基于PLC的生活污水处理系统毕业设计

1、1目录目录 . 1摘要 . 2矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。Abstract . 3聞創沟燴鐺險爱氇谴净。第一章 绪论 . 4残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.1 课题背景 . 5酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.2 课题研究目的与意义 . 5彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1.3 国内外发展现状 . 6謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。1.4 课题主要设计内容 . 7厦礴恳蹒骈時盡继價骚。第二章 生活污水处理控制系统总体介绍 . 7茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2.1 生活污水处理的基本概念 . 7鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2.2 常见的生活污水处理工艺 . 7籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.3 生活污水处理系统控制形式 . 3預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2.

2、4 生活污水处理系统的功能要求 . 3渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。第三章 生活污水处理系统硬件设计 . 4铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3.1 生活污水处理系统的主要组成部分 . 4擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.2 电气控制系统硬件设计 . 6贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.3 PLC 的工作原理 . 8坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。3.4 污水处理系统主电路设计 . 10蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。第四章 生活污水处理系统软件设计 . 15買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。4.1 污水处理系统软件设计总体流程概括 . 15綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。4.2粗、细格栅除污机控制子程序的设计 . 16驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。4.3进水阀门控制子程序的设

3、计 . 18猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。4.4空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵控制子程序的设计 .20锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。4.5滗水器控制子程序的设计 . 20構氽頑黉碩饨荠龈话骛。第五章MCGS 组态软件在本系统中的应用 . 21輒峄陽檉簖疖網儂號泶。5.1 对上位机监控软件的要求 . 21尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。5.2 上位机设计 . 21识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。5.3定义数据对象 . 22凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。5.4主画面的设计 . 24恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。5.5 实时报警 . 27鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。5.6设备与变量连接 . 27硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。5.7程序调试运行及安全机制 . 28

4、阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。结论 . 30氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。致谢 . 31釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。参考文献 . 32怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。2摘要随着社会的快速发展 ,污水处理厂在城市中已经不可或缺。由于现在对环境 的重视 ,各国政府都把建设污水处理厂摆在城市发展的首位，人类对环境的保护 和资源的循环利用的意识也逐步提升。 如今由于自动化和计算机的不断普及与提 升 ,促使污水处理厂的除污水平也相应大步迈进。本文着重就 PLC 技术对污水处 理所提供的技术支持， 进行了详细的说明， 分别从生活污水处理控制系统的工作 原理、自动控制系统的组成与功能、 控制系统的硬件和软件设计、 控制系统的调 试和运行结

5、果，来诠释 PLC 技术在生活污水处理过程中的应用。由于 PLC 技术 的日趋成熟、 模块化集成、 高可靠性、简单灵活、扩展便利、性能价比高等特点， 使其在工业方面得到了越来越多的重视与应用。在采用 PLC 控制系统之后，自 动控制系统的可靠性得到了大力的提升 ,不但减轻了员工的工作强度 ,而且提高 了净污效率，从而使污水处理厂实现效率、效益双丰收。谚辞調担鈧谄动禪泻類。关键词：污水处理； PLC ；3AbstractWith the rapid developme nt of society, the sewage treatme nt pla nt in the cityhas been

6、indispensable. Now that the importanee of the environment , gover nmentsregard the con struct ion of sewage treatme nt pla nts in the first place urba ndevelopme nt , huma n aware ness of en vir onmen tal protecti on and resource recycling also gradually improved. Today, due to the grow ing populari

7、ty and increasingautomation and computers , to promote the level of sewage treatme nt pla nt dec ontam in ati on corresp onding stride . This paper focuses on the tech ni cal support ofPLC tech no logy for wastewater treatme nt provided by a detailed description of thecomposition and function separa

8、tely from the sewage treatme nt works con trolsystem , automatic con trol system , the con trol system hardware and software design, control system commissi oning and operat ing results, to in terpret the PLC tech nology in the sewage treatme nt process . As the PLC tech no logy matures , modularint

9、egration, high reliability, simple and flexible , expanding facilities, and high performanee price ratio , so that in the in dustrial sector is gaining more and more attention andapplication . After the PLC control system , automatic con trol system reliability wasstro ngly improved, not on ly to re

10、duce the inten sity of the work of employees, but alsoimprove the efficie ncy of the net dirt , so that the sewage treatme nt pla nt to achieveefficie ncy, effective ness double harvest嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。4第一章 绪论在我国淡水资源主要集中在南方，北方的淡水资源只占到南方淡水资源的 1/4 。如果忽略掉缺水问题，水污染将大大的制约人类文明的发展。 通过 2001 年 有关研究机构对我国七大水系断面的监测，能够

11、进入自来水厂最低要求的淡水， 也就是三类水质，仅仅占到 29.5%，然而五类水质竟高达 44%。此外，我国地下 水资源污染现象较为普遍， 全国范围内浅层地下水大约就有 50%的地区遭到破坏， 而城市约 1/2 的地下水污染较为严重。伴随着工业发展，大量的企业将污水排到 河流当中， 致使其污染了 80%以上的地下水和地表水。我国的城市供水目前主要 是地表水或地下水， 或者两种水相混合，然而一些地区长期的透支地下水，致使 其区域地下水位严重下降， 最后形成了区域地下水位演变成降落漏斗型。 目前全 国已形成地下水降落漏斗 100 多，而面积达到 15 万平方千米， 一些城市几乎形 成了方圆几百公里的

12、大漏斗，使得海水倒灌数公里。我国是缺水严重国家之一。 淡水资源总储量约为 28000 亿立方米，仅占全球水资源的6%，居世界的第四位， 而人均只有 2300 立方米，约占世界平均水平的 25%，世界排名 121 位，在全球 水资源最贫乏的 13 个国家中，占了一席之地。除去洪水泾流与偏远地区的地下 水资源，我国实际可利用的淡水量少之又少，仅为 11000 亿立方米，然而分到人 均可能只有 900 立方米，悲观的是其分布又极不均衡。 到了 20 世纪末，全国 600 多个城市中，供水不足的城市已有 400 多个，其中较严重缺水城市达 110 个，截 止目前全国城市缺水总量约为 60 亿立方米，然

13、而我国正在实施的可持续发展战 略5在水污染问题上受到了严重影响， 并且水污染严重威胁到了民众健康与饮水安 全。据水利部预测， 2030 年我国人口预计将达到 16 亿，届时每人水资源占有量 只有 1750立方米。如果考虑节约用水，则用水量将从 7000 亿变为 8000 亿立方 米，其供水能力同比从 1300 亿增至 2300 亿立方米， 从而全国实际可用水量将接 近合理用水量上限，从而得出若要水资源开发，难度极大。 如果不加大力度对污 水处理项目贯彻落实，那么我国将会面临无水可用的情况。 然而水污染所产生的 严重后果，高效的净水除污设备呼之欲出。 从这些迹象中表明， 水资源的短缺必 将成为经

14、济可持续发展的瓶颈，所以水处理和水的再利用受到了各国的重视。熒 绐譏钲鏌觶鷹緇機库。如何改进净化设备， 提高净化能力，完善技术手段，成为了实现可持续循环 经济的法宝。 伴随着保护环境的呼声一浪接一浪， 生活污水处理已表现出其严重 性和迫切性， 政府也针对性的对所有公司的污水处理标准划定了红线。 介于污水 成分的复杂性，更高的工艺与控制方式显得尤为重要。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。1.1 课题背景未来 10 年，中国工业污水处理项目工程建设投资将超过 2500 亿元，其中工 业污水处理设备投入约 300 亿元。采用先进、实用的技术改造传统工艺， 在环保 工程中广泛采用先进的自动控制技术， 是推动环保产

15、业升级， 实现环保发展战略 的重要环节。在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的 社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。对于环境保护问题， 国务院明确规定所有工业污染源都必须达到排放标。 其 中处理过的污水还可以循环再利用， 由于我国是一个水资源匮乏的国家， 而且时 空分布上极不均匀， 许多地区和城市严重缺水。 所以水资源也是一种保护。 因此， 从环保、注水等多方面的因素考虑，对于工业污水处理非常有必要。因此，有效 的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、 PLC 控制系统技术， 将为 当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。颖刍莖蛺饽亿顿

16、裊赔泷。1.2 课题研究目的与意义人类在进步， 社会在发展，如今世界上各个国家都在迅速的崛起，然而衡量 一个国家的强大， 首先看如何把经济搞上去， 然而工农业一直是各国发展的基础。 伴随着工农业不计后果的迅速冒进， 随之而来造成了环境的各种污染。 污水的污 染成为了人类污染的重要敌人。由于湖泊、河流的大面积污染， 治理水污染被列 入世界环保组织的工作范畴。水资源的短缺无疑成为各国经济可持续发展的瓶 颈，因此各国相继重视水处理和水利用。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。为保证污水处理能实现可靠的自动控制并兼顾控制技术的先进性与扩展性， 同时能实现低成本高效率， 新一代的污水处理设备呼之欲出。 传统处理厂控制

17、部 分采用继电器控制，控制线路的复杂化，和长时间的工作状态与线路老化问题， 从而使其频繁出现故障。而能同时解决分布广、设备散、控制信息复杂、控制输 入和输出开关量参数居多、模拟量参数少的特点，PLC 控制系统得以出现，以其技术的成熟、 可靠性高、 灵活简单、 模块化、扩展便利、 性价比高等一系列优点，在工业控制中应用越来越广泛， 不仅提高了自动控制的安全性， 而且减轻了劳动 力，提高了净污效率，实现了污水厂生产管理的可持续性和科学能动性。銚銻縵哜 鳗鸿锓謎諏涼。1.3 国内外发展现状国外发展情况国外发达国家由于实现工业化早， 水资源污染积累经验多， 所以对于污水的 处理更为先进。目前荷兰、德国

18、、日本处于世界领先水平。这些国家在研究水处 理的新方法时也相当重视污水处理自控系统的研究。投资更新了高效、智能、 集 约型污水处6理设备和自动化控制仪表。而微电子、通信、 计算机技术的大力发展 提高了水处理控制系统的信息化与智能化， 同时与 PLC 的相互结合，使得核心部 件控制器更大大提高了其可靠性与抗干扰性。最后与其开放的网络通信系统一 起，共同推动着水处理自动化系统的智能化大发展。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。目前国际上比较先进的几种污水处理技术分别是：连续循环曝气系统（CCAS、SPR 高浊度污水处理技术、除磷脱氮功能的多级活性污泥污水处理系 统（BIOLA）、WT-FG 生物法技术、MBF

19、技术、人工湿地系统水质净化技术等。 然而污水处理主要是物理、化学以及生物的结合。目前污水处理以生物法为主， 物理化学为辅。通过发达国家的努力，污水处理率已经达到了80%90%，成功的解决了污水处理问题。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。由于控制技术、 网络通讯和现场总线技术的大力发展， 国外在很久前就已经 实现了计算机控制，如 FCS DCS 系统。同时期国外还引进了 SCADA 技术运用到 给排水中。更加重要的是现在大家都把目光瞄向了 PLC 的开发，相继问世的小型、集成块、智能稳定的控制单元应运而生 . 国外污水处理自控系统主要存在以下特 点：塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。（1）采用集散控制系统和现场控制系统

20、。根据不同厂区的特点划分出不同的控制 基站，站与站之间或独立或联合作业。 特设中控室， 合理高效的记录全厂的数据 管理与报表工作。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。（ 2）通过水质分析仪对水质进行实时监测，提高测量精度。（ 3）智能化切换不同的净污模式，实现高效与节能。国内发展情况我国目前自主研发的设备大部分是依托国外技术进行相关构造的，经过自我 摸索、消化和实践，逐渐在填补国内除污的空白。但目前还有很多不足，总结下 来有 3 点主要问题：仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。（1）污水处理技术落后。我国与同期国外的技术相比依旧差的很远，始终存在着 能耗高、效率低、维修率高、自动化程度低，从而缺少了市场竞争力，和自我完

21、善的基础。同时设备老化严重，好多应该彻底改造。好多设备腐蚀和结垢，严重 影响了生产。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。（2）国内相比较发达国家，经济实力不够，投资少，然而运营成本相比较偏高， 药剂费用居高不下。 而高昂的运营使其入不敷出。 据清华大学紫光顾问公司调查 统计，光是一年国内的运营成本至少要在 170 亿元左右。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。（ 3）水系统发展与提高技术缺乏，例如污泥的无害化处理及综合利用、高含盐 采出水的处理利用。我国工业污水处理技术一直都有攻关项目。 在氧化塘、 土地处理和复合生态系统 下了功夫，依托实践，建立了配套的污水示范工程。在人工处理技术层次，对高 负荷活性污泥、高负荷生物膜

22、、 一体化氧化沟技术进行了深入研究。 其科研以用 于实践。在经历了几年改进之后开始大批量配套整套的净水设备。 目前在水污染 治理技术上，我国已能提供下列工艺技术传统活性污泥法技术、 各种新型活性污 泥工艺如：SBR 法和氧化沟技术等、酸化水解好氧技术和多种类型的稳定塘技术等，这些污水治理技术已经在水体污染、改善水体环境方面发挥了突出的作用。根据未来 10 年的规划，水治理已经被重点列出来，有效的结合最新工艺、计量 自控监测仪和 PLC 控制系统技术，为当前工业污水处理控制系统提供行之有效的 自控方法。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。71.4 课题主要设计内容本文研究设计的主要内容是生活污水处理工艺及组成

23、，基于 PLC 控制系统的设计,其具体内容如下：（1）了解生活污水处理的基本内容，其包括生活污水处理的国内外发展现状以 及生活污水处理的工艺流程；（2）介绍 PLC 的设计原理及步骤，并对生活污水处理控制系统进行设计分析；（3）设计分析生活污水处理系统的硬件设计；（4）设计分析生活污水处理系统的软件设计；（5）生活污水处理系统的调试和运行结果第二章生活污水处理控制系统总体介绍2.1 生活污水处理的基本概念人类生产和生活过程中所产生的污水，是水体污染的主要元凶之一。其主要 部分是洗涤废水和粪便。城市生活中所使用的各类洗涤液和垃圾、污水、粪便等， 多数属于无毒的无机盐类，而生活污水中则含有硫、磷、

24、氮，并且致病细菌多。 在城市里每人每日排出的生活污水量约为 150400L。生活污水中有大量的有机 物，例如纤维素、淀粉、糖类、脂肪和蛋白质等；通常也含有病原菌、病毒和寄 生虫卵；无机盐类则包含氯化物、铝化物、硫酸盐、磷酸盐和钾、钠、钙、铅、 镁等。其中含量最高的分别是氮、硫和磷，然而这些元素在厌氧细菌的作用下， 极易生恶臭类物质。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。普通的污水处理可以根据其物理形态和化学性质进行归类。若按物理形态归 类，污染物质则可分为固体悬浮物、溶解性污染物和胶状污染物。栉缏歐锄棗鈕种鵑 瑶锬。若按化学性质分，则把污水中的污染物质分为无机性物质与有机性物质，而其化学元素就要是以碳、氮、磷

25、为主。生活中水体富营养化的主要原因是大量的氨氮 和磷被人类排放到河流中，而磷正是水体富营养化的罪魁祸首。目前国内大部分 城市污水处理厂采用的都是污水处理工艺，有氧化沟、传统活性污泥法、A2/O等。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。2.2 常见的生活污水处理工艺目前在国内比较主流的污水处理工艺有以下几种：1.强化生物除磷在污水处理的过程中，我国的河流湖泊主要受磷污染，环保局为了降低磷污 染，针对磷元素制定了严格的排放标准。以除去有机物和磷元素为主的化学法强 化生物除磷工艺，在此时崭露头角。此工艺通过化学除磷和生物除磷的方法， 利 用厌氧环境消化生物系统中的有机酸， 作为聚磷菌生长的培养物，使聚磷菌在活2性污

26、泥中迅速的繁殖，使其又回流到生态系统中，从而使除磷功能发挥到极致。 这种高效的市政除污工艺技术，满足了我国现阶段的需求。峴扬爛滾澗辐滠兴渙藺。2. 循环间歇曝气我国目前还处于发展中国家，资金在处理污水方面还差的很远。如何合理规 范的利用有限资金，且能减少污染，是国家最头疼的事情。循环间歇曝气除污工 艺充分发挥了高负荷氧化沟高效处理的优点， 且充分利用了序批式活性污泥处理 工艺过滤水好的特性，保证了处理污水的质量。其良好的低成本运营，与除污能 力是适合我国现阶段的工艺要求。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。3. 连续循环曝气连续循环曝气（CCA$是一种连续进水式的曝气装置。 其主要是采用间歇式 连续进水，周

27、期性排水，延时曝气的好氧活性污泥处理工艺。 1986 年被美国环 保局正式承认为目前最先进的电脑控制的生物脱氮、除磷处理工艺。则鯤愜韋瘓賈晖 园栋泷。CCAST 艺处理污水初期能力不高，主要是由粗细格栅和沉淀池来完成。其核心 处理是CCA 阪应池，通过有效的除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等完成出水 任务。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。经过初期处理的污水被排放到预反应池内， 在该池内污水被活性污泥中的微生物 吸附一起从主、预反应区隔墙下缓慢流进反应区。通过曝气、沉淀、排除周期性 运行，从而使污水在“好氧-缺氧”的中反复完成脱氮、除磷。最终由计算机集 中控制，每个过程通过相应设备预先编排运行。、鳃躋峽祷紉

28、诵帮废掃減。SPR 处理SPR 亏水处理通过化学方法让污染物从溶液中析出， 使之成为微小的悬浮颗粒和小胶粒；接着用高效吸附剂把有机污染物等从污水中分离出来；然后采用物 理方法把污水中的胶粒与悬浮颗粒聚集在一起变成大絮块；再使用分离净化器把絮块与水分离；最后通过悬浮泥层沉淀过滤，达到出水标准实现净水的目的； 最 后剩下的污泥通过压缩减少其含水率，制成泥饼制造人行道砖块，实现环保利用， 从而避免了二次污染。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。典型的生活污水处理完整工艺如下图 1 所示:3（1） 现场总线控制系统。 该系统通过对 DCS 和 PLC 的改进， 得出自动化控 制。该系统按照公开、规范的通信协议在智能

29、设备之间，通过通信协议，运用智能设备与计算机的数据链接与传递， 从而实现了控制与管理。优点表现为：丰富 的硬、软件搭配，使计算机能快速反应，具有良好的实时性，公开的通讯协议实 现了不同产品的互相连接。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。（2） DCSS统。DCS 被叫做分布式计算机控制，业界简称为分散控制系统。其包含了信号处理、测量监控、通信网络与计算机操作。它通过过程控制级和过 程监控级构成的以通信网络为桥梁的多级计算机控制系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，其优点是实现了分散控制的需求， 通过集中操作，分级分层 的管理，又由于配置灵活并且其扩展能力强， 组态方便，软硬件资源丰富等一系 列特点，使

30、其运用颇多。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。（3） PLC系统。 PLC也就是可编程逻辑控制器,其就是一种可编程的存储器， 它不但实现了其控制系统的的需求，通过内部存储程序与执行逻辑运算，定时向 用户发布指令，并通过模拟式控制各类型的机械或生产过程。作为系统控制器， 通过与上位机的连接，从而进行实时监控。其功能特点是：编程简单、性能价格 比高、适应性强、可靠性高、调试工作量少、维修方便、模块化结构和开发周期 短等特点。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。2.4 生活污水处理系统的功能要求长期以来，生活污水处理系统的功能就是净化城市用水，使生活用水达到国家标准。虽然污水处理技术水平在不断发展，但是还是赶不上城市的发展需

31、求。4资金短缺和设备运行率低严重的阻碍了城市的发展。为了实现高效率、低耗能、 简单化的需求，而且能实现自动控制的要求，我们把目标定在了可编程逻辑控制 器上，显然 PLC 是个更好的选择。謾饱兗争詣繚鮐癞别濾。PLC 以其简单的设计和可靠的性能，使整个污水处理过程变得轻松。适应性 强和维修的便利性更是实现了高效运行的特点。 凭借上机位与计算机的结合，实 现了远程的实时监控，由于 PLC 的集成化设计，让整个系统配上了一个强劲的大 脑，其中强大的网络覆盖面和通信网的形成，令污水处理系统的数据连接成为可 能。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。针对于 PLC 的功能要求，目前涉及到两个方面，控制信号输入和控制信号

32、输 出。PLC 的控制信号输入主要包括按钮的输入、浮球的高液位输入、浮球的低液 位输入、PH 的输入。其中按钮包括总开关按钮、粗细格栅除污机按钮、剩余污 泥泵按钮、鼓风机按钮、滗水器按钮、进水阀门按钮、空气阀门按钮、潜水搅拌 机按钮、回流污泥泵按钮。浮球高低液位输入则控制着空气阀门、潜水搅拌机和 回流污泥泵的启动与停止。PLC 的信号输出则是控制各设备的接触器。莹谐龌蕲賞组 靄绉嚴减。第三章生活污水处理系统硬件设计3.1 生活污水处理系统的主要组成部分本文所研究的污水处理流程如图2 所示泥饼外污泥脱- 浓缩池送水粗、细格栅除污池格栅除污机就是通过物理手段将固体和液体分离的一种除污机机械。它的工

33、作原理就是一种连续自动拦截水中固体的专业设施。而除渣就是由格栅完成。麸 肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。粗细格栅池内的粗细格栅是由不锈钢制成， 并且进行了酸洗纯化处理。该设 备一般是污水处理的第一步，将其横在污水主通道上，由于其特殊的耙齿结构， 截留下漂浮的固体，例如矿泉水瓶、泡沫板、塑料袋之类的生活垃圾。其主要目 的就是防止这进水粗进细沉S滗格水格砂B水栅-M系栅池 R器间统间池消毒_池出水5些固体堵塞到污水处理其余深加工的设备。通过粗细格栅的双层过 滤，并且合理的控制其污水流动速度， 进而满足初步的除污能力。该除污机的工 作原理是让电动机驱使耙齿链与水流方向做反向运动，通过运动使每个耙齿之间产生作用力

34、，进而达到清理目的。同时依靠清扫器把黏在耙齿的杂物清理干净。 最后针对该格栅池设置反馈模块，由浮球来检测格栅池水位，如果超过临界值则 通过传感器反馈到报警装置，从而发出警报。基于上机位良好的检测能力，实现 安全生产。納畴鳗吶員E禎銣腻鰲锬。调节池由于人们生活的规律不尽相同，所以对于生活污水的排放也存在不确定 性。出水的时段也不尽相同，由于所有污水要经由污水厂处理， 所以必须设置 一个缓冲地带，也就是调节池。有了调节池就可以控制污水量，进入规范流速， 正常运行。调节池的设立也是一个预留的防止突发事件发生的必要设置。该池设置液位检测设备，避免污水溢出。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。SBR 反应池池SBR

35、反应池集齐了初步沉淀、生物降解、二次沉淀，并且运用到了污泥回流 系统，利用间歇曝气的方法来实现活性污泥处理。该池有曝气机， 当设置好时间 区段， 则 PLC实现对曝气机的自动化控制。最后通过沉淀下来的污泥经过压缩处 理，会得到大量的沼气和环保地砖，避免了二次污染。灭暧骇諗鋅猎輛觏馊藹。在 SBR 反应池中，其过程包括进水（进水泵工作）、曝气（空气阀门工作）、 沉淀（污泥泵工作）、排水（排水泵工作）。从进水泵开始工作到排水泵结束为一 个完整的周期。其中通过生化反应达到脱磷、脱氮和脱氨等化学元素。运用SBR反应池可以提高生化反应效率，反应池内好氧、厌氧的轮换交替从而提高了净化 效果，并且该池运行稳

36、定，在静止沉淀用时少，出水好。简单的构造与处理设备 使其操作更加方便，并且组合式的延展性，也可以扩大规模。由于反应池的 DO BOD 談度不同，所以有效的控制了活性污泥的膨胀。最后该工艺设备价格便宜， 且布置紧凑。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。除盐池经过 SBF 反应池处理过的污水，如果不经过除盐处理，那么水体中的盐含量 就会升高，当盐浓度越来越高的时候，那么水体中的生物就会因为细胞水分流失 过多而脱水死亡。长此以往那么水体中的生物就会因为改变生存环境， 而导致灭 绝和死亡。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。在该池中一般配备有余氯仪，该仪器就是专门检测水中的盐类物质。 如果池 中的盐浓度到达高临界点的时候，系统将

37、控制阀门关闭，并且通过相关膜处理来 除去反应池中的盐类物质。如果池中的盐浓度到达低临界点的时候， 则直接排入 干净的水池中。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。除盐池之间还设立了不同的区域，每个区域安装一个半透膜，这样既是为了防止膜两边的压力差致使膜破裂，也是为了提高效率，节约成本。锬減。夹覡闾辁駁档驀迁63.2 电气控制系统硬件设计3.2.1 生活污水处理的电气控制系统设计要求针对于该系统控制一般分为手动控制和自动控制。如果当自动控制不能正常运行或针对于特定系统需要独立运行时，就可以采取手动控制。而自动控制可以由操作人员远程控制实现对整个系统的运作状态实施监控。自动控制由强大的 PLC 程序调控，手动控制

38、则是由操作员工直接在控制按钮上操作。对此就污水处 理的电气控制系统设计有以下几点：视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。(1)由于对控制系统要求高的特点，本设计采用可编程逻辑控制器 PLC 作为本控 制系统的核心，同时完成 PLC 的选型并做好 I/O 接口。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。(2)按照该程序的工艺要求，针对其参数进行编辑，使其能自动完成任务。(3)由于要控制搅拌机的双向运转，所以必须在PLC 控制中添加互锁。(4)根据 PLC 的工作要求，完成基本的设计思路，并且保证图文并茂。(5)设备之间必须加装保护装置，减少安全隐患。(6)寻找合适的电器元件，并且设计编排元件目录表。针对设计绘制控制系统框图，完成

39、PLC 接线图、主硬件电路图、控制电路图、 状态流程图等。(8)完成主控板和电控箱的排布图，以及各种配线图。(9)最后用 PLC 主控程序完成控制系统仿真图和各程序的梯形图。3.2.2 控制系统总体框图作为核心控件 PLC，不但要检测各种传感器的输入，还要完成控制面板的输 入操作命令，从而完成对各类阀门、泵等相关设备控制，使其能稳定运行、调整 和终止的控制。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。图 3电气控制系统框图73.2.3 工作过程在注水的时候用搅拌机在水下进行操作，进水阀门的开启与关闭完全由浮球来 控制，然后到达曝气阶段的时候，分别根据生化反应来控制曝气时间。 最后整个 系统从注水开始直到滗水器完成工

40、作把水排出作为一个完整的周期。其具体操作女口下：騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。1. 上一组 SBR 池排水之后，则新的周期开始。开始往池中注水，通过浮球对液面的监控来控制进水的频率与大小， 整个过程都是通过液位来控制，所以进水的 时间会不停变换。通过粗细格栅除污机的筛选，将初步滤出的污水注入调节池中。 其中用液位计实时监控液位，当细格栅井液位达到高位临界点时，停止注水泵， 相反若为低液位临界点，水泵进水开启。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。2. 调节池中，通过闲置沉淀，从中观察废水的状态与变化程度。经过实践，发现闲置期是不断变化的，正是对于该池的调整，从中得出合理的 SBR 池进出规律， 一方面让该作业正常运作

41、，另一方面控制了不同时段的污水量，同时再配合液位 计，反馈控制进水量。镞锊过润启婭澗骆讕濾。3. 进水阀门停止后，空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵同时开启并运行，然后开始曝气，在曝气 0.8 个小时后，则可以关闭空气阀门。污泥沉淀下来的时间由 污泥沉降性能及混合液污泥浓度决定，其沉淀下来即为曝气结束的时刻。接着在 反应池内污水被沉淀下来，通过计算回流污泥泵运行大概 30min，直到排出污泥 最后滗水器通过液位计的浮球反馈， 从而决定关闭，滗水器的排水时间则是由其 性能决定。当反应池开始排水时，低位排水结束，水直接排进除盐池。当除盐池 的污水达到最高临界值时，排水结束。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。4.

42、池中由余氯仪检测浓度，低浓度时排水电磁阀开始排水，高浓度时停止排水。除盐池里面有余氯仪检测设备，通过检测水中浓度来控制排水，低浓度排水， 高浓度停止排水。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。3.3 PLC 的工作原理PLC 般是按照周期性循环扫描的工作方式运行的。该工作方式可以有效 的避免线路繁杂出现的问题，并且有效的防止各触点相互影响。当 PLC 运行时, 按照原先编排8好的存储程序，通过 CPU 按照指令一步一步的周期性循环扫描。 每当进行一次扫描，CPU 都要完成输入信号的采集与输出状态的刷新。也就是 说 PLC 的扫描周期必须要输入采样、执行程序和输出刷新这三个阶段。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。3.3.1

43、 循环扫描技术PLC 的循环扫描周期分为以下三种阶段：PLC 的输入采样阶段：首先先进行 PLC 的自我检测，然后与 CPU 按顺序 逐个扫描并读取信号数据，并调取临时存在于锁存器的输入端子，完成对该端子 的通断状态，并读取输入数据。最后完成刷新后的输入米集存入输入存储单兀，并关闭输入端口。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。PLC 的程序执行阶段：PLC 按照操作指令逐个扫描，分层次分梯度逐步提取，且严格执行每一条指令，自行完成继电器、计数器、寄存器的状态与数据， 进行运算与逻辑处理，最后将结果写入输出存储器。输出存储器的各种指令，也 会随着程序的改变而改变，而信号状态与数据会保持一致。劇妆诨貰攖苹埘呂仑

44、庙。PLC 用输出刷新阶段： 在全部指令执行完后， 输出寄存器将会把是否通断的 状态发送到输出锁存器上， 再由该执行器通过合适的方式输出， 最后达到控制驱 动相应的外部设备。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。扫描周期 T=自检时间+读入时间*输入点数+程序步数*运算速度+输出时间 输出点数3.3.2 PLC 的输入 /输出响应时间PLC 输入/输出滞后的时间又称其为系统响应时间，是指由可编程逻辑控制 器输入信号， 从产生变化的时刻开始， 直到其控制的相关输出信号发生改变所需 要的时间。系统的响应时间分别包括扫描滞后时间、 输出滞后时间、 输入滤波时 间。鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。PLC 的 I/O 响应时间比

45、一般微型计算机构成的工业控制系统都满的多， 其响 应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。穑釓虚绺滟鳗絲 懷紓泺。9输入电路滤波时间， 它由 RC 滤波电路的时间常数决定。 改变时间常数可调 整输入延迟时间。输出电路的滞后时间， 它与输出电路的输出方式有关。 继电器输出方式的滞 后时间为 10ms 左右，双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为 1ms， 切断负载时滞后时间小于 10ms ，晶体管输出方式的滞后时间小于 1ms 。隶誆荧鉴 獫纲鴣攣駘賽。PLC 的响应时间很短，通过反应时间我们可以大概估算出一个范围，一般从 新的输入信号扫描到下一个周期为最短的相应时间，

46、 由于输入输出都有延迟， 所 以略大于一个周期。由于扫描的工作方式，最多可能也会达到两个多扫描周期。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。3.3.3PLC 选型根据该系统的需要， 既要满足处理快捷， 又要满足可延展性， 并且有特殊的 单个模块需求， 日本的三菱公司的产品值得我们考虑。 其 FX2N 系列，能满足该 系统多个接入点。 由于该系统比较复杂， 还要考虑到其的经济适用性和可靠安全 的问题，并且保持较高的性能， 故选择该公司 FX2N-48MR 型号。 由于生活污水10处理系统有很多输出输入数字量化的端口， 还要通过模拟量满足其功能要求，模 块化组件的连接与模拟，使得对于 PLC 的要求非常高。然而 F

47、X2N-48MR 正好 满足这些要求，其的多样化使之成为生活污水处理系统中的核心部件。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。3.4 污水处理系统主电路设计3.4.1 电气控制系统主电路设计生活污水处理系统主电路如图 4 所示搭酬活机勒赴檢污鹿回丽蘇葩榭揪财池鮒图 4主电路回路中各交流接触器、电动机和各电器之间的关系如图5 所 示 。 同 时 集 水 池 两 个 搅 拌机分别做正向和反向搅拌。惬執缉蘿绅颀阳灣愴鍵。交流接触器电动机电器名称KM1M1格栅除污机KM2M2滗水器KM3M3鼓风机KM4M4剩余污泥泵KM5M5回流污泥泵KM6 KM7M6潜水搅拌机KM8 KM9M7集水搅拌机电动机与热继电器的过载保护如

48、图6 所示，同时 QF 作为总电源开关，不但实现了主电路保护，且每个熔断器也分别对各回路实现了短路保护。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。电动机热继电器（过载保护）熔断器（短路保护）M1FR1Fu1M2FR2Fu211M3FR3Fu312M4FR4Fu4M5FR5Fu5M6FR6Fu6M7FR7Fu7342 交流控制电路设计生活污水处理系统交流控制电路如图7 所示图 7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。嚌鳍级厨胀鑲铟礦毁蕲。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100VA 隔离变压器。粗细格栅除污机、滗水器 1

49、、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220Z2-2!8 -I_21电源指示粗格栅除污机细格栅除污机鼓风机1鼓风机2滗水器_滗水器启滗水器.滗水器剩余污泥泵剩余污泥泵 剩余污泥泵剩余污泥泵潜水搅拌机正转潜水搅拌机反转集水池搅拌机正转集水池搅拌机反转-回流污泥泵7祁回流污泥泵-回流污泥泵1丄回流污泥泵过载保护Fl_?rr：r隨旬1-2*I3-1 .：,i3-22-1FI.9-14-1!4-3：4-464-2I.2-3L-r2-4I 5-413泵 1、回流污泥泵 2、回流污泥泵 3、回流污泥泵 4、潜水

50、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 HL1 HL21 , 由 KM1 KM9 接触器常开辅助触点控制。薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。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KA1 连接构成过载保护信号，KA1 还起到电压转换的作用，将 220V 交流信号转换成直流 24V 信号送入 PLC 完成过载保护控制功能。濼。3.4.3 搅拌机电路的设计在集水池中要用到搅拌机，主要实现的功能是使集水池的污水中所含物质分 布均

51、匀，以便 PH 检测传感器能够正确的检测到水池中污水的PH 值。繯轅赛。搅拌机电路如图 3-3 所示。图 3-3 搅拌机电路3.4.4 PLC 控制电路设计包括 PLC 硬件结构配置及 PLC 控制原理电路设计。硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载 的性质等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（ I/O ）数量；确定所控制 参数的精度及类型，如：对开关量的控制、用户程序存储器的存储容量等；选择 适合的 PLC 机型及外设，完成 PLC 硬件结构配置。根据上述硬件选型及工艺要求，绘制 PLC 控制电路原理图，绘制 PLC 控制电 路，编制 I/O 接口功能表。图

52、 3-4 为 SBR 污水处理系统 PLC 控制电路原理图。烴 毙潜籬賢擔視蠶贲粵。QF14图 3-4SBR 废水处理系统 PLC 控制电路原理图鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。PLC 输入回路中，信号电源由 PLC 本身的 24V 直流电源提供，所有输入 COM 端短接后接入 PLC 电源 DC24V 的（+ ）端。输入口如果有有源信号装置，需要 考虑信号装置的电源等级和容量，最好不要使用 PLC 自身的 24V 直流电源，以 防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。PLC 采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为 AC250V，2A。表 1 和表 2 分别为 SBR 污水处

53、理系统 PLC 输入和输出接口功能表。表 1 数字量输入地址分配表X0总开关开启X1总开关停止X2SQ16X3SQ17016SQH知kitiWLTltaWhMLT鵬猿擁刪LTlOC热桩制LTlOd胸阳粗T血阙2闕：BK池禅球LT 2 Ob高谶也3#诙K池禅球LT20u髙嫩枝4昨盹池禅tLT20J高馥位1粥仍池泮球LT2血低燕橙爵强K池禅球LT 2吸低殺也 轴S朋池祥秫LT2Qc低液橙4#SBR池怦秫LT2M低鴻也储泥池禅輝LT30高浹也$01?COMDXIXIX3HX5X6X?X10MilXl!X13MX15XlfxnX22熾XM+avCOMconeCDHiCOM2YOY1Y2Y3COM3Yl

54、YS6Y1CQM1V10翔渦斷执ilKffT榻 水報圳咏副1iR?n曲遼wiMR1集水她瞻调即1$调百陳肿邮CQM5niY15 rieYLI1胡唯鮎剛h溶械脚.酣矗泵 划SBF世药削1.甜鼎乩回舒诙3#SRR池空吒剛1*汩水處悻轧回跡呢泵卜匚卜Wj15X4集水池浮球 LT10a16X5集水池浮球 LT10bX6集水池浮球 LT10CX7集水池浮球 LT10dX101#SBR 池浮球 LT20a 高液位X112#SBR 池浮球 LT20b 高液位X123#SBR 池浮球 LT20c 高液位X134#SBR 池浮球 LT20d 高液位X141#SBR 池浮球 LT20a 低液位X152#SBR 池

55、浮球 LT20b 低液位X163#SBR 池浮球 LT20C 低液位X174#SBR 池浮球 LT20d 低液位X20储泥池浮球 LT30a 高液位X24SQ12X25SQ13X26SQ14X27SQ15表 2 数字量输出地址分配表Y0粗栅格除污机Y1调节阀 7Y2水泵 2Y3水泵 3Y4细栅格除污机Y5调节阀 8Y6皮带运输机Y7排泥阀 1Y10集水池液位报警Y11调节阀 3Y12调节阀 4Y13调节阀 5Y14调节阀 6Y15:1#SBR 池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y162#SBR 池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y173#SBR 池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y20:4#S

56、BR 池空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵Y211#SBR 池滗水器Y222#SBR 池滗水器Y233#SBR 池滗水器Y244#SBR 池滗水器Y251#SBR 池剩余污泥泵Y262#SBR 池剩余污泥泵Y273#SBR 池剩余污泥泵Y304#SBR 池剩余污泥泵17Y311#鼓风机Y322#鼓风机Y33水泵 1Y34调节阀 2Y35酸液罐无药液Y36碱液罐无药液Y37排泥阀 2Y40备用Y41PH 值 6.5 7.5Y42PH 值 3 4Y43PH 值 4 5Y44PH 值 5 6Y45PH 值 6 6.5Y46PH 值 7.58Y47PH 值 8 9Y50PH 值 9 10Y51PH 值

57、1011第四章生活污水处理系统软件设计4.1 污水处理系统软件设计总体流程概括为了能对污水处理系统进行集中监控，本次设计采用PLC 和微机组成控制系统 o PLC 选用日本三菱公司 FX 系列可编程序控制器。软件变成采用 FXGPW1N 实现，组态采用 MCGS 6.2 实现，PLC 作为整个系统的控制中心，在系统过程中 完成水泵、各个调节阀的动作，除污机和潜水搅拌机等的启停， 液位检测信号的 输入输出。图 4-1 为设计污水处理系统要编写的全部子程序，由这些子程序构成 了完整的 PLC 梯形图设计，然后将 PLC 与 MCGS 组态软件连接，进行模拟调试。踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。18鑠机职銦夾

58、簣軒蚀骞。图 4-1 污水处理系统子程序设计4.2 粗、细格栅除污机控制子程序的设计譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。进站的污水可能含有大件的石头、木棒等污染物。粗栅格主要是将体积比较 大的污染物过滤掉。 在自动工作方式下， 由时间间隔来控制两台粗栅格除污机的 开和停。大件的物体被粗栅格过滤掉，还会由部分偏小一点的污染物随着污水继 续向前流，细栅格主要是将小号的污染物过滤掉。 自动工作方式下，由时间间隔 来控制两台细栅格除污机的开与停。粗细格栅除污机工作流程图如图4-2 所示,对应的梯形图如图 4-3 所示。俦聹执償閏号燴鈿膽賾。污泥泵控制子系统粗格栅除污机子程序鼓风机控制子系统滗水器控制子系统PLC空气

59、阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵控制子系统细格栅除污 机子系统进水阀门控 制子系统19图 4-2 粗、细栅格除污机工作流程20图 4-3 粗、细栅格除污机梯形图4.3进水阀门控制子程序的设计当集水池水位高、很高或超高时，开 1#SBR 池进水阀门，水位上升到高水 位后，关闭 1#SBR 池进水阀门；然后开 2#SBR 池进水阀门，2#SBR 池水位上升 一定高度后关闭 2#SBR 池进水阀门，开 3#SBR 池进水阀门，依此类推。SBR 池 进水阀门工作流程图如图 4-4 所示，对应的梯形图如图 4-5 所示。缜電怅淺靓蠐浅錒鵬 凜。MOXD24 Y( (mT1rtJlCYOOOT3井T2T3T5

60、K5DK70 YOM21图 4-4 SBR 池进水阀门工作流程图xuubT I-xooc-I I-012-II-YOUT卜-I I-yoi4TI-YOUTHrois-I I-YOllT HXULM1#SBR 池进水阀门开关闭 3#进水阀门开 4#进水阀门rY关闭 1#进水阀门开 2#进水阀门关闭 2#进水阀门开 3#进水阀门YOU TI-Y012-I I-22M2 XH10 M3Tl- r-:YOU- 3 K5OXOIOX011M4TI-幷- -r s-i颂- C YOB-1 YOUT11K帥图 4-5 进水阀门控制程序梯形图4.4 空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵控制子程序的设计进水阀门关闭后，空气阀门开启