1、信息職業技術學院學生畢業設計（論文）報告系別： 電子與電氣工程學院 專業： 電氣自動化 班 號： 電氣104 學 生 姓 名： 升浩 學 生 學 號： 1005093429 設計（論文）題目：基于S7-200的工業污水處理系統指 導 教 師： 陸杰峰 設 計 地 點： 信息職業技術學院 起 迄 日 期： 2012.9.1-2013.6.5 畢業設計（論文）任務書專業 電氣自動化 班級 電氣104 升浩 實踐單位名稱： 實踐崗位名稱：崗位職責： 電控柜的安裝于調試 ，同時要兼顧外地出差的指導安裝于調試工作 ， 崗位能力要求： 懂的電氣原理圖，能夠達到看圖接線。知道電機的基本知識，具備西門子plc

2、200、三菱plc的硬件和軟件基礎，熟練操作常用的組態軟件，了解傳感器的檢測原理，以與電動機的工作原理，現場控制柜的設計原理和必要的安全保護。對個人的自學能力有著較高的要求。 一、課題名稱：基于S7-200工業污水處理系統二、主要技術指標（或基本要求）： 運用S7-200plc實現對污水的處理控制， SBR間歇式操作的污水處理技術，A/B法是吸附生物降解法， 三、主要工作容： 工業污水處理的工藝選擇 ，設計出污水處理的控制形式與控制要求； 電氣圖的繪制、設計的總體流程安裝方案的選擇； 硬件的選取（包括plc的選取，傳感器的類型，工業硬件的選用）； 程序的編寫、下載以與后期的不斷調試；對以上的設

3、計結合實際進行不斷地完善直至最初的設計初衷。 四、主要參考文獻：_培山，鐘昆.基于PLC的工業污水處理廠自控系統的實現J.控制系統,2006,5（1）：82-83._ 唐宇毅.電廠含油工業污水處理的PLC控制系統設計D.：工業大學，2005._ 振強，王暉，玉峰.可編程控制原理與應用教程 M.：清華大學，2005.2._ 權，吳尚慶.變頻器應用技術 M.：華南理工大學.2009.1.學 生（簽名） 年 月 日 指 導 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日系 主 任（簽名） 年 月 日畢業設計（論文）開題報告設計（論文）題目基于s7-200的工業污水處理一、 選題的背景和意義

4、：水在人們的生活中扮演著不可缺少的角色，它在推動社會進步、促進工農業生產能力方面顯得舉足輕重。水資源又是不可再生資源，我國約有50個城市屬于嚴重缺水。工業用水占據了很大一部分比例，如果這些污水無凈化排出必定會對周圍環境造成很大的污染，從而工業污水的處理在是當下社會急需解決的問題。保證污水處理過程中的正常運行，減少運行成本成為相關部門所關注的問題。雖然我國在這方面投入的人員遠高于發達國家，但數據顯示我國城市污水處理的處理深度和發達國家有不小的差距，這樣就更加重視污水對現代人們生活造成的影響。造成這種結果的原因主要有幾個方面：污水處理管理水平低、自動控制手段差。因此建設符合我國國情的污水處理系統對

5、降低污水處理成本、改善環境、可持續發展方面有重要的意義。二、 課題研究的主要容：1、 用s7-200plc實現對污水水位的控制2、 用傳感器實現對污水水位的實時監測3、 用plc實現對武術現場所包含的各種有害物質的自動清除4、 用plc信號實現對現場儀表采集數據進行分析，當超過設置報警值時發出報警信號5、 使經過處理的污水達到國家的規定標準三、 主要研究（設計）方法論述：1、查閱資料、選定設計方案2、確定設計方案3、確定plc的類型與工藝流程4、編寫程序并進行調試5、比較得出結論6、撰寫設計論文四、設計（論文）進度安排：時間（迄止日期）工 作 容2012.11.12012.11.12畢業設計選

6、題2012.11.152012.11.17完成開題報告、任務書并交指導教師 2012.11.202012.11.28收集資料2012.12.22012.12.20 畢業設計（初稿）2012.12.32012.12.28 完成初稿并交指導老師 2012.1.102012.1.25 將畢業設計報告進行修改、充實、完善2012.3.202012.4.10確定最終稿件版本2012.5.202012.5.25 打印并交最終上交稿件2012.6.5答辯五、指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日基于S7-200PLC的工業污水處理控制系統的設計目 錄摘 要Abst

7、ract第1章緒 論11.1工業污水處理的國外現狀11.2課題的背景21.3研究目的和意義21.4課題主要設計的容2第2章工業污水處理控制系統總體介紹42.1工業污水處理基本概念42.2 常用的工業污水處理工藝42.3本設計系統工業污水處理工藝與描述：62.3.1工業污水處理系統控制形式72.4 工業污水處理系統的功能要求72.4.1信號輸入82.4.2控制輸出信號8第3章硬件系統配置93.1主要組成部分93.2電氣控制系統103.3工業污水處理系統的工作原理103.3.1控制系統總體框圖103.3.2工作過程113.3.3工業污水處理系統主電路設計113.4 PLC選型123.5 PLC的I

8、/O資源配置123.5.1數字量輸入部分133.5.2數字量輸出部分133.5.3模擬量輸入部分143.5.4 模擬量輸出部分143.6其他資源配置153.6.1接觸器選型153.6.2變頻器簡介163.6.3變頻與變壓(VVVF)原理163.6.4變頻調速的基本原理173.6.5變頻器選型183.6.6變頻器參數設置183.6.7電動機的選型193.6.8液位差計193.6.9溶解氧儀20第4章軟件系統設計214.1總體流程設計214.1.1手動模式214.1.2自動模式224.2曝氣過程控制的任務294.3氯氣投加環節304.4絮凝劑投加環304.5 PID控制314.6 PLC和變頻器通

9、訊31第5章調試和運行結果335.1程序335.2硬件系統的調試345.3軟件系統的調試345.4運行結果34第6章結 論36參考文獻37答辭38附錄4042 / 51摘 要目前，我國大多數污水處理控制系統自動化水平不高、安全性低、管理不當，效率普遍低于世界標準。污水處理系統中的曝氣過程控制、數據通訊和監控管理是急需解決的主要問題。中國污水處理自控系統相對落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質不穩定，所以如何建立有效的自控系統，優化運行效果，減少運行費用，具有重要意義。本文介紹了工廠污水處理的基本工藝和流程，并通過研究設計一套基于PLC控制的污水處理系統。文章首先介紹了基于

10、PLC污水處理控制系統的工藝與相關流程，控制系統硬件結構與設計、工作原理以與設計PLC控制系統的基本原則和步驟，來說明PLC在污水處理過程中的應用。先根據污水處理要求設計了設備的電器控制與自動控制線路，主要包括設備的啟停、狀態信號故障信號、和信號采集等，最后按照工藝要求設計PLC控制系統，其中包括PLC的選型、系統資源配置以與按照污水處理工藝編制PLC程序。關鍵詞：污水處理，PLC，工藝流程 AbstractAt present, our country most sewage treatment control system automation level is not high, saf

11、ety is low, the improper management, efficiency generally lower than the world standard. Sewage treatment system of aeration process control, data communication and monitoring management is the main problem to solve. China's sewage treatment automatic control system is relatively backward, sewag

12、e treatment cost remains high, sewage plant emissions of treated sewage water quality is not stable, so how to establish an effective automatic control system, optimizing operation effect, to reduce the operation cost, has the important meaning.This paper introduces the basic technology of sewage tr

13、eatment plant and process, and through the research design based on a set of PLC control of the sewage treatment system. This article first introduces the sewage treatment control system based on PLC technology and related process. the control system hardware structure and design, working principle

14、and design PLC control system of the basic principles and steps, to explain PLC in the sewage treatment in the process of the application. First, according to the sewage treatment equipment for the design of electrical control and automatic control circuit, mainly including equipment start-stop, sta

15、tus signal fault signal, and the signal acquisition and so on, finally according to requirement of process design PLC control system, including PLC selection, system and resource allocation in accordance with the sewage treatment process PLC program.Keywords: sewage treatment, PLC, process flow第1章緒

16、論水與人的生活息息相關，特別在現代社會生活與生產中人們對水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據報道我國人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個國家（參與統計國家中），我國人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國水資源時空分布極不均衡，全國500多個城市缺水，其中多個嚴重缺水，北方地區缺水現象尤其嚴重，人均擁有淡水量僅有240噸。令人擔憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費非常嚴重。我國北方地區水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水斷流、生態惡化。淡水資源的短缺己經成為我國急需解決的問題。我國淡水資源不斷減少，而且污染

17、現象較為嚴重。隨著社會的發展，水資源已經成為影響工業發展的重要因素，現代工業中生產工藝和設備對水質要求越來越高。但是我國工業用水耗費高，重復利用水少，中水使用率不高，有關資料顯示，我國的工業用水重復利用率平均為40%50%。目前全國城市污廢水的處理率（達排放標準的）僅有10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復利用率低、污染嚴重是我國工業系統水資源利用的突出問題。嚴重的環境污染使有限的水資源日益減少、水質日益惡化，無疑是“雪上加霜”。據統計，由于水質污染，我國已有大約3億人的飲水發生不安全現象，其中1.9億人的飲水是超標水。氣象學家預測，2100年全球變暖加劇，地表將有

18、1/3的面積變為沙漠，那時，干旱將威脅全球一半的大陸人類的生存。這些現象都是水污染產生的嚴重后果，因此工業污水處理項目的實施已經刻不容緩。眾多跡象表面，水資源的短缺無疑將成為制約經濟持續協調發展的瓶頸，因此世界各國越來越重視水處理和水的再利用，通過各種技術進一步提高供水質量，提高經濟效益。并且工業污水處理過程中，經過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業生產提供二次能源，真正實現變廢為寶、循環經濟的目的。隨著環境保護的呼聲越來越高，工業污水處理已經體現出其必要性和緊迫性，對于各種污水進行處理后排放成為各企業基本的要求。在工廠的工業污水處理過程中，污水來源的不穩定以與工廠中各種污

19、水的成分的復雜性，對工業污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。1.1工業污水處理的國外現狀我國工業污水處理技術從“七五”國家科技攻關開始逐步進行研究。“七五”和“八五”攻關項目在氧化塘、土地處理和復合生態系統等自然處理技術方面的研究較多，以這些成果為設計依據，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示工程。在人工處理技術方面，“八五”對高負荷活性污泥、高負荷生物膜、一體化氧化溝技術進行了深入研究。研究成果己被應用于大批工業污水處理廠。污水廠污泥處置問題在“九五”科技攻關中受到重視，并配套開發成套的污泥處理。經過“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國在工業污水處理技術方面取得了較大的成就。目

20、前在水污染治理技術上，我國已能提供下列工藝技術傳統活性污泥法技術、各種新型活性污泥工藝如：SBR法和氧化溝技術等、酸化水解好氧技術和多種類型的穩定塘技術等，這些污水治理技術已經在水體污染、改善水體環境方面發揮了突出的作用，標志著我國工業污水處理事業發展到了一個嶄新的階段。現階段，我國工業污水處理的工作重點已經從工藝技術的研究轉移到具體項目的實施。國際上，大規模的水污染治理是在第二次世界大戰后，隨著50年代經濟的蓬勃發展帶來的60年代日益嚴重性的環境污染而展開的。工業污水處理設施中，城市排水管線和工業污水處理廠的興建和運行在水污染控制中發揮著骨干作用。至70年代末，美國投入了數千億美元興建了18

21、000余座城市工業污水處理廠，英國、法國、德國更耗費了巨額資金興建了7000至8000座城市工業污水處理廠。這些工業污水處理廠的投入對國家的水體污染改善起了關鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經驗。現在，這些國家的工業污水處理水平又有了進一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設施，對水體質量改善和水環境保護起了重大的作用。1.2課題的背景未來10年，中國工業污水處理項目工程建設投資將超過2500億元，其中工業污水處理設備投入約300億元。采用先進、實用的技術改造傳統工藝，在環保工程中廣泛采用先進的自動控制技術，是推動環保產業升級，實現環保發展戰略的重要環節。在這種形勢下工業污水處理自動化

22、控制系統無疑是一個具有巨大的社會效益、環境效益與經濟效益的研究課題。對于環境保護問題，國務院明確規定所有工業污染源都必須達到排放標。其中處理過的污水還可以循環再利用，由于我國是一個水資源匱乏的國家，而且時空分布上極不均勻，許多地區和城市嚴重缺水。所以水資源也是一種保護。因此，從環保、注水等多方面的因素考慮，對于工業污水處理非常有必要。因此，有效的結合目前最新的工藝狀況、計量自控檢測儀表使用、PLC 控制系統技術，將為當前工業污水處理控制系統提供有效的自控方法。1.3研究目的和意義世界任何國家的經濟發展，都會推進社會進步、促進工農業生產能力，使人民生活得到進一步改善，但是也隨之帶來不同程度的環境

23、污染，污水也是造成環境污染的來源之一。這個污染源的出現引起了世界各國政府的關注，治理水污染環境的課題被列入世界環保組織的工作日程。我國是一個嚴重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總最為28000 億m2，居世界第6 位，人均水資源量為2220m2，居世界第110 位，已經被聯合國列為世界上13個缺水國家之一。目前我國約300個城市缺水，其中嚴重缺水城市有5O個。據中國經濟信息網分析統計，全國按目前正常需要，年缺水總里約為300 億400 億立方米，因缺水造成的經濟損失每年達2300 億。超過洪澇災害。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經嚴重的影響了人民的日常生活，嚴重的影響了我國的經濟建設和發展。因

24、此建設符合我國國情的污水廠自動控制系統對降低工業污水處理成本、改善環境、建立可持續發展社會和和諧社會、保持我國經濟高速發展具有重要意義。1.4課題主要設計的容本課題主要設計的容是工業工業污水處理工藝與工業污水處理系統的組成和PLC控制系統設計,主要由以下容組成：（1）介紹了工業污水處理的基本容，包括工業污水處理的發展現狀以與工業污水處理的工藝流程；（2）介紹了PLC的基本結構和工作原理，并對工業污水處理控制系統進行設計分析；（3）具體分析設計工業污水處理的硬件系統；（4）具體分析設計工業污水處理的軟件系統； （5）工業污水處理系統的調試與運行。第2章工業污水處理控制系統總體介紹2.1工業污水處

25、理基本概念城市污水、生活污水、生產污水或經過工業企業局部處理后的生產污水，往往都排入排水系統。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質外，還含有細菌、病毒等使人致病的微生物。經處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復使用。污水污染物可根據化學性質和物理形態進行不同的分類。按化學性質，污水中的污染物質可分為無機性物質和有機性物質，其化學元素以炭、氮、磷為主。按物理形態，污水中的污染物質可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質、膠體污染物質和溶解性污染物質。好氧有機污染物的性質穩定，在微生物的作用下，借助微生物的新代功能而降解為無機物，如二氧

26、化碳、水、硝酸根離子等穩定的無機物。有機物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實際中，采用以下的幾個綜合污染指標來表述：生物化學需氧量或生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand, BOD）mg/L、化學需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機碳(Total Organic Carbon) mg/L、總需氧量(Total Oxygen Demand) mg/L。雖然BOD20。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時間太長，需20天。考慮到好氧分解速率一般在開始的幾天最快，在20溫度下

27、，污水五日生化需氧量(BOD5)，約占BOD20的70%80%，因此把BOD5作為衡量污染水的有機物濃度指標。化學需氧量(COD)的特點是能夠精確的表示污水中有機物的含量，并且測定時間短，但它不能像BOD那樣表示出微生物氧化的有機物量。2.2 常用的工業污水處理工藝不同的工業污水處理對象，不同的工業污水處理環境，將需要有不同的工業污水處理工藝來處理。因此，在選擇工業污水處理工藝的時候必需要認真考慮當地污水的情況，以與實際的工業污水處理的環境。工業污水處理的方法主要有物理、化學、物理化學，以與生物等幾種。這些方法根據實際情況，可以單一使用，也可以針對不同的污水混合使用。目前，工業污水處理的方法一

28、般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學處理法。常用的工業污水處理工藝有以下幾種。（1） 傳統活性污泥法。傳統活性污泥處理法是一種最古老的工業污水處理工藝，其工業污水處理的關鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關系框圖如圖2-1所示。曝氣池（微生物吸附有機物氧化為無機物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出圖2-1傳統活性污泥法工藝流程圖污水中的有機物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中經過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。該工藝的優點有：有機物去除率高，污泥負荷高，池的容積小，耗電省，運行成本低。該工藝的

29、缺點有：普通曝氣池占地多，建設投資大，滿足國家標準相關指標圍小、易產生污泥膨脹現象，磷和氮的去除率低。（2）A/O法。A/O法是在傳統活性污泥法的基礎上發展起來的一種工業污水處理工藝，其中A代表Anoxic（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一種缺氧-好氧生物工業污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化-反硝化反應系統，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化-反硝化反應系統需要得到很好的控制，這樣就對該工藝提出了更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺點。其工藝流程圖如下：圖2-2 A/O法工藝流程圖（3）A2/O法。A2/O法也是在傳統活性污泥法

30、的基礎上發展起來的一種工業污水處理工藝，其中A2，即A-A，前一個A代表Anaerobic（厭氧的），后一個A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的）。A2/O是一種厭氧缺氧好氧工業污水處理工藝。A2O法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對除磷脫氮有要求的工業污水處理。因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市工業污水處理廠，一般首選A2/O工藝。其工藝流程圖如圖2.3所示。圖2-3 A2/O法工藝流程圖（4）A/B法。A/B法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統。高負荷段停留時間約為2040min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發生不

31、完全氧化反應，去除BOD達50%以上。B段與常規活性污泥法相識，負荷較低。AB法中A段效率很高，并有較強的緩沖能力。B段起到出水把關作用，處理穩定性較好。對于高濃度的工業污水處理，AB法具有很好的適用性，并有較高的節能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優勢最為明顯。但是，AB法污泥產量較大，A段污泥有機物含量極高，因此必須添加污泥后續穩定化處理，這樣就將增加一定的投資和費用。另外，由于A段去除了較多的BOD，造成了碳源不足，難以實現脫氮工藝的要求。對于污水濃度低 的場合，B段也比較困難，也難以發揮優勢。總體而言，AB法工藝較適合于污水濃度高，具有污泥消化等后續處理設施的大中規模的城市工

32、業污水處理廠，且有明顯的節能效果，而對于有脫氮要求的城市工業污水處理廠，一般不宜采用。（5）SBR法。SBR法是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時間順序間歇式操作的污水生物處理技術，也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥工業污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。其反應機理與去除污染物的機理與傳統的活性污泥法基本一樣，只是運行操作方式不盡一樣。SBR法與傳統的水處理工藝的最大區別在于它是以時間順序來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩態生化反應代替生化反應，靜置理想沉淀代替動態沉淀等。整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的，但是通過多個單元組合調度后又是連續的，在運行上實現

33、了有序和間歇操作相結合。2.3本設計系統工業污水處理工藝與描述：本工業污水處理工藝流程圖如下圖2-4所示：圖2-4 工藝流程圖污水由進水系統通過粗格柵和清污機進行初步排除大塊雜質物體，到達除砂池中。在除砂池系統中細格柵和轉鼓清污機進一步凈化污水中的細小顆粒物體，將污水中的細小沙粒濾除后進入氧化溝反應池。在該氧化溝系統中進行生化處理，分解污水中的有害物質，此環節用到一些化學藥劑來加強處理效果，如復合堿、氯氣、油絮凝劑等。對污水進行除油、消毒、調整PH值。同時在該系統中設置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對污水中的含氧量進行檢測，根據其反饋到PLC的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧的含量

34、。潛水攪拌機的作用是推進水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經處理的污水進入沉淀池中，在刮泥機的作用下進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用更加容易沉降。污水經沉淀池處理最后到達脫水環節，離心式脫水機作用下進行脫水處理后排出清水。2.3.1工業污水處理系統控制形式早期的控制系統多采用繼電器接觸器控制系統，但隨著電子技術的飛速發展，控制要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現代工業污水處理系統的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是DCS、現場總線控制、PLC等控制方。（

35、1）DCS系統。DCS是集散控制系統的簡稱，又稱為分布式計算機控制系統，是由計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通信網絡技術等相互滲透形成的。由計算機和現場終端組成，通過網絡將現場控制站、檢測站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產過程，可提高生產自動化水平和管理水平，其主要特點如下：采用分級分布式控制，減少了系統的信息傳輸量，使系統應用程序比較簡單。實現了真正的分散控制，使系統的危險性分散，可靠性提高。擴展能力較強。軟硬件資源豐富，可適應各種要求。實時性好，響應快。（2）現場總線控制系統。現場總線控制系統是由DCS和PLC發展而來的，是基于現場

36、總線的自動控制系統。該系統按照公開、規的通信協議在智能設備之間，以與智能設備與計算機之間進行數據傳輸和交換，從而實現控制與管理一體化的自動控制系統，其優點：可以用計算機豐富的軟件、硬件資源。響應快，實時性好。通信協議公開，不同產品可互連。（3）PLC系統。PLC是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統的控制器，實現控制系統的功能要求，也可利用計算機作為其上位機，通過網絡連接PLC，對生產過程進行實時監控，其特點如下：編程方便，開發周期短，維護容易。通用性強，使用方便。控制功能強。模塊化結構，擴展能力強。2.4 工業污水處理系統的功能要求工業污水處理系統的主要功能是完成對城市污水的凈化的作用，

37、將城市中排除的污水通過該系統處理后，輸出符合國家標準的水質。長期以來，工業污水處理技術雖然經過了迅速發展，但仍滯后于城市發展的需要，工業污水處理率低、設備運轉率低等極影響了城市發展。為實現工業污水處理技術的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現自動化的控制過程，采用PLC作為核心控制器是個較好的方案。PLC作為工業污水處理系統的控制系統使得設計過程變得更加簡單，可實現的功能變得更多。與各類人機界面的通信可完成PLC控制系統的監視，同時使用戶可通過操作界面功能控制PLC系統。由于PLC的CPU強大的網絡通信能力，使得工業污水處理系統的數據傳輸與通信變得可能，并且也可實現其遠程監控。 利用PLC作為

38、控制器的工業污水處理系統主要涉與兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。2.4.1信號輸入工業污水處理系統信號輸入檢測方面主要涉與四類信號的監測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以與曝氣池中含氧量的輸入檢測。（1）按鈕輸入檢測。大多數為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水攪拌機啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以與變頻加速減速按鈕等。（2）液位差輸入檢測。檢測粗細格柵兩側液位差，用來控制清污機的啟動與停止。（3）液位高低輸入檢測。檢測進水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水

39、泵或污泥回流泵的啟動和停止，以與投入運行的潛水泵的數量。（4）含氧量輸入檢測。以上三種都為數字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是工業污水處理系統中最重要的環節，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機增加或減少其含氧量。通過將溶解氧儀設置在適當位置上，將檢測值反饋到PLC中，通過運算輸出控制曝氣機的轉速信號。當溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴重時甚至導致處理失效，因此需要增加曝氣機轉速以增加供氧量；當溶解氧值偏高時，導致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的圍。2.4.2控

40、制輸出信號 信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數字量輸出，即各類設備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。（1）數字量輸出。控制各類設備的啟動和停止，包括：格柵機啟停、清污機啟停、潛水泵啟停、潛水攪拌器啟停、污泥回流泵等設備。（2）模擬量輸出通過PLC中PID運算后的數據，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機的轉速，最后達到控制污水中含氧量的要求。第3章硬件系統配置氧化溝是工業污水處理系統中的重要環節，其結構的不同形成了不同的氧化方法例如，奧貝爾、卡魯賽爾和一體化氧化溝法，對于不同的結構，其配套的設備也有較大的不

41、同，所以其結構比較復雜，不同的結構對應不同的控制系統，因此需要根據不同的結構特點設計相應的控制系統。3.1主要組成部分工業污水處理系統的結構比較復雜，設備較多，在氧化溝中其控制過程與原理大致一樣，都是通過控制曝氣機的轉速來調節污水中的含氧量，其基本組成如圖3-1所示。圖3-1工業污水處理系統基本組成示意圖(1）進水系統。進水系統主要有進水管道和進水泵房組成，進水管道主要由粗格柵機和清污機組成，進水泵房主要有兩臺潛水泵組成。進水管道的主要功能是將污水中的大塊物體排除，其中的粗格柵是根據程序設定的時間進行間歇工作，而清污機的運行和停止是根據粗格柵兩側的液位差來決定的，當液位差超過某個值時，啟動清污

42、機；當液位差小于某個值時停止清污機的運行。進水泵房中的潛水泵運行與停止是通過安裝在泵房的液位傳感器來決定的，當液位較低時只啟動一臺潛水泵，當液位較高時啟動兩臺潛水泵，若液位持續升高時，則輸出報警以示意有故障發生。 (2）除砂系統。除砂系統主要由細格柵系統和沉砂池組成，細格柵系統是由細格柵機和轉鼓清污機組成，沉砂池的主要設備是分離機。細格柵系統的主要功能是進一步凈化污水中的顆粒物體，將污水中細小的沙粒濾除，其中的細格柵機是根據程序設定時間進行間歇工作，而轉鼓清污機的運行和停止則根據細格柵兩側的液位差來決定，當液位差超過某個值時，啟動清污機；當液位差小于某個值時停止清污機的運行，這和粗格柵系統的運

43、行方式一致。沉砂池中分離機的運行和后續處理中的轉碟曝氣機的運行同步，即啟動轉碟曝氣機的時候同時啟動分離機，對沉砂池中的沙粒進行排除。(3）氧化溝系統。氧化溝系統由氧化溝和污泥回流系統構成，氧化溝是工業污水處理系統中最重要的環節，因此控制量較多，控制過程叫復雜，包括轉碟曝氣機和潛水攪拌機，污水回流系統主要有污泥回流泵構成。氧化溝的功能是對污水進行生化處理，分解污水中的有害物質，使其達到一定的水質標準，其中是轉碟曝氣機是關鍵設備，在氧化溝中設置有溶解氧儀對污水中的含氧量進行檢測，根據其反饋到PLC的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧的含量。潛水攪拌機的作用是推進水流，同時使氧化溝的污水和

44、活性污泥處于劇烈的攪拌狀態，使他們充分混合接觸。使活性污泥的生化反應更加充分，這樣才能最大程度地分解污水中的有害成分。污水回流系統的污泥回流泵將剩余的污泥與使用過的污泥進行處理，該設備的運行與停止主要根據泵房液位傳感器的狀態，當液位低于某個值時停止回流泵的運行；當液位持續高于某個高位時，回流泵停止運行同時輸出報警信號；液位處于正常狀態時，回流泵正常運行。(4）沉淀系統。沉淀系統主要設備為刮泥機，其功能是對進行氧化溝處理后的污水進行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機在整個系統啟動后就開始持續運行。在該系統中用到一定化學藥劑主要包括混凝劑、絮凝劑、復合堿等，主要用來調節改善混凝條件與絮凝體結構，利

45、用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用，使細小松散的絮凝體變的粗大而緊密，容易發生沉降。(5）污泥脫水環節。污泥脫水系統主要包括離心式脫水機，其主要功能是對氧化池中處理過污水的活性污泥進行脫水處理，由于對污水進行處理后，活性污泥中有新的微生物與其他雜質，因此需要先對活性污泥添加一定量的藥物，便于污泥脫水。離心式脫水機主要有聚合物泵、污泥機和切割機構成，以上設備按照順序控制的方式啟動，依次啟動聚合物泵、污泥機和切割機，完成對污泥的脫水處理。3.2電氣控制系統電氣控制系統主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。由于在該系統中需要檢測較多的數字輸入量，并且還要檢測模擬量的輸入，根據設定的程序進行數據

46、處理后，輸出控制信號，因此系統的控制邏輯與時序就需要嚴格照檢測信號的輸入進行控制。(1）操作面板。操作面板主要包括手動、自動、各類設備的啟動按鈕等。(2）顯示面板。顯示面板由于要顯示較多的數據，因此一般采用觸摸屏或者人機界面。(3）電氣控制柜。電氣控制柜是電氣控制的核心設備，主要包括變頻器、各類傳感器的輸入信號、PLC與其擴展模塊等。3.3工業污水處理系統的工作原理3.3.1控制系統總體框圖工業污水處理系統的電氣控制系統總框圖如圖4-2所示，PLC為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以與相關模擬量的輸入，完成相關設備的運行、停止和調速控制。3-2電氣控制系統框圖3.3.

47、2工作過程在手動狀態下，各類設備的控制是根據操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯控制，即可不根據傳感器的狀態進行控制。在自動方式下進行閉環控制，系統根據檢測到外部傳感器的狀態對設備進行啟停控制，其工作過程如下。(1）接通電源，啟動自動控制方式，啟動潛水攪拌器和刮泥機。(2）運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環進行。(3）根據反饋回來的液位差狀態控制清污機的運行與停止。(4）進水泵房中的潛水泵根據液面高低進行運行、停止與運行數量的控制。 (5）轉碟曝氣機根據溶解氧儀反饋的模擬量經PLC運算后進行控制，同時控制分離機的運行與停止。(6）污泥回流泵的運行與停止根據液面的

48、高低進行控制。(7）在污泥脫水系統中，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設備。3.3.3工業污水處理系統主電路設計圖3-3為工業污水處理系統的主電路圖的部分圖。三臺電機分別為潛水泵電機（M1）、清污機電機（M2）、轉碟曝氣機電機（M3）。接觸器KM3、KM2、KM6分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM5、KM9分別控制M1、M3的變頻運行；FR1、FR2、FR3分別為三臺電機過載保護用的熱繼電器；QF1、主電路的空氣開關；FU1為主電路的熔斷器。選用的MM430變頻器是用來控制電機M1、M3變頻運行的。圖3-3工業污水處理系統部分主電路圖3.4 PLC選型根據工業污水處理

49、系統的電氣控制系統的功能要求，以與其復雜程度，從經濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子S7200系列PLC作為工業污水處理系統的電氣控制系統的控制主機。由于工業污水處理電氣控制系統涉與較多的輸入輸出端口，其控制過程相對復雜，因此采用CPU226作為該控制系統的主機。CPU226在工業污水處理系統中使用的數字量輸入點和輸出點都比較多，因此除了PLC主機自帶的I/O外，還需要擴展一定數量的I/O擴展模塊。在此采用EM223輸入/輸出混合擴展模塊。8點DC輸入8點輸出型。正好可以滿足控制系統的I/O需求。在該系統中，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此需要在擴展一個模擬量輸入輸出擴展模塊

50、。西門子公司專門為S7200系列PLC配置了模擬量輸入輸出模塊EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強的輸出驅動能力，可滿足控制系統的功能要求。3.5 PLC的I/O資源配置根據系統的功能要求，對PLC的I/O進行配置，具體分配如下表。3.5.1數字量輸入部分表3-4 數字輸入量地址分配輸入地址輸入設備輸入地址輸入設備I0.0急停I1.4手動刮泥機啟動I0.1手動方式I1.5手動污泥回流泵啟動I0.2自動方式I1.6手動分離式脫水機啟動I0.3自動啟動確認I1.7手動污泥泵啟動I0.4手動粗格柵機啟動I2.0手動轉碟曝氣機加速I0.5手動清污機啟動I2.1手動轉碟曝氣機減少I0.6手動潛水泵啟

51、動I2.2粗格柵液位差計I0.7手動細格柵機啟動I2.3細格柵液位差計I1.0手動分離機啟動I2.4進水泵房液面高位傳感器I1.1手動轉碟曝氣機工頻啟動I2.5進水泵房液面低位傳感器I1.2手動轉碟曝氣機變頻啟動I2.6污泥回流泵液面高位傳感器I1.3手動潛水攪拌機啟動I2.7污泥回流泵液面低位傳感器3.5.2數字量輸出部分表3-5數字輸出量地址分配輸出地址輸出設備輸出地址輸出設備Q0.0粗格柵機接觸器Q0.7潛水攪拌機接觸器Q0.1清污機接觸器Q1.0刮泥機接觸器Q0.2潛水泵接觸器Q1.1污泥回流泵接觸器Q0.3細格柵機接觸器Q1.2離心式脫水機接觸器Q0.4分離機接觸器Q1.3潛水泵報警

52、Q0.5轉碟曝氣機工頻接觸器Q1.4污泥回流泵報警Q0.6轉碟曝氣機變頻接觸器3.5.3模擬量輸入部分由于需要采集一個溶氧儀所反饋的數據，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體I/O分配，如下表3-6所示。表3-6 模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設備AIW0溶解氧儀3.5.4 模擬量輸出部分在此控制系統中需要將采集回來的模擬量進行數據處理，然后，通過模擬輸出口對變頻器進行控制，進行控制其他設備的運行，如下表3-7所示。表3-7模擬量輸出地址分配輸出地址輸出設備AQW0經PID運算輸出根據控制系統的功能要求，設計出工業污水處理控制系統的硬件連線圖如圖3-8所示，此控制面板上的手動控制部分主要在調

53、試系統時使用，調試完成后基本處于閑置狀態。圖3-8工業污水處理系統PLC硬件接線圖3.6其他資源配置要完成系統的控制功能除了需要PLC主機與其擴展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設備。3.6.1接觸器選型在控制系統中，所有設備是根據控制面板上的按鈕情況或者根據傳感器的反饋值進行動作的，因此需要PLC根據當前的工作情況，以與按鈕的情況來控制所有設備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、轉碟曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、刮泥機接觸器等。為此該系統選用施耐德LC1-D0901M5C交流接觸，其額定電壓220V,額定電流9A。其特點有

54、：高標準：符合IEC60947-4-1和GB14048.4標準。長壽命：機械壽命高達2000萬次；電壽命高達200萬次。強適應性：“TH”防護處理，可以在濕熱的環境中使用。寬電壓：線圈控制電壓在70%-120%Uc之間波動，不影響產品正常工作。強通用性：具有50Hz-60Hz通用線圈，可以全世界通用。模塊化：產品本體上可以附加輔助觸頭，通電/斷電延時觸頭，機械閉鎖等模塊。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星-三角起動器。3.6.2變頻器簡介變頻器的功能是將頻率固定的(通常為50Hz)的交流電變換成頻率連續可調的三相交流電源。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定圍連續可調的三相交流電。變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據中間直流環節的主要儲能元件的不同可分為電壓型和電流型。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環節和逆變器三個部分組成。相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經濾波由電容Cd輸出直流電壓Vd，逆變器將直流Ud變換成頻率可調的交流電源供給電機進行變頻調速。由于中間直流環節是Cd低阻抗輸出相當于是恒壓源，故稱電壓型。