度指标。化学需氧量 (COD)的特点是能够精确的表示污水中有机物的含量，并且测定时间短，但它不能像 BOD 那样表示出微生物氧化的有机物量。

20、 2.2 常用的污水处理工艺 不同的污水处理对象，不同的污水处理环境，将需要有不同的污水处理工艺来处理。因此，在选择污水处理工艺的时候必需要认真考虑当地污水的情况，以及实际的污水处理的环境。 污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学，以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，污水处理的方法一般以生物处理法为主，辅以物理 处理法和化学处理法。常用的污水处理工艺有以下几种。 洛阳理工学 院毕业设计 （论文） （ 1）传统活性污泥法。传统活性污泥处理法是一种最古老的污水处理工艺，其工业污水处理的关键组成部分为沼气池与沉淀池，主要处理部分关系框图如图2-1

21、 所示。 图 2-1传统活性污泥法工艺流程图 污水中的有机物在曝气池停留的过程中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分有机物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中经过沉淀后的部分活性泥需要回流到曝气池中。该工艺的优点有：有机物去除率高，污泥负荷高，池的容积小，耗电省，运行成本低。该工艺的缺点有：普通曝 气池占地多，建设投资大，满足国家标准相关指标范围小、易产生污泥膨胀现象，磷和氮的去除率低。 （ 2） A/O 法。 A/O 法是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种污水处理工艺，其中 A代表 Anoxic（缺氧的）， O代表 Oxic（好氧的）。 A/O 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 -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 -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 A/O 法工艺流程图 曝气池 （微生物吸附有机物氧化为无机物） 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水排出