1、 毕业设计 题目 :宽城新区污水处理厂中的控制系统设计 专业 .年级： 机制 112 班 学 号： 20110801059 学生姓名：裴希云 指导教师：班立新 年 月 日 目 录 1 、题目及任务来源 . 2 、 设 计 要 求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. 污水处理工艺流程 . 2.2 工艺流程图 . 2.3 对工艺流程的阐述 . 2.4 主要设备的组成及控制方式 . 2.5 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制 . 2.6 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风
2、机房的设备控 制 . 2.7 脱水机房 . 2.7.1 PLC 控制系统 . 2.7.2 网络结构 . 2.7.3 上位机组态功能 . 2.8 系统构成及其布 局 . 3 .0 污水处理中的 P LC . 3.1.1 设计范围 . 3.1.2 PLC 设计综述 . 3.2 PLC 在污水处理中的部分运用 . 3.2.1 中央控制室 . 3.2.2 控制网络系统 . 3.2.3 现场生产过程 PLC 控制系统 . 3.2.4 厂级管理 PLC 系统 . 3.3 PLC 设备及仪表 . 3.4 主要 PLC 设备表及其说明 . 4.0 P LC 设计 . 4.1 PLC 简介 . 4.2 系统的设
3、计步骤 . 4.3 软件部分 . 4.3.1 监控系统的软件部分 . 4.3.2 软件配置 . 4.4 对污水处理系统中一个 PLC 子站的控制程序进行设计 . 5 结 束 语 和 总 结 语 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 参考文献 . 7 致谢 . . 8 附录 . 1 题目及任务来源 题目：宽城新区污水处理厂中的控制系统设计 随着宽城经济飞速发展，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。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
4、分布不均匀，更加重了缺水的实际情况。因此近些来，我国的城市水资源进一步紧张，许多城市严重缺水。与此同时，水资源的污染却日益严重，也因此许多城市都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。 宽城满族自治县污水处理厂位于县城新区西 3.5 公里处，化皮溜子乡三家村、北距承秦公路 500 米。日处理污水 2.5 万吨，峰值日 处 理量 3 万吨 .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。 2 设计要求 2.1. 新区
5、污水厂采用的处理工艺流程 2.1.1 工艺流程图 由于城市污水是工业企业和居民生活所排放的，所以污水中含有大量的有机物，这种污水成为生化污水。生化污水处理工艺是利用微生物的吸附、氧化和分解作用来降解污水中有机物的含量，成为可以沉淀的污泥，从而使净化水质达到规定的排放标准 （见图 1） 。 2.2 对工艺流程的阐述 城市污水依次经过粗 格栅、进水泵房、沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池来实现污水的处理。其中各部分的功能如下： （ 1） 进水泵房用于将污水提升，粗格栅用于除掉污水中大块杂物和污物，进而保护进水泵。 （ 2） 沉砂池的细格栅用于除去污水中的小块杂物，吸砂桥除砂和漂浮油脂，还有砂处理和浮砂
6、油脂处理设备。 （ 3） 初沉池初步除掉水中污泥，用刮泥机收集污泥至初沉池泥泵房。 （ 4） 曝气池（氧化沟）为生化处理区，通过投放回流活性污泥搅拌和曝气供氧，培养微生物大量繁殖，形成更多活性污泥。 （ 5） 二沉池彻底清污水，使泥水分离。 2.3 主要设备的组成及控制方式 表 1 设备参量 序序 设备名称 数量 技术参数 1 污水提升泵 5 1 号泵站： p=100kw， v=380v， I=195A 3 2 号泵站： p=54kw， v=380v， I=102A 6 3 号泵站： p=37kw， v=380v， I=80A 2 粗、细格栅机 8 P=1.5KW,V=380V,I=3.7A
7、3 HV-TURBO 鼓风机 3 P=160KW,V=380V 4 搅拌器 12 P=3.8KW,V=380V,I=7.2A 5 吸刮泥机 8 P=6KW,V=380V,I=9.3A 6 污泥提升泵 3 7 投药泵 2 P=0.63KW,V=220 380Y 8 脱水机 2 P=2.2KW,V=220 380Y 9 电磁流量计 13 OUT:420mA,DN350,DN600,DN1000 10 污泥浓度计 4 4-20mA,0-5000PPM 11 溶氧仪 10 4-20mA,0-5/1 污水处理厂的设备均采用三级控制方式，即现场控制方式、 MCC 控制方式和微机控制方式。目前，以 MCC
8、控制为基础， PLC 控制为主导的控制 方式始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前污水处理厂对自动化的需要。 2.4 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制 粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由 PLC 和上位机实现，它包括微机手动和微机自动，而微机自动控制方式为：（ 1）水位差控制方式，通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅阻塞程度，并传输到 PLC 控制器，进行分析计算。当液位差超过预 设的数值，控制格栅运行；（ 2）时间设置控制
9、方式，在上位机的 INTERACT组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间，经 PLC 控制器的程序运算指挥 MCC 对格栅机进行控制。 2.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制 砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计控制，而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的。 生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都是由微机触发指令通过 PLC 控制。 2.6 脱水机房 脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将 回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务。污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的固体颗粒被凝聚成絮团，并分离出自由
10、水，然后被输送到带式污泥脱水机上，经顶脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水区后形成滤饼排出。 2.7 PLC 控制系统 2.7.1 PLC 控制系统的基本构成及功能 污水处理厂 PLC 控制系统由两台计算机、 8 个现场控制站、工艺仪表、电量变送器构成 .脱水机房。 0工作站 5工作站之间采用 A1SJ71AR21 模块通过同轴电缆通讯。 1#工作站和 2#工作站与厂内主工作 站的距离 4 5 公里，且无人值班，故租用电信公司无源电话专线通过调制解调器和 A1SJ71UC24 通信模块进行泵房设备控制和数据传输。网络控制分布图（如图下 图所示 ） 2.7.2 网络结构 某污水处理厂的自控系
11、统由环形拓扑形式（ ring topology）和星形拓扑形式 (star topology)两种总线网络形式构成。 2.7.3 上位机组态功能 （ 1）控制操作：在中控室里采用 2 台 IBM90 和 INTERACT 组态软件开发的工控程序能对全厂和 2 个污水提升泵站的被控设备进行控制、对各现场控制站 PLC 的参数进行 设定和修改 . （ 2）显示功能：用设计方法生成图形，实时地、集中地显示被测参数所处的变化过程。对全厂工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变化直观地、动态地显示。 （ 3）报表功能：分成年度、月度、日班报表及运行参数报表。如：污水处理量、加药量、耗电量等。 （ 4）
12、打印功能：各种报表的打印，各种事件及报警实时打印。 2.8 系统构成及其布局 根据工艺特点和控制要求，本系统采用分布式集散监控系统，按流程设两个 PLC 分站，分别监控水区和泥区的设备运行和控制，设一个总站集中分站信息并控制分 站工作。具体控制分为 : (1) 各开关柜 (包括 :10kV 进线柜、 0.4kV 进线柜等 )，由“自动 /停止 /手动”转换控制状态，“手动”设启 /停按钮，用于手动操作。 (2) 分站控制，用可编程控制器和工业控制计算机系统等自控设备，自动监控所属范围运行。 (3) 总站主机控制，多为计算机监控管理系统，集中分站信息，进行各种处理，并通过分站统一控制全厂运行，满
13、足工艺测控要求，使全厂运行处于最佳状态，是监控管理的中心。 3 污水处理中的 PLC 3.1.1 设计范围 设计包括厂界内预处理、 生物滤池、污泥处理及附属设施需要检测和控制应提供的仪表和有关 的辅助装置等。 3.1.2 PLC 设计综述 设立三级控制层：设备就地手动、 PLC 子站现场监控和中控室远程监控（如图下图所示）。 3.2 PLC 在污水处理中的部分运用 3.2.1 中央控制室 中央控制室可对整个分控式控制系统进行系统组态管理、系统监测、实时监测、显示、处理、控制各 PLC 子站的状态、通信、数据和信息，完成报警和报表打印。在厂级管理层可以通过 Internet 将结果、效益分析等发
14、往主管局等政府机关（如图下图所示）。 3.2.2 控制网络系统 PLC 控制系统中央控制室与现场 PLC 子站之间采用最先进的控制网络 . 中央控制室与厂级管理层之间采用 100Mdps 的以太通讯网，该网带有 E-mail 功能，能向 mail server 发送用户自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网交换器）或 PLC 可与其他控制网络、现场总线相连。 为保证在供电发生意外时，系统能有足够的反应时间进行应急处理，设计上中央控制室和各子站均设有在线式不间断电源。 过电压保护装置能抑制出现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸收暂态浪涌电压能量，在保障供电连续的 条件下，保障计算机、 PLC 控制子站及其他主要设备免受过电压的干扰和侵害，使用电设备安全正常运行。
