1、 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 基于 PLC 的简易污水处理控制系统设计 摘要 ： 介绍了我国水资源的现状，并介绍了城市污水处理的基本工艺及流程，以及 PLC 在污水处理系统中的应用，总结了用 PLC 控制污水处理系统的优点。 关键词 ： 污水处理； PLC；控制系统；设计； 随着经济的快速发展，我国工、农业污水排放量在逐年加大，水污染成为我国需要解决的重要问题。将自动控制技术应用于污水处理中用来提高污水处理的自动化水平可以有效地解决水污染的问题。在 我国城市的污水处理的电耗为 0.365k Wh/m3、日本为 0.304k Wh/m3、美国为 0.243k Wh/m3，并且我国的
2、工作人员还要比其他国家多，但是污水处理的程度却远比不上这些国家。造成这种结果的原因主要是：污水处理厂管理水平低、自动控制化手段差。因此建设符合我国国情的污水处理控制系统对降低污水处理的成本、改善环境具有重要的意义 1、 2。 我国污水处理厂处理污水的工艺大部分采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法等 3。序批式活性污泥法也叫 SBR。 SBR 工艺是一种操作简单、反应速度快且耗能低的废水处理工艺，其处理过程是一个好氧过程，消耗氧气的速率 与有机物的降解程度有关 4。 常规 SBR工艺流程是由进水、反应、沉淀、出水和闲置等 5 个过程组成。但常规 SBR 工艺不能根据水质变
3、化有效控制反应时间，且反应周期长、速度慢，所以将原有工艺改良成新型 SBR 工艺。针对污水处理过程具有多变量，时变性，非线性等特点，以 DO， ORP， PH 值作为 SBR 法的实时控制参数。以上过程都在反应池内进行，池内设有曝气设备，经过多次反应，达到生化降解的目的。为保证新型 SBR工艺正常运行并对参数进行随时控制与调整，需要有效的自动控制系统和精确的过程仪表，由于 PLC运行可靠、应用灵活便捷， 因此在新型 SBR 工艺中得到广泛应用 5。 PLC 是传统继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点 6。 PLC 集顺序控制和过程
4、控制于一体，具有可靠性高，使用方便、灵活，组网简单的特点，是实现中小规模工业自动化的有力工具。在污水处理中，基于 PLC 的控制系统在实时性、可靠性、精确性等方面满足了设计要求 7、 8。 在污水处理控制系统中，现场 PLC 控制站控制类型主要有两种：第一种是顺序逻辑控制。这种控制通常根据设定的时间周期、工艺参数条件及相互之间的 关系等进行开停或开闭控制，并且在污水处理过程中要用到大量专用的机械设备。第二种是反馈控制。这种控制需要在一定的温度、压力、流量、液位等工艺条件下进行，与其它工艺过程相似 9。污水处理过程中，需要实时地监测各种水质参数以保证准确的运行和及时显示处理结果，所以在系统中涉及
5、到包括温度、 PH、 SS、 COD、2 DO、 NH3 N、污泥浓度、液位、流量、压力等数据。将现场检测到的各种数据输入到 PLC 相应的模拟量输入模块中，这样获得的所有过程参数都可以集中显示，并作为控制参数进行控制。由于污水成分比较复杂，具有腐蚀性， 为了避免直接与污水接触，在测量液位时选用超声波液位计测量，超声波液位计反应速度快，带有总线接口能够远程传送数据到 PLC 上，同时具有实时显示的功能，参数设置简单、操作方便。在污水处理池的进水管和出水管分别安装流量、 SS、 PH(可兼测温度 )、 NH3-N和 COD 传感器，在进水管处测得进水水质参数反馈给 PLC 用于反应控制，在出水管
6、处测得出水水质参数用于监测工艺的运行效果，以防止处理后不合格的水排出 10。 控制系统采用“集中监测管理，分散控制”的方式，采用这种结构可使生产过程中的信息集中管理，实现整体操作、管理和 优化，同时也可分散危险提高系统的可靠性 11。 根据工艺对自动控制的要求，可以把控制系统的功能分为上位机实现和下位机实现。下位机 PLC控制系统的功能实现有 PLC远程手动遥控操作，手动操作和全自动操作三种方式。前两种方式一般只在设备调试或维修时使用，主要以全自动操作方式为主。一般选用中控室 PC计算机作为系统的上位机系统，选用 S7 300型 PLC作为系统的下位机系统。并利用现场总线连接上位机与下位机系统
7、。 PLC下位机系统通过传感器传回来的信号或控制面板的开关信号将各类触发脉冲转换为数字信号。完成对液位信号、污水 流量、水质、 pH值、电机启动和关闭、风机启动和关闭等信号的采集、分析并判断，利用 PLC内部的逻辑运算和分析形成对电机、风机的控制，并按照预设程序实时控制电机的启动和关闭和在不同情况之间的相互切换。保证机组高效的运行。 PLC下位机系统是污水处理系统现场监控的核心，除了信号采集、数据分析、命令控制等功能外，还具备系统故障时的自我检测功能。因此选择 PLC型号应慎之以慎。需要对系统性能的分析，控制系统实际需要的点数，以及考虑到今后扩展的需要，合理选定 PLC型号12 PLC内部单元
8、周期性检测系统中各部件运行情况， 当发现有不合理的数据产生时，就会启动故障报警单元，通过声、光或语音等提示操作人员对相关环节进行检测，并通过自动判别系统初步判断故障类型及对应环节，便于操作人员快速排查故障保证污水处理系统可靠运行 13。 PLC上位机系统的功能主要是提供污水处理过程中的各种数据显示图，系统主要参数和报警信号等，并可通过键盘（或鼠标）直接控制现场设备。以 PC计算机为核心的上位机系统通过现场总线获得下位机 PLC采集的数据信息，并通过可视化界面了解运行情况，并能通过 PC机完成远程控制风机、水泵的启闭。 PLC上位机系统实现了分散 单元的集中控制，它将 PLC处理后的数据通过现场
9、总线进行分享，并利用仿真软件形成人机界面。在计算机屏幕上动态显示系统各部件的运行情况和各种信号参数 14。对于数据的采集，则是利用专用检测仪器实时监测各种生化指标，并将监测数据转换成标准的电信号远程传送到 PLC上，与 PLC中的初始设定值进行比较，通过 PLC运算后，将运算结果送到执行机构，控制各回路执行机构的动作。为了保证系统对工艺参数的要求，采用偏差控制算法来实现对参数的闭环控制。并且用组态软件通过计算机访问 PLC相关的寄存器地址，获得相关设备的状态或3 修改相关 寄存器的数值，对生产过程中的数据进行采集、统计、分析处理，形成生产报表、工艺参数报表、设备运行参数报表、故障报表等多种报表
10、以及参数的趋势图，实现系统的组态管理 15。 通过应用 PLC 实现控制设计，对鼓风机、水泵、行程开关、一些开关量输入 /输出点，及其液位、流量等一些模拟量进行控制，从而实现了污水处理的自动化，保证了污水处理的顺利进行。 不仅达到了现代企业生产综合自动化水平。提高了污水处理的效率和速率。同时节约了大量的人力，节省了单位的污水处理成本。 参考文献： 1冯裕钊 .缺氧变速生物滤池污水处理系统混合 智能控制研究 D.重庆大学博士学位论文， 2005：13. 2牛彦平 ,徐伟朴 ,李景会 .污水处理行业的现状和特征 J.河北建筑工程学院学报， 2004. 3雷乐成 .水处理新技术及工程设计 M.北京化
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