【正文】 h reliability, flexible installation, easy expansion, high ratio of performance to cost a series of advantages, in the industrial control has been more and more widely applied. This paper introduces the automatic control system in sewage treatment plant position, function and how to use PLC to realize the automatic control, and introduces the system encountered in the implementation of the problems and the solving measures. In the sewage treatment in the PLC control system after modification, improves the reliability of automatic control, not only reduces the work .The labor intensity, but also improve the sewage treatment plant operation efficiency and operation efficiency, realize the scientific management of sewage plant. Key Words: Sewage treatment, Programmable Logic Controller, Process flow 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 3 引言 根據(jù)國家統(tǒng)計局 2021 年 在 國際 上 統(tǒng)計 的 數(shù)據(jù) 可以 發(fā)現(xiàn)，我國的人均淡水資源總量為 2132 立方米，而世界人均淡水資源總量為 6624 立方米，中等收入國家和低收入國家的人均淡水資源總量分別為 6589 立方米和 4619 立方米，由此可見我國的淡水資源總量非常短缺 。而且在時空分布上也不均勻，許多地區(qū)和城市嚴重缺水。更嚴重的問題是80%以上的污水沒有經(jīng)有效的處理就直接投進水域，已造成我國 1/3 以上的河段受到污染， 90%以上的城市水域都受到了嚴重污染，大部分城鎮(zhèn)水源都不符合我國飲用水標(biāo)準。水資源短缺和水環(huán)境污染成為我國社會 經(jīng)濟發(fā)展的重要制約因素。當(dāng)今水資源為世界各國所關(guān)注，必須引起我國全黨十分重視。水是人類生存與發(fā)展的不可替代的資源，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。所以推進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，促進人類可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。 1 設(shè)計污水處理系統(tǒng)的緣由 設(shè)計的目的和意義 水資源短缺，是我國 目前 的基本國情和水情。水少、水臟、水浪費嚴重成為橫亙在我國經(jīng)濟社會發(fā)展道路上的三大障礙。節(jié)約水資源、保護水環(huán)境刻不容緩。當(dāng)前和今后一個時期，我國處于全面建設(shè)小康社會、加快推進社會主義現(xiàn)代化建設(shè) 的重要時期 。 發(fā)達國家 200 多年工業(yè)化過程中分階段出現(xiàn)的資源與環(huán)境問題，現(xiàn)階段在我國集中顯現(xiàn)出來。發(fā)達國家在經(jīng)濟高度發(fā)達后花幾十年解決的問題，我們必須在較短的時間內(nèi)加以解決，難度之大、任務(wù)之艱巨前所未有。 為了實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展，為了我國的經(jīng)濟發(fā)展，為了改善我們周圍的水環(huán)境，為了提高人民的生活質(zhì)量，城市污水處理系統(tǒng)必須要進一步完善。 課題的背景 黨中央、國務(wù)院高度重視水資源管理工作。胡錦濤總書記在十七大報告中強調(diào)，要保護土地和水資源，建設(shè)科學(xué)合理的能源資源利用體系，提高能源資源利用效率。報告提出，要積極 推進水價改革，逐步提高水利工程供非農(nóng)業(yè)用水價格，完善水資源費征收管理體制。我們都不難發(fā)現(xiàn)， “ 節(jié)約資源，保護環(huán)境，科學(xué)發(fā)展 ” ，得到了特別的強調(diào)。因此實用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進的自動控制技術(shù)，是推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級，實現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢下工業(yè)污水處理自動化控制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟效益的研究課題。 污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀 我國解決城市污水的凈化問題始于二十世紀 70 年代。我國現(xiàn)有 許多 城市污水處理廠 大部分都是 采用活性污泥法 。 此階段開始重視引進國外先 進技術(shù)和設(shè)備，開展與國外的技術(shù)交流，逐步探索適合我國國情的工程技術(shù)和設(shè)計，為以后的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。 在國際上， 19 世紀經(jīng)濟發(fā)達的國家相繼出現(xiàn)了環(huán)境污染，政府開始意識到加強污XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 水處理的必要性。經(jīng)過 30 多年的大力整治，才基本控制形勢。 課題主要設(shè)計的內(nèi)容 本課題主要設(shè)計的內(nèi)容是城市污水處理工藝及污水處理系統(tǒng)的組成和 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 ,主要由以下內(nèi)容組成： （ 1）介紹了城市污水處理的基本內(nèi)容。 （ 2）介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作控制原理，并對城市污水處理控制系統(tǒng)進行設(shè)計分析； （ 3）具體分析設(shè)計工業(yè)污水處 理系統(tǒng)的硬件組成部分； （ 4）具體分析設(shè)計工業(yè)污水處理系統(tǒng)的軟件組成部分； （ 5）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調(diào)試工作以及模擬運行 。 2 城市污水處理控制系統(tǒng)總體介紹 污水處理概述 所謂城市污水，就是指生活污水和生產(chǎn)污水的混合污水。這些污水不僅含有碳水化合物、各種氨基酸、動植物脂肪、尿素、蛋白質(zhì)和合成洗滌劑等物質(zhì)，還含有各種使人致病甚至喪命的微生物。經(jīng)過處理后的污水，最后出路有三種：排放；灌溉田地；循環(huán)利用。水處理的目的有三種 [1]： (1)去除水中的雜質(zhì)以及污泥，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)。 (3)改變水的物理性質(zhì)。 常用的工業(yè)污水處理工藝 我們常用的污水處理的方法主要有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法以及生物法等幾種。這些方法根據(jù)實際情況，可以單獨使用，也可以針對不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法主要用生物處理法 [2]，并且加上物理法和化學(xué)法結(jié)合使用。常用的工業(yè)污水處理的方法有： （ 1）傳統(tǒng)活性污泥法 傳統(tǒng)活性污泥法又稱普通活性污泥法或推流式活性污泥法，是最早成功應(yīng)用的運行方式， 傳統(tǒng)的活性污泥法污水治理的主要部分包括反應(yīng)池（也叫曝氣池 ）和沉淀池，關(guān)系框圖如圖 21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 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 5 圖 21 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 該工藝的 主要優(yōu)點 有： 處理效果好 ， BOD5 的去除率可達 9095%；對 廢水 的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。 該工藝的 主要問題 有 ：為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機負荷，因而池容較大，占地面積較大；在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會浪費了動力費用；對沖擊負荷的適應(yīng)性較弱。 （ 2） A/O法 A/O 法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝， A/O 法是一種缺氧 好氧生物工業(yè)污水處理工藝。其工藝流程圖如圖 22： （ 3） A2/O 法 A2/O 法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A2，即 AA，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 — 好氧污水處理工藝因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般首選 A2/O 工藝。其工藝流程圖如圖 23所示。 隔柵 沉砂池 初沉池 厭氧池 好氧池 二沉池 回流淤泥 混合液回流 進水 剩余污泥 圖 22 A/0 法工藝流程圖 XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 （ 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(tǒng)。對于高濃度的工業(yè)污水處理， AB法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。但是， AB 法污泥產(chǎn)量較大，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費用。 （ 5） SBR 法 間歇式活性污泥法，簡稱 SBR。 SBR 獨特的優(yōu)點，使間歇式活性污泥法逐漸在國內(nèi)外受到重視。 該工藝的 優(yōu)點 有： 理想的推流過程使生化反應(yīng)推動力增大，效 率提高 ， 凈化效果好 。運行效果穩(wěn)定 ， 需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好 。 耐沖擊 負荷， 運行靈活。處理設(shè)備少，構(gòu)造簡單，便于操作和維護管理 。 反應(yīng)池內(nèi)存在 DO、 BOD5 濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹 。 脫氮 和 除磷效果 好而且 造價 相對比較 低。 而且 主體設(shè)備 中 只有 而且僅有 一個間歇反應(yīng)器 ， 面積 也比其他設(shè)備小 。 該工藝的 缺點 有： 自動化控制要求高。排水時間短（間歇排水時），并且排水時要求不攪動沉淀污泥層，因而需要專門的排水設(shè)備（潷水器），且對潷水器的要求很高。 后處理設(shè)備要求大：如消毒設(shè)備很大，接觸池容積也很大，排水設(shè)施如排水管道 也很大。 由于不設(shè)初沉池，易產(chǎn)生浮渣，浮渣問題尚未妥善解決 SBR 工藝是一種簡易、快速且低耗的廢水生物處理工藝 [3]。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器 —— 接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現(xiàn)場總線控制、 PLC 等控制方法 [4]。 （ 1） DCS 系統(tǒng) DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計算機控制系統(tǒng)，是由計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等 相互滲透形成的。由計算機和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)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(chǎn)過程，可提高生產(chǎn)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(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單。實現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)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(yīng)各種要求。實時性好，響應(yīng)快。 厭氧池 缺氧池 好氧池 二沉池 進水 出水 混合液回流 活性污泥回流 圖 23 A2/0 法工藝流程圖 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 7 （ 2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由 DCS 和 PLC 發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、規(guī) 范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計算機之間進行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實現(xiàn)控制與管理一體化的自動控制系統(tǒng)，其優(yōu)點：可以用計算機豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快，實時性好。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。 （ 3） PLC 系統(tǒng) PLC 是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機作為其上位機，通過網(wǎng)絡(luò)連接 PLC，對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，其特點如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護容易。通用性強，使用方便。控制功能強。模塊化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要 求 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標(biāo)準的水質(zhì)。長期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現(xiàn)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(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能變得更多。原因正是由于 PLC的 CPU 強大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通 信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。 利用 PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。 信號輸入 工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及四類信號的監(jiān)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，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。 （ 1）按鈕輸入檢測 大多數(shù)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?dāng)嚢铏C啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減 速按鈕等。 （ 2）液位差輸入檢測 檢測粗細格柵兩側(cè)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，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止，以及投入運行的潛水泵的數(shù)量。 （ 4）含氧量輸入檢測 以上