【正文】 ........... 28 設(shè)備連接 ..................................................................................................... 29 腳本程序介紹 ............................................................................................. 32 5 調(diào)試 .......................................................................................................................... 35 模擬調(diào)試 ........................................................................................................... 35 硬件功能性調(diào)試 ............................................................................................... 40 系統(tǒng)總體調(diào)試 ................................................................................................... 40 6 結(jié)論 .......................................................................................................................... 42 謝辭 .............................................................................................................................. 43 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 44 附錄一 PLC 程序控制梯形圖 ................................................................................... 45 附錄二 MCGS 腳本程序 ........................................................................................... 55 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 1 1 緒 論 設(shè)計(jì)背景 水是人類生活中必不可 少的，尤其隨著工業(yè)的發(fā)展無(wú)論是生活還是生產(chǎn)中對(duì)水資源的需求量越來(lái)越大。但水資源屬于不可再生資源，必須加以合理的開發(fā)利用。我國(guó)淡水資源總量雖大但人占有量不足，僅為世界平均值的 1/4。在上次淡水資源調(diào)查中，全球 149 個(gè)國(guó)家參加調(diào)查，我國(guó)人均淡水資源占有量位居第 110位，淡水資源貧乏。而且在全國(guó) 500 多個(gè)城市中，許多北方城市嚴(yán)重缺水，加之水資源的空間分布極不缺水現(xiàn)象更為其嚴(yán)重，人均擁有淡水量?jī)H有全國(guó)人均的1/10??1 。更令人擔(dān)憂的是淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重，隨著淡水總量不斷減少 ，用水成本越來(lái)越高，如果不加以合理管理，必將形成惡性循環(huán)。我國(guó)北方地區(qū)已出現(xiàn)眾多環(huán)境問(wèn)題，如水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔鞯?，水資源的超采，己形成漏斗地勢(shì)。如何合理運(yùn)用淡水資源己經(jīng)成為我國(guó)正在研究的課題。 隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響人民生活的重要因素，加之目前我國(guó)城市用水重復(fù)利用率小。 如何建立合理有效的污水處理系統(tǒng)已成為我國(guó)亟待解決的 問(wèn)題。目前全國(guó)城市污水達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的有效率僅有 10%，大部分 污 水未經(jīng)處理就直接排入河流、湖泊和海洋。如何有效快速的對(duì)城市污水進(jìn)行處理，提高水資源利用率，已經(jīng)刻不容緩。環(huán)境污 染的加重，水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化等一系列問(wèn)題，都需要我們通過(guò)污水處理問(wèn)題解決。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水資源污染，在我國(guó)約 3 億的飲水不和諧現(xiàn)象中，飲用超標(biāo)水的占 億人。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，未來(lái) 90 年全球氣候變暖加劇，到 2100 年，地球表面將有 1/3 的面積沙漠化，干旱將成為全球人類生存的威脅 [2]。為了防止這些現(xiàn)象產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，合理利用水資源，尤其是城市污水處理的自動(dòng)化完善已經(jīng)迫在眉睫。世界各國(guó)為了突破由水資源短缺而造成經(jīng)濟(jì)發(fā)展停滯的障礙，越來(lái)越重視水處理技術(shù)，希望通過(guò)各種水處理技術(shù)提高所供應(yīng)的生活用水質(zhì)量、工業(yè) 用水質(zhì)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。并在城市污水處理過(guò)程中，經(jīng)過(guò) SBR 污水處理法處理的污水，可以直接排放到河道中，真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境、合理利用水資源的目的。隨著環(huán)境保護(hù)者的呼吁，人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越高，城市污水處理未經(jīng)處理直接排放是絕對(duì)不能容忍的，因此污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)與利用已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性。在城市污水處理過(guò)程中，污水主要來(lái)自城市居民生活污水，污水成分多樣，因此對(duì)城市污水處理的工藝和控制方式提出了較高的要求。 研究目的和意義 隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民的生活水平也在不斷地提高，但 環(huán)境問(wèn)題卻不容樂(lè)觀。尤其是現(xiàn)在各城市發(fā)展飛速，城市 污水 的隨意排放 造成 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 2 了很嚴(yán)重的 環(huán)境污染 問(wèn)題。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了社會(huì)各界 的 廣泛 關(guān)注， 因?yàn)檫@不僅影響了城市形象，更與我們生活息息相關(guān)，近年來(lái) 治理水污染環(huán)境的課題已 被列入世界環(huán)保組織的工作日程 ，其重要性可見一斑 。雖然我國(guó)年平均水資源總 量 為 28000 億 m3，居世界第 4 位， 但仍改變不了我國(guó)水資源短缺的現(xiàn)實(shí)，因?yàn)殡m然水資源總量很多，但 人均水資源量 不足，僅 為 2220m3， 居世界第 110 位，是 世界上 13 個(gè)缺水國(guó)家之一。在我國(guó)各城市中約有 300 個(gè)城市缺水，其中 50個(gè) 城市嚴(yán) 重缺水。據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)， 一般情況下 全國(guó)年缺水總里約為300 億～ 400 億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá) 2300 億，僅次于 洪澇災(zāi)害。水資溝的匱乏和水資源的污染， 已 經(jīng) 成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展、影響人民生活水平提高的一大阻礙 [3]。因此建設(shè)符合我國(guó)國(guó)情的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì) 有效的改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展 和諧社會(huì)、 構(gòu)建“美麗中國(guó)”同時(shí)又保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)又快又好的 發(fā)展具有重要意義 。 污水處理現(xiàn)狀 國(guó)外的污水處理廠很早就實(shí)現(xiàn)了污水處理 自動(dòng)化， 如 DCS/FCS 系統(tǒng) ，之所以會(huì)有這樣的效果是因?yàn)閲?guó)外 控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通 訊技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 發(fā)展比較快 ， 并成功 將 SCADA 技術(shù)引入到了 污水處理 工程中， 效果非常好 。一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元 PLC 的開發(fā)， 更推進(jìn)了污水處理的自動(dòng)化控制的進(jìn)程，許多價(jià)格合理、功能全面的 PLC 相繼研制出了，如 AB 公司的 SLC 系列、 Siemens的 S7 系列、 Schneider 的 TSX Quantum DO、化學(xué)需氧量 COD 分析儀。國(guó)外污水處理自控系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)： 通過(guò)高精度 的水質(zhì)分析儀表 對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行 在線監(jiān)控 ， 根據(jù)需要 記錄下來(lái) 處理過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和輸出報(bào)表 ； 生產(chǎn)過(guò)程中 根據(jù)水質(zhì)和水源的變化 采用智能控 制， 按需要對(duì)污水處理過(guò)程進(jìn)行不同程度上 自動(dòng)的調(diào)整 ；充分 利用電話網(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 社會(huì)信息資源 ，基本實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作，而非人工手動(dòng)操作，自動(dòng)化程度高 。 在 污水處理自動(dòng)化控制 方面， 我國(guó) 與國(guó)外相比起步較晚 。 70 年代 開始 采用熱工儀表， 在污水處理控制方面基本 實(shí) 現(xiàn)了 集中巡檢； 80 年代 ， DCS 系統(tǒng) 及 分析儀表 廣泛應(yīng)用于污水處理控制中 ； 90 年代， 眾多 大型污水處理廠 投資建成，使 我國(guó)污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平 ， 提升 很快 。目前 ， 我國(guó)城市 污水處理控制水平 基本 可以分為三個(gè) 模式 ： 手動(dòng) 模式 ：操作員 對(duì) 分散儀表 采 集 到的 數(shù)據(jù) （ 液位、流量、溫度、濁度、 PH 值等 ）進(jìn)行 現(xiàn)場(chǎng)控制 ，也就是說(shuō)， 在這種 工作狀態(tài)下 ， 系統(tǒng) 完全由人工操作 。所以由于人為處理的延遲性與滯后性 ， 難免對(duì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性造成影響 ， 不但 出水質(zhì)量難以保證， 而 且 人 工 操作 繁瑣 ，容易發(fā)生錯(cuò)誤， 造成 設(shè)備和裝置不能 完全利用 。但是這種控制方式 也有自己的有點(diǎn)，比如 投資少、 易實(shí)現(xiàn)， 所以 主要在一些小型 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 3 城市 污水處理 廠 應(yīng)用。 半自動(dòng)控制 模式 ： 顧名思義，半自動(dòng)模式只通過(guò) 上位機(jī) 界面按鈕遠(yuǎn)程 遙控部分設(shè)備的啟停， 有一部分設(shè)備還是需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行手動(dòng)處理的。在此種模式下傳感器將數(shù)據(jù)傳到控制室，通過(guò) 上位機(jī)界面顯示的流體的 液位、流量、 PH值等 ，根據(jù)顯示的信息下達(dá)操作指令，自動(dòng)完成一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的操作，二需要實(shí)時(shí)記錄參數(shù)的操作，需要人工手動(dòng)完成?？梢姶朔N模式下，過(guò)多的加入了人為操作，處理流程不能自動(dòng)連貫進(jìn)行，加之人為操作誤差或時(shí)間上的滯后，所以此種模式 出水 品質(zhì)并不穩(wěn)定 ， 但其以資金投入量小，一直深受 國(guó)內(nèi)中、小型污水處理廠 的青睞 。 全自動(dòng)控制 模式 ： 通過(guò)電腦技術(shù) 與多層次的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 的協(xié)調(diào)配合，從而實(shí)現(xiàn) 污水處理的 自動(dòng)控制。 在 生產(chǎn)過(guò)程中 下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)， 數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng) 運(yùn)算處理， 通信網(wǎng)送入下位機(jī) 的 PLC 控制單元 ， 實(shí)現(xiàn) 通過(guò)上位機(jī)界面遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的 要求 。上位機(jī)的工控計(jì)算機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議， 以太網(wǎng)為媒介 實(shí)現(xiàn)信息的集成管理，上 位機(jī)與 下位機(jī)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送采集 到的數(shù)據(jù) 和遠(yuǎn)程控制 操作指令 。 基于此種模式靈活便捷，反應(yīng)迅速，可靠性高， 是 目前污水處理 控制 系統(tǒng)發(fā)展 的 趨勢(shì) [4]。 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)面向中、小型城市污水處理廠，采用 PLC 作為控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)污水處理自動(dòng) /手動(dòng)控制，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過(guò)程監(jiān)控功能，并利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、工業(yè)參數(shù)設(shè)置、報(bào)警顯示等功能。 主要任 務(wù)： 1． 研究常用的污水處理方法，設(shè)計(jì)可行性解決方案，并根據(jù)方案對(duì)過(guò)程儀表進(jìn)行選型； 2． 編寫 PLC 控制程序（順序梯形圖），采用手動(dòng)控制和自動(dòng)運(yùn)行兩種控制模式完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過(guò)程監(jiān)控功能； 3． 采用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)友好的人機(jī)監(jiān)控界面，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)記錄、工業(yè)參數(shù)設(shè)置、報(bào)警顯示等功能； 4． 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行聯(lián)機(jī)測(cè)試，完成系統(tǒng)功能。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 4 2 污水處理工藝流程 常用的污水處理工藝 污水處理對(duì)象不同，環(huán)境不同，需要的污水處理工藝不同。因此，在選擇污水處理工藝時(shí)必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯木唧w情況，根 據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用不同的污水處理方法。 污水處理工藝主要有物理工藝、化學(xué)工藝、物理化學(xué)工藝以及生物工藝等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以混合使用。目前，城市污水處理方法中以活性污泥處理法為主，以物理處理法和化學(xué)處理法為輔。常用的污水處理工藝主要有以下幾種。 1． 傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種古老的工業(yè)污水處理工藝，其核心組成部分為曝氣池與沉淀池，其處理流程如圖 21 所示。 圖 21 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 污水中停留在曝氣池中，污水中的大部分有機(jī)物被曝氣池中的微生物吸附，并且在曝 氣池中被氧化成無(wú)機(jī)物，然后在經(jīng)過(guò)沉淀池沉 淀，清水排除， 沉淀后的一 部分活性泥回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：去除有機(jī)物 效 率高， 沉淀 池的容積小，耗電省， 成本低。 但 該工藝 也有 缺點(diǎn) ，如 普通曝氣池占地多， 資金投入大，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍 較 小 ， 污泥膨脹現(xiàn)象 嚴(yán)重 ，磷 、 氮 去除率 比較 低。 曝氣池 （微生物吸附有機(jī)物氧化為無(wú)機(jī)物） 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水排出 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 5 2． A/O 法。 A/O 法是傳統(tǒng)活性污泥法的升級(jí)版，其中 A 表示 Anoxic（缺氧的）， O 表示 Oxic（好氧的）。 A/O 法作為一種缺氧 /好氧生物污水處理工藝，其反應(yīng)機(jī)理是通過(guò)增加好氧池與缺氧池所形成的硝化 /反硝化反應(yīng)系統(tǒng)， 脫氮效果很明顯。但此硝化 /反硝化反應(yīng)系統(tǒng)需要得到較好的控制，因此該工藝管理要求較高，也成為此工藝的一大缺點(diǎn)。其工藝流程如圖 22 所示： 圖 22 A/O法工藝流程圖 3． A/A/O 法。 A/A/O 法也是 基于 傳統(tǒng)活性污泥法 發(fā)展起來(lái)的一種污水處理工藝， A/A，前一個(gè) A 表 示 Anaerobic（厭氧的），后一個(gè) 表示 Anoxic（缺氧的） ，O 代表（好