1、 西南科技大学 本 12 电气电 2 班毕业生毕业论文 题目 : 基于 s7-300PLC 污水处理系统中的应用 专业班级： 电气自动化 学生姓名： 学号： 2014 年 8 月 29 日 摘要 随着经济建设的快速发展与人口的急剧增长，我国对环境问题也是越来越重视，污染控制指标日益严格。其中污水处理厂的规模也是相对的变大了许多，污水处理厂的管理和设备的控制面临着严峻的考验。集散控制系统运用污水处理中可以大大的提高污水处理的可靠性，以及出水的水质，降低能耗和工人的劳动强度，达到提高经济效益的目的。 根据 SBR 污水处理工艺要求，本文讲了如何实现集散控制系统对污水处理系统各环节的自动控制，其中主
2、要讲了预处理区、粗细格栅、提升泵、沉淀池这几部分的自动控制。该系统选用 S7-300PLC 作为控制设备，把 DCS 系 统用于 SBR工艺。 通过系统软件硬件的设计与调试，进一步实现了用西门子 PLC 对现场设备的自动控制和数据采集功能，能达到设计要求。 关键词 ： DCS 系统， SBR 工艺， S7-300PLC ABSTRACT With the rapid growth of the rapid development and population of economic construction, our country pay more and more attention to
3、 environmental problems, pollution control index of increasingly stringent. The size of the sewage treatment plant is relative larger number, control management and equipment of the sewage treatment plant is facing a severe test. Distributed control system applied in sewage treatment can greatly imp
4、rove the reliability of sewage treatment, and the effluent quality, reduce the energy consumption and labor intensity of workers, improve the economic benefit. According to the SBR sewage treatment process requirements, this paper explained how toealize the automatic control system of the sewage tre
5、atment system, which is mainly about the pre-processing area, thickness grille, lifting pump, automatic control of sedimentation tank of these parts. The system adopted S7-300PLC as the control device, the SBR technology for DCS system. Through the design and debugging of the hardware and software,
6、further realizes automatic control and data acquisition of field devices with Siemens PLC, can meet the design requirements. Keywords: SBR technology, DCS system, S7-300PLC 目录 第一章绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 本课题研究背景与意义： . 1 1.3 国内外污水控制现状： . 2 1.4 国内污水处理分析： . 4 第二章污水处理工艺及主要构筑物 . 5 2.1 水处理概述 . 5 2.2 SBR 污水处理
7、工艺 . 5 2.3 污水处理流程图 . 6 2.4 污水处理主要构筑物 . 7 2.5 污水处理厂集散控制系统 . 8 第三章硬件部分设计 . 11 3.1 PLC 工作原理及特点 . 11 3.2 西门子 S7-300PLC . 12 3.2.1 选用 s7-300 的优势 . 12 3.2.2 s7-300 与 s7-200s7-400 和三菱的比较 . 13 3.3 传感器的选择 . 14 3.3.2 PH 传感器的选择 . 14 3.3.3 DO 仪的选择（含氧量） . 15 3.4 污水处理生产监控系统总体设计 . 15 第四章 PLC程序设计 . 16 4.1 STEP7 软件的
8、介绍 . 16 4.2 预处理区 PLC 控 制程序 . 17 4.2.1 粗格栅 PLC 控制程序 . 17 4.2.2 提升泵 PLC 控制程序 . 18 4.2.3 细格栅 PLC 控制程序 . 20 4.2.4 沉淀池 PLC 控制程序 . 21 4.3 反应池 PLC控制程序 . 24 4.4 污泥处理池 PLC 控制程序 . 27 第五章污水处理的系统 调试 . 30 5.1 STEP7的编程语言 . 30 5.2系统组态 . 30 5.3 用 STEP7 编程软件调试 . 31 5.4 显示仿真 CPU 的 LED指示灯 . 32 5.5 PLC 软 件、硬件的调试 . 错误 !
9、未定义书签。 5.5.1 调试分模拟调试和联机调试 . 32 5.5 结果 . 33 设计小结 . 34 致谢 . 35 参考文献 . 36 附录预处理区 PLC 控制程序 . 37 附录 A 粗栅格 PLC 控制程序 . 37 提升泵 PLC 控制程序 . 42 沉淀池 PLC 控制程序 . 44 附录 B 反应池 PLC 控制程序 . 47 第一章绪论 1.1 概述 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。因此近些年来，我国的城市水资源情况进一步紧张，许多城市严重缺水。与此同时，水资源的污染日益
10、严重，也因此许多城市都规划和建设了污水处理厂，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，我国的污水处理事业则呈现出效率低、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，我国的污水处理厂无疑向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前由于 PLC 在稳定性和高度自动化程度不断加强，使 PLC 成为在城市自动化污水处理方面的首选。应用PLC 技术处理污水的意义污水处理是能源密集 (energy intensity)型的综合技术。一段时期以来 ,由于
11、能耗大、运行费用高等一系列的不便，在一定程度上阻碍了我国城市污水处理厂的建 设 ,建成的一些处理厂也因能耗原因处于停产和半停产状态。在今后相当长的一段时期内 ,能耗问题将成为城市污水处理的瓶颈。能否解决污水厂的能耗问题，合理进行能源分配，已成为决定污水处理厂运行效益好坏的关键因素。能耗是否较低，也是未来新的污水处理厂可行性分析的决定性因素，开发能效较高的污水处理技术，合理设计及运行污水处理厂，必将是未来污水处理厂设计和运行的必由之路。 1.2 本课题研究背景与意义： 随着中国城市化，工业化的迅速发展，水资源的需求也日益增大。首先，水资源的短缺与其过低的利用率正严重的制约着我国城市化的快 速进程
12、。其次，对环境保护要求的日益提高，对工业污水的排放和生活污水的处理都在努力的追赶世界上的发达国家，并争取与国际标准接轨。在次，为了人们健康安全的生活环境，饮用水和生活用水的质量要求也在不断地有所提升。我国的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，污水处理总量也在逐年上升，城镇污水处理率不断提高，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阶段，一方面，中国目前的的污水处 理能力还跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理配套设施建设的严重滞后。另一方面，中国的
13、污水处理率与发达国家相比较，还存在着差距。 1.3 国内外污水控制现状： 我国城市污水处理在建国四十多年来取得是很大的成就，污水处理技术随着水污染控制与环境治理的实践，在吸取国外技术经验的同时，结合我国国情的特点，逐步改进提高，初步形成了一些适用的技术路线，主要如下： a.对传统活性污泥法进行改造或予以取代后的人工生物净化技术路线 b.以自然生物净化为主的人工生物净化与自然生物净化相结合的技术路线； c.以深水扩散排放为 主，处理为辅的技术路线； d.以回用为目标的污水深度处理技术路线，结合该污水处理工程的具体情况分析进行选择。 首先， c 和 d这两种技术路线对于自然环境条件因素要求较高，从
14、而不可取，所以应选 a 和 b 两种路线。尤其是以 b 这种路线应予以推广，因为随着环境状况的日趋严峻，用水问题越发突出，从而对于水的合理使用必将是大家特别重视的课题，所以，下面着重分析以自然生物净化为主与人工生物净化相结合的技术路线和传统活性污泥法进行改造或予以取代后的人工生物净化技术路线。 对于大规模污水处理厂来说，主要指氧化塘处理和土地处理法，它们都具有运行费用低，外加能源消耗少及管理简单的优点，在我国一些城市也被因地制宜的采用。 氧化塘一般分为好氧氧化塘、厌氧氧化塘、兼性氧化塘及曝气氧化塘，它们所需要的停留时间都很大，一般需要几天到几十天，占地面积很大，而且对周围环境卫生的影响较大，需
15、要慎重考虑，所以，在没有低洼地可利用的情况下若购置、占用大量的良田、平地筑塘是相当不经济的，据本工程的情况不宜采用氧化塘处理。 土地处理法，就是按照要对污水达到处理的同时达到对控制渗流污染的要求，有计划的将污 水排放到大面积的土地上下渗，利用土壤的过滤、吸附、分解以及土壤微生物的代谢能力等物理、化学、生物化学等作用，使水达到净化，这种方法有利于污水中水肥资源的利用和土壤微粒结构的改善，但是，这种处理需要广阔的土地面积，而且要注意对地下水的污染问题。在我国人均土地面积不足的情况下，土地处理法必须与污水的灌溉利用和污水土地利用处理还有一定差距。 人工净化就是人为的创造条件，使微生物大量繁殖，提高污
16、水中微生物对水的净化效率，主要包括活性污泥法与生物膜法，其中以活性污泥法采用较为普遍， 是目前国内外城市但是也污水处理的主 体工艺。传统活性污泥法净化已有较丰富的实践经验和技术资料，运行可靠，果好，存在能耗较多和费用高等特有以下特点： a.能可靠的运行并保证水质净化的要求； b.不需要占用大面积的土地； c.处理后污水即可用于灌溉、非灌溉季节排放，又不会造成污染； d.为以后在经济条件可以的情况下，进行三级处理供工业回用打下基础。 而国外的污水处理控制系统的特点： a.采用集散控制系统和现场总线控制系统，按照企业厂区的自身情况和工艺分成很多个控制站，相互之间一般独立运行。并设有能中央控制室，在
17、中央控制室里进行数据记录和分析。 b.在线监测水质和其他因素的传感器被大量采用，实施对水质的实时监控大大的提高了检测精度。 c.处理工艺中还采用了智能控制和通信设备，为监控系统的运行提供相应的调整控制方式和信息。 与国外的污水处理相比较，我国的污水处理自动化起步较晚还有较多的不足： a.大部分以前建造的污水处理厂自动化程度很低，不能很好地实现。 b.我国的在线仪表的稳定性还没达到要求，好需要进一步提高。 c.在使用进口的仪表、级仪器的维护方面存在很多的技术问题。 d.我国的污水处理厂控制系统的监护和通讯功能在硬件及软件方面存在极大的不足，对处理的效率和经济有很大的影响。 1.4 国内污水处理分
18、析： 国内污水处理由于资金成本、环保意识等种种原因。污水处理的现状还是与国外存在很大的差距。主要的处理方法有：活性污泥法（最为普遍）、生物膜法、反渗透法、离子交换法。当然这些方面宗合使用效果更加。以下介绍下最为普遍的活性污泥法： 基本原理 A/O 是 Anoxic/Oxic 的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理， 所以 A/O 法是改进的活性污泥法。 A/O 工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起， A 段 DO 不大于 0.2mg/L，O 段 DO=2 4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮
19、污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的 N或氨基酸中的氨基）游离出氨（ NH3、 NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将 NH3-N（ NH4+）氧化为 HO3-，通过回流控制返回至 A 池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将 NO3-还原为分子态氮（ N2）完成 C、 N、 O在生态中的循环，实现污水无害化处理 第二章污水处理工艺及主要构筑物 2.1 水处理概述 基本概念：简单讲，“
20、水处理”便是通过物理及化学的手段，去除水中一些对生产和生活不需要额的物质的过程。是为了适用于特定的用途而对水进行的沉降及过滤等水质调理的过程。常用的水处理包括：污水处理和应用水处理两种。一般包括一下三级处 理： 一级处理是通过机械处理，如格栅和沉淀，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、铁离子、锰离子、油脂等。 二级处理是生物处理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。 三级处理是污水的深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。可能会根据处理的目标和水质的不同，有的污水处理过程并不是包含上述所有过程。 2.2 SBR 污水处理工艺 SBR 污水处理工艺即
21、序批式活泥法，全称：序列间歇式活性污泥 (Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process),简称 SBR 间歇式活性污泥法污水处理工艺， SBR 工艺。它是近几十年来活性污泥处理系统中较引人注目的一种废水处理工艺。自 20 世纪 80 年代起，国外将此工艺逐步应用与工业化生产。近年来，国内对 SBR 工艺的应用也日益增多。从我国及美国、加拿大等国家的应用情况看，SBR 是一种高效、经济、可靠、管理简便、适合中小水量污水处理的工艺，符合我国国情的活性污泥法，有广阔的应用前景。它是基于以悬浮生长的微生物在好氧条件下对污水中的有机物、氨氮等物污染物进行讲解的废水生物处理活性污泥的工艺。按时序来 间歇抱起方式运行，改变活性污泥生长环境的，被全球广泛认同和采取的污水处理技术。 1.工艺流程 一种具有代表性的 SBR 工艺流程是：通过格栅预处理的废水进入集水井，由潜污泵提升进入 SBR 反应池，采用水流曝气机充氧，处理后的水又排水管排出，剩余污泥静压后，有 SBR 池排入污泥井，污泥作为肥料。
