1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 基于 PLC 的水处理控制系统 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 随着水环境的日益恶化，污水处理系统显得越来越重要。目前我国污水处理系统相对落后，比如自动化水平低、安全性不高、污水处理效率低于世 界水平等。所以建立有效的自动控制系统，使得整个污水处理过程以高质量、低成本、稳定可靠的运营方式。 本文主要研究污水处理系统的基本工艺和流程，文章首先介绍了 SBR 污水处理工艺，然后从硬件部分和软件部分两个方面进行阐述。硬件部分主要介绍了PLC 控制系统的硬件结构、工作原理、 I/O 口分配，以
2、及元器件的选择。软件部分主要对 PLC 程序进行解释。最后，设计一套基于 PLC 控制的智能水处理控制系统。 关键词： 污水处理；工艺流程； PLC Abstract With the water environment deteriorating , sewage treatment systems are becoming increasingly outstanding. At present, sewage treatment system in China is relatively backward, such as the low automation level and sec
3、urity standard, treatment efficiency is lower than the world level. Therefore, an effective automatic control system seems to be emergent, which will makes the whole treatment process reach to a high-quality, low cost, stable and reliable operating. This paper mainly studies the basic processes of s
4、ewage treatment system, in the first part, the article introduces the SBR sewage treatment process, and then elaborate the system both from hardware and software aspects with the hardware, it introduces the PLC control systems hardware structure, working principle, I / O port allocation, and compone
5、nt selection. Software concerns the explanation to PLC program. Finally design a intelligent control system for water treatment based on PLC control. Key words: sewage treatment; process; PLC 目 录 1 引言 . - 1 - 2 污水处理概述 . - 2 - 2.1 污水处理基本概念 . - 2 - 2.2 污 水处理的现状 . - 2 - 2.3 污水处理工艺 . - 2 - 2.4 间歇式活性污泥法工
6、艺概述 . - 3 - 3 水处理控制系统设计 . - 4 - 3.1 工艺流程 . - 4 - 3.2 控制系统总体思路 . - 5 - 4 硬件部分设计 . - 6 - 4.1 主电路设计 . - 6 - 4.2 控制电路设计 . - 7 - 4.3 PLC 控制电路设计 . - 8 - 4.4 电气设备选用 . - 10 - 4.4.1 参数计算 . - 10 - 4.4.2 系统元件清单 . - 11 - 5 软件部分设计 . - 13 - 5.1 系统程序流程图设计 . - 13 - 5.2 程序设计 . - 14 - 6 结论 . - 23 - 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考
7、文献 . - 24 - 附录 1 系统程序图 . - 25 - 1 引言 世界上任何国家的经济发展，都伴随着人们生活水平的提高和城市化进程的不断加快。但是相应的淡水资源的需求和消耗也在不断增多。水，作为一种必不可少的资源，长期以来一直被人们误以为是取之不尽、用之不竭的，但这是个错误的观点，水资源是有限的。我国是一个缺水严重的国家，淡水资源总量为 28000亿立方米，占全球水资源的 6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有 2300 立方米，仅为世界平均水平的 1/4、美国的 1/5，在世界上名列121 为，是全球 13 个人均水资源最贫乏的国家之一 1。扣除难以利用的洪水径流
8、和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源则更少，仅为11000 亿立方米，人均占有水资源量为 900 立方米，并且其分布极不均衡。到 20世纪末，全国 600 多座城市中，大约有 400 多座城市存在供水不足的问题，其中比较严重的缺水城市达 110 个 2。据监测，目前我国多数城市地下水受到不同程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我过正在实施的可持续发展战略带来了严重的影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安 全和人民群众的健康。所以工业污水处理工程的实施已经刻不容缓， 建立高度自动化的污水处理站是解
9、决水污染问题的有效途径之一。这使得我国的污水处理厂无疑向着高自动化的方向发展， PLC 成为了其自动控制系统的主要设备。 本文主要论述了污水处理工艺及污水处理系统的组成和 PLC控制系统设计。主要由以下几个方面： （ 1）介绍了污水处理的基本内容，包括污水处理的基本概念，现状，工艺技术，主要介绍了 SBR 法污水处理技术； （ 2）具体分析了硬件系统设计以及软件系统设计； （ 3）对污水控制系统进行软件设计。 2 污水处理概述 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局部处理后的生产污水，往往都排入水循环系统。这些污水中除含有大量的碳水化合物、蛋白质、尿素、肥皂和合成洗
10、涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病、致命的微生物。经处理后的污水，最后出路分为三种：排放水体；灌溉农田；重复使用。 2.2 污水处理的现状 我国解决污水的净化工程开始于二十世纪 70 年代。 80 年代，随着城市化进程的加快和城市水污染问题日益受到重视，城市排水设施建设有了较快的发展。据 2000 年统计，我国城镇污水处理率达到 25%， 2010 年达 到 50%。但是各个地区发展很不平衡，绝大多数小城镇尚未建立污水处理设施 3。 2.3 污水处理工艺 目前我国现有污水处理厂所采用的工艺中，主流主要是各种类型的活性污泥法，占 90%以上，其余采用一级处理、强化一级处理、生物膜法、以及土
11、地处理法等。污水处理实质上是采用各种手段和技术将污水中的污染物质分离出来，或将其转化为无污染物质。现在污水处理技术按作用原理可分为物理法、化学法和生物法。物理法是利用重力分离的方法将污水中呈悬浮状态的固体物质分离出来；化学法是利用化学物质，通过化学反应来分离、回收、去除污水中各 种形态的污染物；生物法即活性污泥法，指采取一定的人工措施，创造微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量繁殖，从而提供微生物氧化、分解有机物的一种技术。生物法主要用于去除废水中呈溶解状态和胶状态的有机物，与物理法和化学法相比，生物法在去除水中有机碳、硫、氮、磷等污染物质方面，有着许多优越之处4-6。 2.4 间歇式活性污泥法
12、工艺概述 间歇式活性污泥法（简称 SBR 法）污水处理技术，是一种简写曝气方式来运行的活性污泥水处理技术，又称序批式活性污泥法 7。 与传统 污水处理工艺 不同， SBR 技术采用时间分割的操作方式 代替 空间分割的操作方式，非稳定生化反应 代替 稳态生化反应，静置理想沉淀 代替 传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序 运行 和间歇操作， SBR 技术的核心 部分 是 SBR 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池， 整个工艺简洁，运行操作可通过自动控制装置完成，管理简单，投资较省 。 SBR 工艺适合当前好氧生化处理工艺的发展趋势，属于简单、高效、低耗的污水处理工艺。 S
13、BR 工艺具有以下 几个特点： （ 1）结构简单，运行灵活，操作管理方便； （ 2）投资省，运行费用低； （ 3）可抑制丝状菌生长，不易发生污泥膨胀，剩余污泥稳定，利于浓缩和脱水； （ 4）系统通过好痒 /厌氧交替运行，能够在除去有机物的同时达到较好的脱氮除磷的效果； （ 5）系统处理构筑物少、布置紧凑、节省占地 8。 SBR 污水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电控阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以简称水池与水箱中的水位。 SBR 污水处理系统示意图如图 2-1 所示。 图 2-1 SBR 污水处理系统示意图
14、3 水处理控制系统设计 3.1 工艺流程 本设计污水处理采用 SBR 污水处理工艺， SBR 工作过程通常包括五个阶段，一次为：进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、排放阶段、闲置阶段。 这个五个阶段都在曝气池内完成 ，从第一次进水开始到底二次进水开始称为一个工作周期。 工艺流程图如图 3-1 所示。 格 栅 除 污 机 污 水 池 S B R 反 应 池污 泥 池压 滤鼓 风 机污 水滤 出 液出 水泥 饼 外 运 填 埋污 泥 回 流 泵图 3-1 工艺流程图 流入本系统的污水首先通过格栅拦截、筛除污水中的悬浮、漂浮物质，然后进入污水池。再由潜污泵输送至 SBR 反应池，空气阀打开，鼓风机启动，开
15、启曝气，通过反应池内活性污泥的作用，使污水得到净化。生化过程中产生的剩余污泥定期排入污泥池，压滤后泥饼外运处理 9。 具体模块介绍： （ 1）格栅除污机 格栅的作用就是截留并去除污水中通常含有的较大颗粒的悬浮物和漂浮物，对水泵机组及后续处理构筑物起保护作用。 （ 2）污水池 在污水池内设有潜污泵，将污水提升到 SBR 池中。潜污泵可以通过控制室的可编程控制器实现远程手动和自动控制。 （ 3） SBR 池 SBR 池是污水处理厂的核心构筑物，污水中大部分的有机污染物在 SBR 池中利用微生 物进行氧化分解，转化为无害的物质。 SBR 池的主要配套设备包括曝气机、污泥泵等。 曝气机主要完成 SBR
16、 池中反映的曝气时间设定。 污泥泵是排放 SBR 池剩余污泥的动力设备，由于 SBR 池本身的特点，剩余污泥产生量很少，污泥泵的使用频率很低。 3.2 控制系统总体思路 污水处理系统的电气控制系统总体框图如图 3-2 所示。 PLC 为整个框图的核心控制器，通过操作面板的输入和各类传感器的输入完成相关的设备的运行、停止。 可 编 程 控 制 器P L C操 作 面 板液 位 传 感 器格 栅 机 定 时 运 行各 类 泵 的 运 行曝 气 反 映 时间 控 制电 动 阀 的 运 行图 3-2 电气控制系统框图 为了完成上述系统 的电气控制，本设计分为硬件部分设计和软件部分设计。 4 硬件部分设
17、计 4.1 主电路设计 主电路主要完成对硬件电路的设计，包括格栅除污机、 1#清水泵、 2#清水泵、曝气机、污泥回流泵和阀门电动机的控制。一般一个设备硬件电路由断路器、熔断器、交流接触器、热继电器和电动机组成。 电气控制系统主电路如图 4-1 所示。 图 4-1 电气控制系统主电路图 （ 1）主电路中交流接触器 KM1、 KM2、 KM3、 KM4、 KM5 分别控制格栅除污机 M1、 1#清水泵 M2， 2#清水泵 M3、曝气风机 M4、污泥回流泵 M5；交流接触器 KM6、 KM7 控制电动阀电动机 M6，通过正反转接线完成开起阀门和关闭阀门的功能。 （ 2）热继电器 FR1、 FR2、 FR3、 FR4、 FR5、 FR6 实现对电动机 M1、 M2、M3、 M4、 M5、 M6 的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护以及其他电气设备发热状态的控制。 （ 3）断路器 QF 俗称自动空气开关，为电源的总开关，是配电网中的主要电器开关之一，它不仅可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流，而且可以接通和分断短路电流。在不频繁操作的配电线路和开关柜（箱）中作为电源开关使用，并对线路、电器设备及电动机等 实行保护，当他们发生严重
