1、学生姓名： 指导教师： 完成日期：,污水处理自动控制系统的设计（硬件部分）,西安思源学院,论文主要结构： 第一章 绪论 第二章 污水处理系统工艺流程 第三章 电气控制系统方案的选择及硬件设计 第四章 污水处理控制系统程序设计概述,西安思源学院,第一章 绪论,一、课题研究背景 国内污水处理概况: （1）国内水资源分布不平衡，人均占有量少； （2）国内的污水处理能力目前还处于初级阶段，还有很大的发展空间； （3）随着国家对环境保护投入的增加，国内的污水处理能力在不断的提高。 二、课题研究目的和意义 以思源学院污水处理厂为例： 西安思源学院污水处理厂每年可处理各种生活污水近100多万立方米，处理后的
2、中水（再生水）70%用于冲洗厕所、28%用于浇灌绿地、2%用于景观喷泉、清洗道路和建筑施工等。目前的中水利用已占到总用用水量的53%，每立方米中水的制水成本仅为0.8元，比西安市行政事业单位3.85元/立方米的自来水费便宜3.05元/立方米，每年节约资金近300万元人民币。 中水的合理利用，不但解决了学院用水难的矛盾，而且还保护了环境，节省了开支。,西安思源学院,第二章 污水处理系统工艺流程,一、污水处理工艺过程阐述 污水通过进水泵到达粗格栅和清污机排除大块杂质物体，在除砂池中通过细格栅和转鼓清污机除去污水中的细小颗粒物体，在氧化沟系统中进行生化处理，分解污水中的有害物质，对污水进行除油、消毒
3、、调整PH值。转碟曝气机的作用是调节污水中溶解氧的含量，潜水搅拌机的作用是使污水和活性污泥处于剧烈搅拌充分混合接触，使生化反应更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。在沉淀池中通过刮泥机进行物理沉淀，在离心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水。,污水处理系统的工艺流程图,西安思源学院,二、格栅除污系统 格栅除污机主要作用是去除污水中的大块固体杂物，保护后面的设备和设施不受影响。 三、调节池 污水的水量和水质在不断的变化。因此污水处理设备不能在理想的工艺条件下运行，如果问题严重则可能导致设备无法正常工作。为了对水量和水质进行调节，需要设置调节池。 四、SBR反应池 （一）SBR工艺简介 序批
4、式间歇活性污泥法，简称SBR，SBR最大的优点就是用时间分割替代空间分割的操作方式，污水处理的能力大幅度提高。SBR污水处理系统由粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池、水泵、鼓风机和电动阀门等部分组成。,西安思源学院,（二）SBR系统运行阶段： （1）进水。进水就是将污水反应应池，等污水注满后反应开始。 （2）反应。对污水进行曝气或搅拌，除掉BOD、硝化、脱氮除磷。 （3）沉淀。曝气和搅拌停止后，处于静止状态的混合液分离成活性污泥和上清液两部。 （4）排水。经过上一道工序后产生的上清液，作为处理水排放 （5）闲置。完成一个操作周期后等待下一个操作周期开始的阶段，也称待机。,SBR控制系
5、统流程图,西安思源学院,（二）曝气系统 常用三种曝气形式： （1）限制性曝气（污水注入停止后进行曝气）； （2）非限制性曝气（污水注入和曝气同时进行）； （3）半限制性曝气（污水注入的过程中开始曝气）。 采用限制性曝气方式时：能耗最低，冲水期末基质浓度将达到最大值。适用于比较容易降解的污水。 采用限制性曝气或半限制性曝气方式时：氧溶解浓度变大，传递氧的速率也加快，反应的速度加快。适用于比较容易降解的污水。 采用非限制性曝气方式时：会产生好氧反应，基质的浓度会降低，反应的周期也会缩短。适用于污含有有有毒物质或基质浓度较高的的污水。 五、排水系统 本系统采用旋转式滗水器，旋转式滗水器有良好的水力机
6、械性能，使进入出水堰的水流呈层流状态，保持出水量不变。 六、系统所需设备仪表,西安思源学院,（1)液位计 液位计的功能是监测水位的高低。本系统共需6个液位计，格栅前明渠内需要1个液位计，调节池内需要1个液位计，SBR反应池内需要4个液位计。 （2）污泥浓度计 污泥浓度计的功能是监测污水的混浊度。然后再根据检测的结果调整运行时间。 (3) pH 计 PH计的功能是监测污水的酸碱度。主要作用是防止活性污泥中的微生物死亡，达不到预期的结果。本系统选用LP-3000C型pH计（解析度0.01pH，精度度0.05pH）。 (4)溶解氧(DO)仪 溶解氧仪的功能是测量氧在污水中溶解的含量。溶解氧仪在污水处
7、理中极其重要，曝气机鼓风量的调整都要以溶解氧仪的测量结果为依据。 (5)ORP检测仪 ORP检测仪的功能是测量污水中的氧化还原电位。 (6)温度计 温度计的功能是对污水温度进行监测。由于温度对生化反应有影响，因此要对污水的的温度进行检测。,西安思源学院,六、PLC控制系统设计原则与步骤 （一）PLC控制系统的设计遵循原则 (1) 适应发展的需要； (2) 保证PLC控制系统安全可靠； (3) 最大限度地满足被控对象的控制要求； (4) 力求简单、经济、适用及维修方便。 （二）PLC控制系统的设计步骤 (1) 控制要求分析 在设计PLC控制系统之前，要对工艺过程进行分析，了解控制对象和控制要求。
8、 (2) 确定输入/输出设备 了解了被控对象和控制要求后选择相匹配输入设备和输出设备。然后确定PLC的I/O点数分配。 (3) 选择合适的PLC 本课题的PLC选择西门子S7-200系列。,西安思源学院,(4) I/O点数分配 对应将PLC的I/O端子的点数分配给输入/输出设备。 (5) PLC程序设计 了解掌握被控对象和控制要求后进行PLC的编程。第一步把工艺流程分段；第二步分别对每一段要控制的设 备的输入和输出信号进行确认；搞清各段之间的联系；第 三步画出程序流程图，第四步进行程序编制。 (6) 模拟调试 PLC程序编好后，与组态软件相连接（软件部分由谭杰同 学负责），进行模拟调试。 (7
9、) 撰写论文 收集整理有关材料，在导师的指导下撰写论文。,西安思源学院,第三章 电气控制系统方案的选择及硬件设计,一、SBR 污水处理电气控制系统设计要求 (1) 控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口； (2) 执行自动工作方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数； (3) 驱动搅拌机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能； (4) PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明； (5) 为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，如电动机过热保护、控制系统短路保护等； (6) 绘制电气原理图（包括主电路、控制电路、PLC硬件电
10、路）； (7) 选择电器元件、编制元器件目录表； (8) 绘制接线图、电控箱布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等； (9) 采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。,西安思源学院,二、SBR污水处理电气控制系统的总体设计 （一）设计过程 （1）粗格栅除污机。开关各5S，有两个浮球开关，一个浮球开关负责池中污水上限值，池中污水液位达到上限值，水泵1关闭。另一个浮球开关负责池中污水下限值。池中污水液位达到下限值，水泵2关闭； （2）水泵。时间开关和浮球开关同时控制水泵2和水泵3，水泵停止时，粗格栅除污机和细格栅除污机运行，水泵运行时，粗格栅除污机停止运行。当细格栅池中的污水位达到一定的高度是，关
11、闭水泵3； （3）细格栅除污机。开关各5S，有两个浮球开关，一个浮球开关负责池中污水上限值，池中污水液位达到上限值，水泵3关闭。另一个浮球开关负责池中污水下限值。池中污水液位达到下限值，调节阀2关闭； （4）皮带运输机。在本污水处理系统中设置粗格栅除污机工作2S后，粗细格栅除污机公用的皮带运输机开始运行； （5）集水池。有4个浮球开关，主要工作时检测集水池的水位变化。集水池中的污水水位达低时，与集水池连接的所有阀门关闭； (6) SBR反应池。本系统中有4个SBR反应池，水位由浮球开关检测，每个池中2个浮球开关。SBR池中的污水水位达到一定液位后关阀门，4个SBR反应池顺序完成此程序；,西安思
12、源学院,（7）空气阀门、潜水搅拌器、回流污泥泵。4个SBR反应池进水阀门都关闭后，同时开启空气阀门、潜水搅拌器、回流污泥泵。为了污水处理系统的正常运行，需要对水位进行保护设置。具体操作是：达到高水位，停止进水；水位太低，继续进水。空气阀门、潜水搅拌器、回流污泥泵运行一定的时间后同时停止； （8）滗水器。关闭空气阀门5S后，打开滗水器，排出SBR反应池中的上清液，直到液位下降到一定的位置后停止； （9）剩余污泥泵。滗水器停止运行后，剩余污泥泵开始工作，其主要工作是将剩余的污泥运送到储泥池中。储泥池中污水液位达到一定的高度后剩余污泥泵停止工作； （10）鼓风机。鼓风机需要和空气阀门配合工作，打开1
13、个空气阀门的同时打开1台鼓风机，打开2个或3个空气阀门时要打开2台鼓风机； （11）脱水机。按指定要求工作。 （二）控制系统方案设计 (1)交流接触器。交流接触器控制 SBR污水处理系电动机的启、停；,西安思源学院,(2)热继电器。本系统中的电动机的过载保护均由热继电器承担； (3) 液位检测开关。在污水处理系统中，优先选择抗干扰性好、电极耐 腐蚀的液位检测开关； (4) 鼓风机、空气阀。鼓风机的启/停条件是无负债，空气阀要安装在曝气管路上； (5) 电控箱、控制面板。二者的电器板连接选用BVR型铜导线，端子板是连接电控箱和执行装置的工具； (6) 接地。为了提高抗干扰能力，本系统的PLC选用
14、第三种接地方式； (7) 继电器。本系统的PLC的输出选用继电器； (8) 断路器、熔断器。通过短路保护系统的电路，其中，断路器保护主电路，熔断器保护回路、控制回路和PLC的控制回路。 （三）SBR污水处理电气控制系统硬件电路设计 （1）主电路设计 SBR污水处理电气控制系统主电路如下图所示：,西安思源学院,SBR污水处理电气控制系统主电路,西安思源学院,主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制格栅除污机M1、滗水器M2、鼓风机M3、剩余污泥泵M4、回流污泥泵M5；交流接触器KM6、KM7控制潜水搅拌机M6，KM8、KM9控制集水池搅拌机，两个搅拌机通过正、反转完成对污
15、水的搅拌功能。 电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7实现过载保护。熔断器Fu1、Fu2、Fu3、Fu4、Fu5、Fu6、Fu7分别实现各负载回路的短路保护， QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。 （2）交流控制电路设计 SBR污水处理系统交流控制电路如下图所示：,西安思源学院,SBR污水处理系统交流控制电路,西安思源学院,控制电路有电源指示HL,PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，可以配置标准型、变比1：1、容量
16、100VA隔离变压器。 粗细格栅除污机、滗水器1、滗水器2、滗水器3、滗水器4、鼓风机1、鼓风机2、剩余污泥泵1、剩余污泥泵2、剩余污泥泵3、剩余污泥泵4、回流污泥泵1、回流污泥泵2、回流污泥泵3、回流污泥泵4、潜水搅拌机1、潜水搅拌机2、潜水搅拌机3、潜水搅拌机4、集水池搅拌机，都有运行指示灯HL1HL21，由KM1KM9接触器常开辅助触点控制。 几台电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7的过载保护，分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA连接构成过载保护信号，KA还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流2
17、4V信号送入PLC完成过载保护控制功能。 （3）PLC控制电路设计 SBR污水处理系统PLC控制电路原理图如图所示：,西安思源学院,SBR污水处理系统PLC控制电路原理图,西安思源学院,SBR污水处理系统PLC输入接口功能表,SBR污水处理系统PLC输出接口功能如表,西安思源学院,（4）电控箱布置图和配线图、控制面板布置图设计,电控箱电器板元件布置图 电控箱电器面板元件布置图,西安思源学院,一、污水处理控制系统总体概述 污水处理系统要编写的全部子程序如下图所示：,第四章 污水处理控制系统程序设计概述,污水处理系统子程序设计图,西安思源学院,结论,在开始写本论文之前，我先到学校图书馆借阅了很多关
18、于污水处理方面的资料，了解了污水处理的发展、现状、工艺以及很多污水处理厂的信息。 在本文中，我首先对污水处理的的基本状况进行了简单的介绍。接下来，我对污水处理工艺过程进行了阐述，并以SBR污水处理工艺为例，进行了具体的分析和设计。接着，对PLC控制系统的的设计原则和步骤进行了分析。最后，对污水处理系统的主电路和控制电路进行设计，并且按照工艺要求编写主程序梯形图。 我选择了西门子S7-200系列的PLC，S7-200系列的PLC简单实用，操作方便，功能强大。是本控制系统的不二之选。 由于污水处理为滞后系统，实际运行和控制效果可能不会像理论这样完善，还需要进一步对污水处理原理部分进行研究。,西安思源学院,致谢,首先，我想感谢导师李小绵。 本论文是在导师李小绵的指导帮助下创作完成的，在本论文的创作过程中，导师李小绵渊博的学识和严谨的治学态度让我受益匪浅。导师李小绵谦逊无私、朴实真诚和一丝不苟的敬业精神让我很是感动，给我以后的做人做事做了一个很好的榜样。在此，我要再次感谢导师李小绵。 大学四年，要感谢的人还有很多。比如培养我们四年的电气工程及其自动化专业的全体老师和家人。 最后，非常感谢百忙之中抽出时间评阅和参加答辩老师、教授！ 祝愿各位身体健康、工作顺利。,西安思源学院,谢谢观赏,西安思源学院,
