1、南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者:黃鈺辰學(xué) 號(hào)：教學(xué)點(diǎn):專 業(yè):機(jī)電工程一體化題 目:基于PLC的污水處理系統(tǒng)史德林指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2011年 5 月43 / 88文檔可自由編輯打印南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)學(xué)生姓名： 班級(jí)、學(xué)號(hào)： 題 目： 綜合成績(jī)： 指導(dǎo)者評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)者(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)評(píng)閱者評(píng)語(yǔ)： 評(píng)閱者(簽字)： 年 月 日答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語(yǔ)： 答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要基于PLC的污水處理系統(tǒng)摘 要隨著現(xiàn)代生產(chǎn)工藝的飛速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)傳動(dòng)設(shè)備的快速性、連續(xù)性、系統(tǒng)性的要

2、求越來(lái)越高。本系統(tǒng)主要介紹了污水處理工藝流程，PLC在城市污水處理中的具體應(yīng)用以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的方法。系統(tǒng)運(yùn)用SIEMENS S7-400 PLC作為控制核心，各級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)相互連接，通過(guò)此設(shè)計(jì)提高了污水處理廠的運(yùn)行管理水平。本系統(tǒng)結(jié)合某污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)并改造了污水處理廠的設(shè)備組成、自動(dòng)化控制方式和各工作站的功能、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成等。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，該系統(tǒng)不僅具有較強(qiáng)的并行協(xié)調(diào)處理能力，而且具有高可靠性、靈活性和可擴(kuò)展性，以及高速處理能力等優(yōu)點(diǎn)。充分證明自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)提高生產(chǎn)效率、無(wú)人值守或少人值守、提高安全性具有良好效果。 關(guān)鍵詞: 污水處理；自

3、動(dòng)化控制系統(tǒng)；PLC；硬件配置；軟件設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要Sewage treatment system based on PLCAbstractWith the rapid development of modern manufacturing technique, the spot is stricter requirements with rapidity, continuity and systematicness of system. The paper introduces PLC application in the project of treatment urb

4、an wastewater, in which S7400 series is applied and introduces the method of urban wastewater treatment. The paper also introduces the method of receiving date in the supervisory system plant the programmable controller has already become most important, most reliable and using the most extensive in

5、dustrial control microcomputer of occasion now. In order to improve the operation management level of the sewage treatment plant, the supervisory system uses the S7-400PLC to constitute core of the system and is composed of each unit of the control system according to certain topological structure.

6、According to the running situation of the benevolence and automatic control system of sewage treatment plant, recommend structures of the sewage treatment equipment, automatic control method and the function and application of every PLC work station in sewage disposal and summarize the good result o

7、f the automatic control system how promoting production efficiency and security and reducing the on-the-spot attendant.Key Words：Sewage treatment; Automation control system; PLC; Hardware disposition; Software design 目 錄第一章 引言11.1 當(dāng)今國(guó)內(nèi)外污水處理系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r21.1.1國(guó)外污水處理系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r21.1.2國(guó)內(nèi)污水處理系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r31.2 污水水源及其雜用水水

8、質(zhì)41.2.1污水水源41.2.2污水水質(zhì)41.3 選取本課題的目的和意義4第二章 污水處理的主要內(nèi)容及工藝流程52.1污水處理主要內(nèi)容52.2污水處理工藝技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展52.3污水處理工藝流程6第三章 污水處理系統(tǒng)中PLC的設(shè)計(jì)83.1 PLC的簡(jiǎn)介83.2 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)93.3PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析123.3.1PLC的結(jié)構(gòu)123.3.2PLC的工作原理143.3.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則的設(shè)計(jì)步驟153.4污水處理PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析173.4.1污水處理的過(guò)程173.4.2污水處理控制流程183.4.3上位監(jiān)控管理機(jī)193.5控制軟件193.6控制方式20第四章 監(jiān)控

9、及實(shí)施設(shè)計(jì)方案224.1硬件部分的設(shè)計(jì)224.1.1PLC的選擇224.1.2I/O分配表224.1.3硬件電路接線圖234.2軟件部分的設(shè)計(jì)234.2.1程序的流程圖234.2.2梯形圖程序244.3組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)294.3.1組態(tài)王6.53的特點(diǎn)294.3.2S7-200系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議304.3.3數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)314.3.4污水處理控制系統(tǒng)監(jiān)控程序32總結(jié)與展望33致謝34參考文獻(xiàn)35第一章 引言近幾年，隨著工業(yè)迅速發(fā)展，城市人口逐漸增加，人民生活水平逐漸提高以及近期世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各種用水量亦隨之增長(zhǎng)。但是大自然賦予人類的這部分資源是有限的，而這有限的資源還在不

10、斷地受到人類肆意開(kāi)采及污染。這就使得水資源供需矛盾愈來(lái)愈突出，愈來(lái)愈明顯。對(duì)生活污水進(jìn)行處理主要有兩種形式：一種是周?chē)谐鞘形鬯畯S管網(wǎng)的，生活污水進(jìn)入城市污水廠管網(wǎng)，由城市污水廠進(jìn)行處理；另一種是無(wú)法進(jìn)入城市管網(wǎng)的生活污水就地建設(shè)污水處理設(shè)施，處理后達(dá)標(biāo)排放或進(jìn)一步處理達(dá)到中水回用的目的。本文主要討論前一種形式。我國(guó)是一個(gè)水資源匱乏的國(guó)家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。與此同時(shí)，在我國(guó)大部分城市和地區(qū)，本已極為有限的水資源還受到水質(zhì)惡化和水生態(tài)系統(tǒng)破壞的嚴(yán)重威脅。由于80%以上的污水未經(jīng)有效處理就直接投進(jìn)水域，已造成我國(guó)1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域嚴(yán)重污染，

11、近50%的重點(diǎn)城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。尤其伴隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加速，需水量和污染物排放量迅速增長(zhǎng)，水危機(jī)不僅會(huì)長(zhǎng)期存在，而且有迅速加劇的趨勢(shì)。水資源短缺和水環(huán)境污染造成的水危機(jī)已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。國(guó)內(nèi)外水環(huán)境恢復(fù)與再生的實(shí)踐表明，污水深度處理與再利用是通向健康水循環(huán)的橋梁，推進(jìn)污水深度處理和普及再生水，利用人類與自然兼容協(xié)調(diào)，創(chuàng)造良好水環(huán)境，促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。隨著全球水資源供應(yīng)的緊張和對(duì)自動(dòng)化要求的增加，我國(guó)的污水處理廠必然是向著高度自動(dòng)化和無(wú)人職守的方向發(fā)展。目前，PLC在其穩(wěn)定性和高度自動(dòng)化程度的不斷加強(qiáng)，使PLC成為在城市污水處理自動(dòng)化方面的首選。

12、1.1 當(dāng)今國(guó)內(nèi)外污水處理系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r1.1.1國(guó)外污水處理系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本、西歐等國(guó)，由于這些國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，并較早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。這些國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問(wèn)題特別是水資源污染的嚴(yán)重性也較早的體現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)也得到了這些國(guó)家政府的重視，投入了大量的人力、物力，進(jìn)行水處理的研究。這些國(guó)家在研究水處理新理論和工藝的同時(shí)，也重視污水處理自控系統(tǒng)的研究。這些國(guó)家先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動(dòng)化控制儀表。一些發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過(guò)十幾年的努力，污水處理率幾經(jīng)達(dá)到了80%90%，成功地解決了來(lái)自于城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問(wèn)題。同時(shí)一些國(guó)家開(kāi)始重視污水的回

13、用，如以色列的污水回用率達(dá)到了90%。由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。同時(shí)國(guó)外較早的將SCADA技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國(guó)外同時(shí)注重水處理中PLC的開(kāi)發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列；同時(shí)國(guó)外也很重視在線儀表的研制，如德國(guó)E+H公司，美國(guó)的哈希公司相繼研制了溶解氧DO(Dissolved Oxygen)、化學(xué)需氧量COD(Chemical Oxygen Dema

14、nd)分析儀。國(guó)外污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)采用集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS。按照廠區(qū)的自身情況和工藝段來(lái)劃分若干個(gè)控制站，站與站之間可以平級(jí)關(guān)系也可以是上下級(jí)關(guān)系，站與站之間一般獨(dú)立運(yùn)行。設(shè)立中控室，中控室有操作員和工程師站，負(fù)責(zé)全廠的數(shù)據(jù)管理與記錄、報(bào)表等工作。(2)采用在線監(jiān)測(cè)的水質(zhì)分析儀表，對(duì)全廠的水質(zhì)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并由上位機(jī)記錄下來(lái)，提高了測(cè)量精度。(3)生產(chǎn)過(guò)程中不同程度上采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動(dòng)地調(diào)整相應(yīng)的控制方式。(4)大量采用遙測(cè)、遙控設(shè)備，并開(kāi)始有效地利用社會(huì)信息資源，如電話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。1.

15、1.2國(guó)內(nèi)污水處理系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r解放初期由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步，當(dāng)時(shí)的污水污染程度很低，且提倡利用污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣，如著名的沈撫灌溉等，全國(guó)僅有幾個(gè)城市建設(shè)了近十座污水處理廠(還包括19211926年間外國(guó)人興建3座污水處理廠)，在處理工藝有的還是一級(jí)處理，處理的規(guī)模也很小，每天只有幾千個(gè)立方米，最大的也只有每天5萬(wàn)立方米左右，致使污水處理技術(shù)和管理水平處于較落后的狀態(tài)。我國(guó)第一座大型污水處理廠天津市紀(jì)莊子污水處理廠于1982年破土動(dòng)工，1984年4月28日竣工投產(chǎn)運(yùn)行，處理規(guī)模為26萬(wàn)立方米/天。紀(jì)莊子污水處理廠投產(chǎn)運(yùn)行后多年來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)出水水

16、質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使黑臭的污水變?yōu)榍辶鳎恼Q生填補(bǔ)了我國(guó)大型污水處理廠建設(shè)的空白。在此成功經(jīng)驗(yàn)的帶動(dòng)下，北爾、上海、廣東、廣西、陜西、山西、河北、江蘇、浙江、湖北、湖南等省市根據(jù)各自的具體情況分別建設(shè)了不同規(guī)模的污水處理廠。與國(guó)外相比，我國(guó)污水處理自動(dòng)化控制起步較晚，七十年代開(kāi)始采用熱工儀表，實(shí)行集中巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國(guó)際貸款的大型污水處理廠的建設(shè)投產(chǎn)，我國(guó)污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了很大的提高。從國(guó)外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測(cè)儀表，各種新工藝，新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用。可以說(shuō)我國(guó)污水處理自動(dòng)

17、化的現(xiàn)狀是：手動(dòng)與自動(dòng)皆備，自制和引用并舉。可以看出我國(guó)的污水處理自控系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：(1)對(duì)于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動(dòng)與自動(dòng)并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水廠自動(dòng)化程度仍然很低，仍采用人工巡檢的方式。(2)國(guó)產(chǎn)在線儀表的穩(wěn)定性還沒(méi)有達(dá)到要求，所以大部分采用進(jìn)口的在線儀表，但是由于進(jìn)口儀表價(jià)格昂貴，所以應(yīng)用并不是很廣泛。水質(zhì)的檢測(cè)主要是有實(shí)驗(yàn)室人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量。(3)各個(gè)控制站之間完全獨(dú)立，沒(méi)有信息的交換。并且各個(gè)控制單元由于其內(nèi)部資源的限制，只是實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的時(shí)間控制和邏輯控制。通過(guò)對(duì)比，不難看出整體上和國(guó)外相比我國(guó)污水的自控系統(tǒng)仍然存在很大的差距，但是我國(guó)的應(yīng)用

18、前景卻非常廣泛、潛力很大。1.2 污水水源及其雜用水水質(zhì)1.2.1污水水源目前我國(guó)城市供水以地表水或地下水為主。根據(jù)最新監(jiān)測(cè)，全國(guó)多數(shù)城市地下水受到一定程度的點(diǎn)狀和面狀污染，且有逐年加重的趨勢(shì)。大量未經(jīng)處理的廢污水通過(guò)河流或滲入地下水；垃圾、廢渣中的污染物通過(guò)降雨滲入地下水；郊區(qū)、農(nóng)村大量化肥和農(nóng)藥的使用；環(huán)境地質(zhì)的影響及地下水的過(guò)量開(kāi)采，致使地下水遭受污染。而我們現(xiàn)在一般采用工業(yè)污水作為污水水源，醫(yī)院醫(yī)院污水和放射性污水都可作為污水水源；對(duì)于住宅建筑可考慮廁所生活污水排水作為污水水源。1.2.2污水水質(zhì)污水所含的污染物質(zhì)千差萬(wàn)別，可用分析和檢測(cè)的方法對(duì)污水中的污染物質(zhì)做出定性、定量的檢測(cè)以反

19、映污水的水質(zhì)。一般情況下污水作為須處理的水源，其水質(zhì)肯定不安全，有大量有害物質(zhì)；外觀給人不快的感覺(jué)；能引起設(shè)備、管道等嚴(yán)重腐蝕并造成維護(hù)管理的困難。1.3 選取本課題的目的和意義世界任何國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來(lái)不同程序的環(huán)境污染。污水也是造成環(huán)境污染的來(lái)源之一。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了世界各國(guó)政府的關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織的工作日程。污水處理技術(shù)近期得到了迅速發(fā)展，在美國(guó)、日本、印度、英國(guó)等國(guó)家(尤以日本為突出)得到了廣泛的應(yīng)用。這些國(guó)家均以本國(guó)度、區(qū)域的特點(diǎn)確定出適合其國(guó)情國(guó)力的污水處理技術(shù)，使本國(guó)的污水

20、處理系統(tǒng)越來(lái)越臻于完善。在我國(guó)，這一技術(shù)已受到各級(jí)政府及有關(guān)部門(mén)重視并對(duì)其做了大量理論研究和實(shí)踐工作，但由于傳統(tǒng)的污水處理設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化程度低、效率低、故障率高，使其推廣受到限制。因此，有必要開(kāi)發(fā)可靠性好、自動(dòng)化程度高、功能全成本低的污水處理計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。在全國(guó)許多城市如深圳、北京、青島、天津、太原等開(kāi)展了污水處理工程的運(yùn)行并取得了顯著的效果。因此建設(shè)符合我國(guó)國(guó)情的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)，保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。第二章 污水處理的主要內(nèi)容及工藝流程2.1污水處理主要內(nèi)容城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排

21、入城市排水系統(tǒng)，故把生活污水和生產(chǎn)污水的混合污水叫做城市污水。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。水處理的目的不外乎三種2：(1)去除水中影響使用水質(zhì)的雜質(zhì)以及污泥的處置，這是最主要的內(nèi)容。(2)為了滿足用水的要求，在水中加入新的成分以改變水的化學(xué)性質(zhì)，如食用水中加氟以防止齲齒病，循環(huán)冷卻水中加緩蝕劑以控制腐蝕和結(jié)垢等。(3)改變水的物理性質(zhì)的處理，如水的冷卻，降低水的粘滯度等。2.2污水處理工藝技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展我國(guó)現(xiàn)有城市污水處理廠80%以上

22、采用的是活性污泥法，其余采用一級(jí)處理、強(qiáng)化一級(jí)處理、穩(wěn)定塘法及土地處理法等。“七五”、“八五”、“九五”國(guó)家科技攻關(guān)課題的建立與完成，使我國(guó)在污水處理新技術(shù)、污水再生利用新技術(shù)、污泥處理新技術(shù)等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平同時(shí)，借助于外貸城市污水處理工程項(xiàng)目的建設(shè)，國(guó)外許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被引進(jìn)到我國(guó)，AB法、氧化溝法、A/O工藝、A/A/O工藝、SBR法在我國(guó)城市污水處理廠中均得到應(yīng)用。污水處理工藝技術(shù)由過(guò)去只注重去除有機(jī)物發(fā)展為具有除磷脫氮功能。國(guó)外一些先進(jìn)、高效的污水處理專用設(shè)備也進(jìn)入了我國(guó)污水處理行業(yè)市場(chǎng)，如格柵機(jī)、潛水泵、除砂裝置、刮泥機(jī)、曝氣器、鼓

23、風(fēng)機(jī)、污泥泵、脫水機(jī)、沼氣發(fā)電機(jī)、沼氣鍋爐、污泥消化攪拌系統(tǒng)等大型設(shè)備與裝置。我國(guó)80年代以前建設(shè)的城市污水處理廠大部分采用普通曝氣法活性污泥處理工藝，由于該工藝主要以去除BOD5和SS為主要目標(biāo)，對(duì)氮磷的去除率非常低。為了適應(yīng)水環(huán)境及排放要求，一些污水處理廠正在進(jìn)行改造，增加或強(qiáng)化脫氮和除磷功能。AB法污水處理工藝于80年代初開(kāi)始在我國(guó)應(yīng)用于工程實(shí)踐。由于其具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、對(duì)PH值變化和有毒物質(zhì)具有明顯緩沖作用的特點(diǎn)，故主要應(yīng)用于污水濃度高、水質(zhì)水量變化較大，特別是工業(yè)污水所占比較高的城市污水處理廠。目前氧化溝工藝是我國(guó)采用較多的污水處理工藝技術(shù)之一。應(yīng)用較多的有奧貝爾氧化溝工藝，由我

24、國(guó)自行設(shè)計(jì)、全套設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，已有成功實(shí)例。DE型氧化溝和三溝式氧化溝在中高濃度的中小型城市污水處理中也有應(yīng)用。采用卡羅塞爾氧化溝工藝的城市污水處理廠大部分為外貸項(xiàng)目。多種類型的SBR工藝在我國(guó)均有應(yīng)用，如屬第二代SBR工藝的ICEAS工藝，屬第三代的CAST工藝、UNI-TANK工藝等。隨著我國(guó)對(duì)水環(huán)境質(zhì)量要求的提高，使得新建城市污水處理廠必須考慮氮磷的去除問(wèn)題。由此開(kāi)發(fā)了改良A/A/O工藝和回流污泥反硝化生物除磷工藝，并已開(kāi)始在實(shí)際工程中應(yīng)用。如泰安污水處理廠、青島李村河污水處理廠、天津北倉(cāng)污水處理廠、北京清河污水處理廠等。目前我國(guó)新建及在建的污水處理廠所采用的工藝中，各種類型的活性污泥法仍

25、為主流，占90%以上，其余則為一級(jí)處理、強(qiáng)化一級(jí)處理、生物膜法及與其他處理工藝相結(jié)合的自然生態(tài)凈化法等污水處理工藝技術(shù)。從國(guó)情出發(fā)，我國(guó)城市污水處理發(fā)展趨勢(shì)：(1)氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去處仍為重點(diǎn)也是難點(diǎn)。(2)工業(yè)廢水治理開(kāi)始轉(zhuǎn)向全過(guò)程控制。(3)單獨(dú)分散處理轉(zhuǎn)為城市污水集中處理。(4)水質(zhì)控制指標(biāo)越來(lái)越嚴(yán)。(5)由單純工藝技術(shù)研究轉(zhuǎn)向工藝、設(shè)備、工程的綜合集成與產(chǎn)業(yè)化及經(jīng)濟(jì)、政策、標(biāo)準(zhǔn)的綜合性研究。(6)污水再生利用提上日程。(7)中小城鎮(zhèn)污水污染與治理問(wèn)題開(kāi)始受到重視。2.3污水處理工藝流程污水處理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，使水得

26、到凈化。現(xiàn)代污水處理技術(shù)，按原理可分為物理處理法、化學(xué)處理法和生物化學(xué)處理法三類。生物化學(xué)處理是利用微生物處理污水中的有機(jī)污染物的一種工藝。該工藝運(yùn)行費(fèi)用較低，得到了廣泛的應(yīng)用，目前已成為城市污水處理的主體工藝。該法有活性污泥法和生物膜法兩種，前者多用于城市污水，后者多用于處理高濃度有機(jī)污水與污水處理過(guò)程中生產(chǎn)的污泥。城市污水處理按處理程度不同可分為預(yù)處理、一級(jí)處理、二級(jí)處理、深度處理和污泥處理及處置。預(yù)處理：主要包括格柵和沉砂池。其主要作用是截留大塊物質(zhì)、砂石，以保證后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行。一級(jí)處理：主要是初次沉淀池。目的是將污水中懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)盡可育出或沉降去除，經(jīng)過(guò)一級(jí)處理后的污水，

27、可去除50%左右的懸浮物，污水五日需氧量一般只能去除30%左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。二級(jí)處理工藝：主要有曝氣池和二沉池構(gòu)成。它是城市污水處理廠的核心，一般采用生物處理方法中的活性污泥法，主要去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物。經(jīng)二級(jí)處理后，有機(jī)污染物質(zhì)的去除率可達(dá)90%以上，污水中污水五日需氧量值可降至20mg/L30mg/L，有機(jī)污染物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。深度處理：通用的工藝有混凝沉淀和過(guò)濾。主要目的是為了滿足高標(biāo)準(zhǔn)的受納水體要求或用于工業(yè)等特殊用途，它是城市污水處理未來(lái)發(fā)展的方向。污泥處理和處置：主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥或衛(wèi)生填埋。第三章 污水處理系統(tǒng)中PLC的設(shè)計(jì)3.1 PLC的簡(jiǎn)介利用可

28、編程序控制器（PLC）組成遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，首先遇到的是PLC的選型問(wèn)題。在選用PLC時(shí)，除把可靠性、環(huán)境適應(yīng)性放在首位外，還要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合盡量選用合適的可編程序控制器。關(guān)于可編程控制器選型的一般原則可從以下幾方面考慮：1、明確控制對(duì)象要求。本系統(tǒng)要求改善信息管理，把PLC與上位微機(jī)的通訊能力遠(yuǎn)程I/O與微機(jī)通訊方式和手段作為選擇的依據(jù)。PLC響應(yīng)時(shí)間的影響因素有：輸入信息時(shí)，CPU讀解用戶邏輯網(wǎng)絡(luò)時(shí)間和輸出時(shí)間。PLC的實(shí)時(shí)響應(yīng)性還受到系統(tǒng)中最慢儀器的限制，與上位機(jī)的通訊也將增加服務(wù)時(shí)間。2、功能選擇要根據(jù)不同的控制對(duì)象確定。具體有：替代繼電器、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、矩陣功能、高級(jí)功能、

29、診斷功能以及串行接口。3、輸入輸出模塊選擇。輸入/輸出模塊是PLC與被控對(duì)象之間的接口，模塊選擇得當(dāng)否直接影響控制系統(tǒng)的可靠性。4、存儲(chǔ)器類型及其容量選擇。小型PLC作為單機(jī)小規(guī)模控制使用時(shí)，由于工藝簡(jiǎn)單、程序固定，多數(shù)使用EPROM或EPROM加RAM。對(duì)于中、大規(guī)模的PLC，往往用于工藝比較復(fù)雜，且多變的場(chǎng)合，程序改變較多，因此一般都使用CMOSRAM存儲(chǔ)器，且有后備電池，以便關(guān)機(jī)時(shí)保存存儲(chǔ)信息。根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，我們按下列公式進(jìn)行估算：（1）代替繼電器MKm（10DI）（5DO）-1（2）模擬量控制MKm（10DI）（5DO）（100AI）（3）多路采樣控制MKm（10DI）（5D

30、O）（100AI）（1+采樣點(diǎn)025）式中DI為數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入信號(hào)；DO為數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸出集中；AI為模擬量輸入信號(hào)；Km為每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)；M為存儲(chǔ)器容量。我們還可在編完程序以后精確地計(jì)算出存儲(chǔ)器實(shí)際使用容量。5、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和方式的選擇。用PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)有集中控制、遠(yuǎn)程I/O控制和分布式控制等三種方式。6、支持技術(shù)條件。在選用PLC時(shí)，有無(wú)支持技術(shù)條件也是重要的選擇依據(jù)。支持技術(shù)條件主要有：編程手段、程序文本處理、程序貯存方式和通訊軟件包。通訊軟件包往往是和通訊硬件一起使用的，如調(diào)制解調(diào)器等。3.2 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)近10年來(lái)，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不

31、斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。在廠區(qū)電氣自控的總體設(shè)計(jì)上，應(yīng)在允許的條件下，提高污水處理廠的自動(dòng)化程度。盡量做到無(wú)人值守。這一點(diǎn)對(duì)減少小型污水處理廠的單方經(jīng)營(yíng)成本有很重要的意義。有條件時(shí)，還可在反應(yīng)池等重要地方 安裝攝像頭，以監(jiān)視

32、污水廠的運(yùn)行狀況。在電纜布置上，也有著與大型污水處理廠不同的特點(diǎn)。各處理構(gòu)筑物的電氣與信號(hào)電纜的鋪設(shè)應(yīng)盡量結(jié)合構(gòu)筑 物上的管溝和渠道，從整體效果來(lái)看，整個(gè)處理構(gòu)筑物表面看不到任何電纜和管線的敷設(shè)，只有走道板及蓋鍍鋅鋼格板的管溝，既美觀又便于維護(hù)管理。在某些情況下，全廠的電纜溝可以借助某個(gè)構(gòu)筑物實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)講，配電與信號(hào)傳輸從輔助處理單元要到水處理和泥處理單元，無(wú)論是先經(jīng)過(guò)哪個(gè)處理單元，都可以在處理構(gòu)筑物的側(cè)壁上向池內(nèi)挑出管溝，做為管道與電纜的通道，服務(wù)于本處理單元的同時(shí)，又可使電力和信號(hào)到達(dá)另一個(gè)處理單元。這樣既方便了總圖的布置，又節(jié)省的工程造價(jià)。（如圖3.1）圖3.1 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)設(shè)

33、計(jì)步驟這種設(shè)計(jì)方法與常用的繼電器控制邏輯設(shè)計(jì)比較，組件的選擇代替了原來(lái)的部件選擇，程序設(shè)計(jì)代替了原來(lái)的硬件設(shè)計(jì)。我們采用一臺(tái)PLC控制多臺(tái)監(jiān)測(cè)儀器的集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)對(duì)象（儀器）所處的地理位置比較接近，且相互之間有一定聯(lián)系的場(chǎng)合（如圖3.2所示）。 圖3.2 集中控制系統(tǒng)該系統(tǒng)采用的PLC（SZ-4）模塊是：8點(diǎn)DC12/24輸入模塊Z-8ND1；8點(diǎn)集電極開(kāi)路輸出模塊Z-8TD1；4通道12位模擬量輸入模塊Z-4AD1；S-20P指令編程器、S-10D通用操作面板等。I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的輸入輸出點(diǎn)，輸入采集各開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)邏輯功能，達(dá)到控制要求，同時(shí)要注意盡可能簡(jiǎn)化I/

34、O點(diǎn)數(shù)來(lái)降低成本。用PLC構(gòu)成的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種運(yùn)行方式。在進(jìn)行完總體設(shè)計(jì)以及具體的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，除要分別對(duì)其進(jìn)行調(diào)試外，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試和試運(yùn)行，反復(fù)進(jìn)行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的修改調(diào)整，使整個(gè)系統(tǒng)全部投入正常工作為止。PLC在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中要完成信號(hào)實(shí)時(shí)采樣、脈沖量累計(jì)、預(yù)警報(bào)信號(hào)監(jiān)測(cè)與報(bào)警輸 出等，并通過(guò)各種傳感變送器與傳感器連接。PLC作為一種控制設(shè)備，用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是有局限性的，主要是無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無(wú)法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒(méi)有良好的界面。這些不足，我們選用上位微機(jī)來(lái)彌補(bǔ)。上位微機(jī)完成監(jiān)

35、測(cè)數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬顯示、分析限值或警報(bào)信息，驅(qū)動(dòng)打印機(jī)實(shí)時(shí)打印各種圖表。對(duì)于環(huán)保要求較嚴(yán)格的污水處理廠，可考慮在處理構(gòu)筑物增設(shè)上部建筑或加蓋的方式，以隔絕臭氣。如果增設(shè)上部建筑，可采用透光陽(yáng)光板或彩色壓型鋼板的罩棚， 外形做成圓拱形。其特點(diǎn)外形美觀，視覺(jué)效果好，設(shè)備設(shè)在室內(nèi)，便于維護(hù)管理。在高出地面的池子部分，做成天藍(lán)色或湖綠色彩帶。既與罩棚相呼應(yīng)，又減弱了純 構(gòu)筑物的僵硬、呆板。陽(yáng)光板的造價(jià)大約為300元/平米左右。而壓型板則較低，僅為100元/平米左右。構(gòu)筑物上部加蓋的方式，是在其上設(shè)混凝土蓋板，在可能的情況下，在蓋板上可填300-500mm的土，

36、種植綠化，增加全廠的綠化面積。這種處理辦法特別適用于需采用自重抗浮的情況。 兩種方法比較各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用陽(yáng)光板或壓形鋼板拱形罩棚的辦法，外形美觀，管理方便，但為了日常的檢修，往往需要增加吊車(chē)，另外，采用這種圓拱頂應(yīng)注意 在嚴(yán)寒地區(qū)冬季結(jié)露的問(wèn)題；第二種方案造價(jià)較省，但需在混凝土蓋板上開(kāi)孔，以便池內(nèi)設(shè)備的安裝及維護(hù)管理。另外由于上部加了混凝土蓋，對(duì)于表曝機(jī)不太適合。（1）采用傳統(tǒng)SBR處理工藝，具有占地省，處理效果可靠，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。（2）各處理構(gòu)筑物布置緊湊。（3）采用旋流沉砂池，與三座SBR池合建，由SBR池中間的渠道給三座SBR配水。泥處理單元由濃縮池。（4）與脫水機(jī)房合建組成。全廠

37、占地面積僅為0.34公頃，但并不顯擁擠。 （5）處理廠離居民區(qū)較近（離最近的居民樓僅10米），故設(shè)計(jì)應(yīng)用了大量的環(huán)保措施和手段，使污水廠對(duì)周?chē)h(huán)境的影響降低到最小程度：采用潛水射流曝氣 機(jī)代替常用的鼓風(fēng)曝氣方式，最大限度的降低噪聲；全部處理構(gòu)筑物加混凝土蓋板或設(shè)上部建筑，將構(gòu)筑物內(nèi)的臭氣進(jìn)行統(tǒng)一收集（根據(jù)不同構(gòu)筑物采用不同換氣次 數(shù)），進(jìn)行土壤生物除臭。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟（如圖3.3所示）：圖3.3系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟3.3PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析3.3.1PLC的結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類

38、。(1)整體式結(jié)構(gòu)的PLC整體式(又稱箱體式)結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在同一機(jī)體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)固定、實(shí)現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，但靈活性能較低4。基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4所示。圖3.4 整體式結(jié)構(gòu)(2)模塊式結(jié)構(gòu)的PLC模塊式(又稱組合式)結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)單元、電源和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊、應(yīng)用時(shí)將這些模塊根據(jù)控制要求插在機(jī)架上，各模塊間通過(guò)機(jī)架上的總線互相聯(lián)系。其中PLC的CPU和存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)在一個(gè)模塊上，有時(shí)把電

39、源也放在這一模塊上，該模塊在總線上的安裝位置一般是固定的，模塊式的PLC安裝完成后，需進(jìn)行登記，以便PLC對(duì)安裝在總線上的各模塊進(jìn)行地址確認(rèn)。模塊式的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性高。可以構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PLC，但同時(shí)價(jià)格也比較高5。基本結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。圖3.5 結(jié)構(gòu)式模塊3.3.2PLC的工作原理PLC與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動(dòng)作，只要形成電流通路，就有可能有幾個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作，而且每次

40、只能執(zhí)行一條指令，這也就是PLC以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配等問(wèn)題。也可以說(shuō)，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要出入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個(gè)階段才能完成控制過(guò)程6。一、循環(huán)掃描技術(shù)PLC采用循環(huán)可以分為3個(gè)階段：輸入階段(將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)傳送到PLC)、執(zhí)行程序階段和輸出階段(將輸出信號(hào)傳送到外部設(shè)備)。1、輸入階段在這個(gè)階段中，PLC先進(jìn)行自我診斷，然后與編程器或計(jì)算機(jī)通信，同時(shí)中央處理器掃描各個(gè)輸入端并讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元。2、執(zhí)行程序階段在這個(gè)階段中，PLC按

41、照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元讀入輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)器單元。這一階段執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出階段。在這個(gè)程序執(zhí)行中，輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。3、輸出階段在這個(gè)階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過(guò)輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號(hào)，開(kāi)始控制外部設(shè)備。二、PLC的輸入/輸出響應(yīng)時(shí)間輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、

42、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間這三部分組成。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。PLC總的響應(yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無(wú)關(guān)緊要的。要求輸入輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的PLC或采取其他措施。3.3.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則的設(shè)計(jì)步驟一、設(shè)計(jì)原則1、最大限度地滿足控制要求：充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。設(shè)計(jì)人員要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合，共同解決重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。2、保證系統(tǒng)的安全可靠：保證PLC控制系統(tǒng)能夠

43、長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。3、力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用與維修方便：在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。4、適應(yīng)發(fā)展的需要：適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。二、設(shè)計(jì)步驟一般PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖3.6，具體操作如下。圖3.6 設(shè)計(jì)步驟示意圖三、控制要求分析在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)之前，必須對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行細(xì)致的分析，詳細(xì)了解控制對(duì)象和控制要求，這樣才能真正明白自己所要完成的任務(wù)，并更好地完成任務(wù)，設(shè)計(jì)出令人滿意的控制系統(tǒng)。四、確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設(shè)備(控制

44、按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器等)和輸出設(shè)備(接觸器、繼電器)。并根據(jù)所選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。1、選擇合適PLC確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)后，就根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求等來(lái)進(jìn)行PLC的選擇。選擇包括機(jī)型、存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。2、I/O點(diǎn)數(shù)分配點(diǎn)數(shù)分配就是規(guī)定PLC的I/O端子和輸入/輸出設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，畫(huà)出I/O接線原理圖。3、PLC程序設(shè)計(jì)本階段就是根據(jù)控制對(duì)象和控制要求對(duì)PLC進(jìn)行編程。首先把工藝流程分為若干階段，確定每一個(gè)階段的輸入信號(hào)和輸出要控制的設(shè)備，還有不同階段之間的聯(lián)系，然后畫(huà)出程序流程圖，最后再進(jìn)行程序編制。4、模擬調(diào)試程序編制

45、好后，可以用按鈕和開(kāi)關(guān)模擬數(shù)字量，電壓源和電流源代替模擬量，進(jìn)行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。5、現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序存在的實(shí)際問(wèn)題，然后經(jīng)過(guò)修正后使其滿足控制要求。6、整理技術(shù)文件這一步主要包括整理與技術(shù)有關(guān)的文檔，包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、I/O接線原理圖、程序清單和使用說(shuō)明書(shū)等7。3.4污水處理PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析3.4.1污水處理的過(guò)程本課題中的污水處理采用SBR污水生物處理工藝，即序批式間歇活性污泥法。這種工藝是按“進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水”步驟周期性進(jìn)行生化反應(yīng)。從進(jìn)水開(kāi)始到排水結(jié)束算作一個(gè)周期8。工藝流程圖如圖3.7所示

46、。污水池水泵污水處理后的污水肥料泥池風(fēng)機(jī)SBR池圖3.7 SBR工藝流程基本工藝流程如下：(1)進(jìn)水進(jìn)水閥門(mén)打開(kāi)，污水通過(guò)粗格柵，經(jīng)過(guò)水泵，然后細(xì)格柵過(guò)濾到達(dá)SBR池。(2)反應(yīng)反應(yīng)工序是SBR工藝最主要的一道工序。當(dāng)污水注入達(dá)到預(yù)定容積后，停止進(jìn)水，空氣閥門(mén)打開(kāi)。鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始曝氣，同時(shí)潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾眠\(yùn)行，可開(kāi)始反應(yīng)操作，如驅(qū)除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。根據(jù)反應(yīng)需要達(dá)到的程度，進(jìn)行曝氣和攪拌，并決定反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)短，必要時(shí)可投加藥劑。在進(jìn)入沉淀工序前，應(yīng)進(jìn)行短時(shí)間的微量曝氣，以吹脫污泥上黏附的氣泡或氮，以保證排泥順利進(jìn)行。(3)沉淀當(dāng)SBR池停止曝氣以后，空氣閥門(mén)關(guān)閉，潛水

47、攪拌器和回流污泥泵停止運(yùn)行，開(kāi)始重力沉淀和泥水分離。(4)排水SBR池水位到達(dá)最高水位，并經(jīng)過(guò)沉淀工藝以后，上清夜(上面的清夜)由潷水器緩慢排出池外。當(dāng)池水位達(dá)到處理周期開(kāi)始時(shí)的最低水位時(shí)，停止?jié)ＪＳ辔勰啾迷跐魍Ｖ惯\(yùn)行后開(kāi)始運(yùn)行，排泥至儲(chǔ)泥池。3.4.2污水處理控制流程以1#SBR池循環(huán)周期為例加以說(shuō)明：第一步：進(jìn)水+曝氣。1#SBR池開(kāi)始進(jìn)水設(shè)定時(shí)間為早8點(diǎn)，進(jìn)水2h，通過(guò)1#電動(dòng)蝶閥控制，進(jìn)水的同時(shí)1#風(fēng)機(jī)開(kāi)始曝氣，污泥回流泵1#開(kāi)啟，開(kāi)始回流。第二步：2h后，1#電動(dòng)蝶閥停止進(jìn)水，1#回流泵停止回流；1#風(fēng)機(jī)繼續(xù)曝氣。第三步：持續(xù)曝氣6h后，1#風(fēng)機(jī)停止曝氣。第四步：靜置期1h。

48、1#SBR池靜置1h后，此時(shí)，水面分層，污泥沉降置底，上清液用潷水器排出。第五步：排水1h。靜置1h后，開(kāi)始排水，1#池內(nèi)1#潷水器啟動(dòng)，由上頂點(diǎn)緩慢向下移動(dòng)，(可設(shè)為：下潛一小段距離后停住，潷水一定時(shí)間，再繼續(xù)下潛一小段距離，再停，再潷水，再下潛)；潷水器潛至下頂點(diǎn)潷水結(jié)束后，迅速自動(dòng)升回至上頂點(diǎn)停住。至此，潷水1h結(jié)束。第六步：潷水1h結(jié)束后，至此，第一周期結(jié)束，開(kāi)始下一循環(huán)周期進(jìn)水，曝氣，回流。以后各周期依次類推。2#SBR池與1#SBR池間隔2個(gè)小時(shí)，開(kāi)始進(jìn)水，各步驟與1#SBR池相同，只是在時(shí)間上相互順延。3#SBR池與2#SBR池相間隔2個(gè)小時(shí)，4#與3#SBR池相間隔2個(gè)小時(shí)，后

49、續(xù)程序同1#設(shè)定。3.4.3上位監(jiān)控管理機(jī)PLC通過(guò)通信電纜將采集參數(shù)傳送給上位監(jiān)控管理機(jī)，通過(guò)上位監(jiān)控管理機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有關(guān)參數(shù)變化，并保留一段時(shí)間的數(shù)據(jù)，形成變化曲線。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報(bào)警、參數(shù)打印等功能9,10。3.5控制軟件PLC梯形圖所用邏輯符號(hào)與繼電器、接觸器系統(tǒng)原理圖的相應(yīng)符號(hào)極其相似，人們能迅速熟悉該種編程語(yǔ)言。一般設(shè)計(jì)梯形圖程序大都采用繼電器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，在梯形圖設(shè)計(jì)中采用大量的中間單元來(lái)完成記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能，由于需要考慮的問(wèn)題較多，分析起來(lái)非常困難，并且很容易遺漏一些該考慮的問(wèn)題，且修改和閱讀也很困難。根據(jù)功能圖表設(shè)

50、計(jì)PLC的梯形圖程序，可以有效地解決以上問(wèn)題，達(dá)到事半功倍的效果。我們?cè)谡n題研究中下位機(jī)PLC采用梯形圖來(lái)編制程序。下位PLC軟件用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、脈沖計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換、限值邏輯判斷及聲光報(bào)警輸出、通信數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)通訊與分離模塊完成PLC與微機(jī)間數(shù)據(jù)和命令的雙向傳送，并將得到的數(shù)據(jù)按系統(tǒng)要求的格式分離成系統(tǒng)變量。顯示模塊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，以圖形或表格形式分屏循環(huán)顯示。在手動(dòng)方式下可固定監(jiān)視畫(huà)面并可顯示歷史趨勢(shì)圖等。定時(shí)存貯模塊按每十分鐘將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存貯到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，每天整理一次歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)維護(hù)模塊可用來(lái)修改定值參數(shù)、口令及限值等。報(bào)警模塊不論軟件工作在何種方式下，一旦出現(xiàn)超值，系統(tǒng)確

51、認(rèn)后并發(fā)出報(bào)警，屏幕上顯示報(bào)警內(nèi)容和地點(diǎn)，以便采取措施。為提高PLC及系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層隔離，輸入信號(hào)光電隔離，遠(yuǎn)離強(qiáng)電布線，模擬量信號(hào)和脈沖信號(hào)采用屏蔽線傳遞，采用放射性一點(diǎn)接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。在軟件設(shè)計(jì)和編程上，加上一些抗干擾模塊。編程器S-20P即使不和SZ-4 CPU模塊連接，也可進(jìn)行編程（離線編程）。在S-20P上編程時(shí)，通常是要連在CPU模塊上進(jìn)行（在線編程）。3.6控制方式污水處理廠的設(shè)備均采用三級(jí)控制方式，即現(xiàn)場(chǎng)控制方式、MCC控制方式（電動(dòng)機(jī)控制中心）和微機(jī)控制方式。目前，以MCC控制為基礎(chǔ)，PLC控制為主導(dǎo)的控制方式始終

52、處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前污水處理廠對(duì)自動(dòng)化的需要。控制系統(tǒng)采用“雙入單出”的模擬控制器。輸入量為pH值給定值與測(cè)量值的偏差e以及偏差變化率ec，輸出量為向加藥泵供電的變頻器的輸入控制電壓 u。控制過(guò)程為控制器定時(shí)采樣pH值和pH值變化率與給定值比較，得pH值偏差e以及偏差變化率ec，并以此作為 PLC控制器的輸入變量，經(jīng)模擬控制器輸出控制變頻器輸出頻率n，從而改變加藥量使pH值保持穩(wěn)定。（如圖3.8所示）圖3.8 PLC污水處理控制系統(tǒng)框圖第四章 監(jiān)控及

53、實(shí)施設(shè)計(jì)方案4.1硬件部分的設(shè)計(jì)4.1.1PLC的選擇由于設(shè)計(jì)的污水處理控制系統(tǒng)是應(yīng)用在小型規(guī)模的污水處理廠，本系統(tǒng)選用西門(mén)子小型PLC S7-200系列，主機(jī)型號(hào)為CPU 224 XP，具有14個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)和10個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，具有2個(gè)模擬輸入點(diǎn)和1個(gè)模擬輸出點(diǎn)。可以用于代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分的發(fā)揮其作用。S7-200系列PLC在下列領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用：機(jī)床電氣、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、陶瓷工業(yè)、電力自動(dòng)化設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、電梯、中央空調(diào)、真空裝置、恒壓供水和化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制等。S7-200

54、系列PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，屬于在該系列PLC的典型應(yīng)用11,12。4.1.2I/O分配表根據(jù)控制要求與設(shè)計(jì)方案，列出I/O分配表，如表4.1所示。表4.1 I/O分配表輸入信號(hào)I0.0復(fù)位I0.1自動(dòng)狀態(tài)I0.2潷水器下潛限位I0.3潷水器上升限位I0.4風(fēng)機(jī)故障I0.5進(jìn)水泵故障I0.6潷水器故障I0.7回流泵故障I1.0手動(dòng)自動(dòng)切換I1.1下潛潷水器手動(dòng)I1.2上升潷水器手動(dòng)I1.3回流泵手動(dòng)I1.4風(fēng)機(jī)手動(dòng)I1.5進(jìn)水泵手動(dòng)輸出信號(hào)Q0.0下潛潷水器Q0.1上升潷水器Q0.2起停回流泵Q0.3起停風(fēng)機(jī)Q0.4起停進(jìn)水泵4.1.3硬件電路接線圖根據(jù)實(shí)際PLC模塊，I/O分配表和

55、I/O接線圖，連接PLC各模塊，并通過(guò)PC機(jī)聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)程序控制要求。如圖4.2所示。圖4.2 PLC模塊連線圖4.2軟件部分的設(shè)計(jì)4.2.1程序的流程圖程序主要依據(jù)SBR法污水處理工藝(進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水)，根據(jù)各環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行編制。具體一個(gè)SBR池、一個(gè)周期的流程圖如圖4.3所示。圖4.3 一個(gè)SBR池一個(gè)周期的流程圖4.2.2梯形圖程序根據(jù)控制要求、I/O分配表，設(shè)計(jì)PLC梯形圖，如圖4.4所示。圖4.4梯形圖程序4.3組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)4.3.1組態(tài)王6.53的特點(diǎn)組態(tài)王6.53是運(yùn)行在Windows98/NT/2000上的一種組態(tài)軟件，使用組態(tài)王，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系