【正文】 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文污水處理控制系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄1前言 1 課題背景 2 課題目的和意義 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 本文研究的主要內(nèi)容 42 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)分析 5 工業(yè)污水處理基本概念 5 本系統(tǒng)的工業(yè)污水處理工藝 6 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 7 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求 8 8 控制輸出信號(hào)任務(wù)要求 93 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 主要組成部分 10 控制系統(tǒng)I／0統(tǒng)計(jì)及PLC選型 12 數(shù)字量輸入部分 12 數(shù)字量輸出部分 13 模擬量輸入部分 13 模擬量輸出部分 14 PLC選型 14 電動(dòng)機(jī)的選型 14 變頻器基本原理及變頻器選型 15 變頻器簡(jiǎn)介 15 變頻與變壓(VVVF)原理 16 變頻調(diào)速的基本原理 17 變頻器選型 18 變頻器參數(shù)設(shè)置 19 其它硬件選型 20 接觸器選型 20 液位差計(jì)選型 20 溶解氧儀選型 21 主控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 控制系統(tǒng)總體框圖 21 電氣控制系統(tǒng) 22 工作過(guò)程 24 變頻部分主電路設(shè)計(jì) 244 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 總體流程設(shè)計(jì) 26 手動(dòng)模式 27 自動(dòng)模式 27 曝氣過(guò)程控制的任務(wù) 36 氯氣投加環(huán)節(jié) 37 絮凝劑投加環(huán) 38 PID控制 385 調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果 40 硬件系統(tǒng)的調(diào)試 40 軟件系統(tǒng)的調(diào)試 41 運(yùn)行結(jié)果 41致 謝 43結(jié) 論 44參考文獻(xiàn) 45附錄Ⅰ 部分主程序梯形圖 46附錄Ⅱ 工業(yè)污水處理系統(tǒng)變頻部分主電路圖 51附錄Ⅲ 基于PLC污水處理控制系統(tǒng)硬件接線圖 5231 前言水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會(huì)生活及生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國(guó)人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個(gè)國(guó)家（參與統(tǒng)計(jì)國(guó)家中），我國(guó)人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國(guó)家。而且我國(guó)水資源時(shí)空分布極不均衡，全國(guó)500多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量?jī)H有240噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國(guó)北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢(shì)、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔鳌⑸鷳B(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國(guó)急需解決的問(wèn)題。我國(guó)淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求越來(lái)越高。但是我國(guó)工業(yè)用水耗費(fèi)高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國(guó)的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為40%～50%左右。目前全國(guó)城市污廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)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(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問(wèn)題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無(wú)疑是“雪上加霜”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水質(zhì)污染，我國(guó)已有大約3億人的飲水發(fā)生不安全現(xiàn)象。氣象學(xué)家預(yù)測(cè)，2010年全球變暖加劇，地表將有1/3的面積變?yōu)樯衬?，那時(shí)，干旱將威脅全球一半的大陸人類的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。眾多跡象表面，水資源的短缺無(wú)疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國(guó)越來(lái)越重視水處理和水的再利用，通過(guò)各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)污水處理過(guò)程中，經(jīng)過(guò)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(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來(lái)越高，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過(guò)程中，污水來(lái)源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。 課題背景未來(lái)10年，采用先進(jìn)、實(shí)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(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)頁(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢(shì)下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。對(duì)于環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，國(guó)務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排放標(biāo)。其中處理過(guò)的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國(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。所以水資源也是一種保護(hù)。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計(jì)量自控檢測(cè)儀表使用、PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。 課題目的和意義世界上任何國(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，使人民的生活得到進(jìn)一步改善，尤其在工業(yè)革命之后，各國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，全球大量的不可再生資源（例如石油）被利用。如果這些污水無(wú)凈化排出必定會(huì)給周圍環(huán)境造成很大的污染，而且我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為世界上13個(gè)缺水國(guó)家之一。目前我國(guó)約300個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有50個(gè)，據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國(guó)按目前正常需要，年缺水總量約為300億～400億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2300億元，超過(guò)洪澇災(zāi)害。水資源的匱乏和水資源的污染已經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活，嚴(yán)重的影響了全國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。特別是我國(guó)北方城市，如北京、天津、沈陽(yáng)等城市水資源更為短缺。在這種情況下，污水更加不能隨便外排，而是要凈化之后合理利用。、 kWh/m因此建設(shè)符合我國(guó)具體情況的污水廠自動(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。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五”國(guó)家科技攻關(guān)開(kāi)始逐步進(jìn)行研究?！捌呶濉焙汀鞍宋濉惫リP(guān)項(xiàng)目在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，以這些成果為設(shè)計(jì)依據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面，“八五”對(duì)高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究成果己被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠。污水廠污泥處置問(wèn)題在“九五”科技攻關(guān)中受到重視，并配套開(kāi)發(fā)成套的污泥處理。經(jīng)過(guò)“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國(guó)在工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術(shù)上，我國(guó)已能提供下列工藝技術(shù)傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工藝如：SBR法和氧化溝技術(shù)等、酸化水解好氧技術(shù)和多種類型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些污水治理技術(shù)已經(jīng)在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標(biāo)志著我國(guó)工業(yè)污水處理事業(yè)發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國(guó)工業(yè)污水處理的工作重點(diǎn)已經(jīng)從工藝技術(shù)的研究轉(zhuǎn)移到具體項(xiàng)目的實(shí)施。國(guó)際上，大規(guī)模的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著50年代經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展帶來(lái)的60年代日益嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開(kāi)的。工業(yè)污水處理設(shè)施中，城市排水管線和工業(yè)污水處理廠的興建和運(yùn)行在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。至70年代末，美國(guó)投入了數(shù)千億美元興建了18000余座城市工業(yè)污水處理廠，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)更耗費(fèi)了巨額資金興建了7000至8000座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的投入對(duì)國(guó)家的水體污染改善起了關(guān)鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在，這些國(guó)家的工業(yè)污水處理水平又有了進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對(duì)水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大的作用。 本文研究的主要內(nèi)容本文論述了污水處理工藝及污水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 主要由以下內(nèi)容組成：（１） 介紹了污水處理的基本內(nèi)容，包括污水處理的發(fā)展及污水處理的工藝流程。（２） 介紹了PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。（３） 具體設(shè)計(jì)污水處理的硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)。2 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)分析 工業(yè)污水處理基本概念城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過(guò)工業(yè)企業(yè)處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。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：①排放水體；②灌溉田地；③重復(fù)使用。污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無(wú)機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。好氧有機(jī)污染物的性質(zhì)穩(wěn)定，在微生物的作用下，借助微生物的新陳代謝功能而降解為無(wú)機(jī)物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物。有機(jī)物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時(shí)，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實(shí)際中，采用以下的幾個(gè)綜合污染指標(biāo)來(lái)表述：生物化學(xué)需氧量或生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand, BOD）mg/L、化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機(jī)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(cè)定的時(shí)間太長(zhǎng)，需20天?？紤]到好氧分解速率一般在開(kāi)始的幾天最快，在20℃溫度下，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(jī)物濃度指標(biāo)。化學(xué)需氧量(COD)的特點(diǎn)是能夠精確的表示污水中有機(jī)物的含量，并且測(cè)定時(shí)間短，但它不能像BOD那樣表示出微生物氧化的有機(jī)物量。 本系統(tǒng)的工業(yè)污水處理工藝工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學(xué)、物理化學(xué)，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以針對(duì)不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學(xué)處理法。A2/O法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A2，即AA，前一個(gè)A代表Anaerobic（厭氧的），后一個(gè)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(yè)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(duì)除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對(duì)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。本工業(yè)污水處理工藝流程圖如下圖所示： 污泥脫水氧化溝反應(yīng)池潛水?dāng)嚢铏C(jī)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)進(jìn)水泵粗格柵清污機(jī)進(jìn)水除砂池細(xì)格柵轉(zhuǎn)股清污機(jī)沉淀池排泥灌污泥回流泵清水排出 圖21 工藝流程圖污水由進(jìn)水系統(tǒng)通過(guò)粗格柵和清污機(jī)進(jìn)行初步排除大塊雜質(zhì)物體，到達(dá)除砂池中。在除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)進(jìn)一步凈化污水中的細(xì)小顆粒物體，將污水中的細(xì)小沙粒濾除后進(jìn)入氧化溝反應(yīng)池。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學(xué)藥劑來(lái)加強(qiáng)處理效果，如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等。對(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整PH值。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測(cè)器，通過(guò)它對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其反饋到PLC的值來(lái)控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)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(yīng)更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經(jīng)處理的污水進(jìn)入沉淀池中，在刮泥機(jī)的作用下進(jìn)行物理沉淀，為了加強(qiáng)沉淀效果，同時(shí)加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用更加容易沉降。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測(cè)器。 工業(yè)污水處理系