【正文】 工業(yè)污水處理 廠。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。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。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。 我國(guó)淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。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。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理 ..................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 本文介紹了工廠污水處理的基本工藝和流程，并通過(guò)研究設(shè)計(jì)一套基于 PLC控制的污水處理系統(tǒng)。 基于 PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名： 基于 PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 目前，我國(guó)大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低、管理不當(dāng)，效率普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。文章首先介紹了基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)、工作原理以及設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來(lái)說(shuō)明 PLC 在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用。 PLC 選型 .................................................... 14 PLC 的 I/O 資源配置 .......................................... 14 其他資源配置 ................................................ 17 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................................... 23 總體流程設(shè)計(jì) ................................................ 23 曝氣過(guò)程控制的任務(wù) .......................................... 31 氯氣投加環(huán)節(jié) ................................................ 32 絮凝劑投加環(huán) ................................................ 33 PID 控制 .................................................... 33 PLC 和變頻器通訊 ............................................ 34 5 調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果 ................................................... 35 硬件系統(tǒng)的調(diào)試 .............................................. 35 軟件系統(tǒng)的調(diào)試 .............................................. 35 運(yùn)行結(jié)果 .................................................... 36 結(jié) 論 .............................................................. 37 參考文獻(xiàn) ........................................................... 38 致 謝 .............................................................. 39 西南科技大學(xué) 應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 1 1 緒 論 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。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。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。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”。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。 工業(yè)污水處理 的國(guó)內(nèi)外現(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。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。 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?，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。 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) 。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。目前我國(guó)約 300個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有 5O 個(gè)。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)降低 工業(yè)污水處理 成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)和和諧社會(huì)、保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。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。 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?？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)。 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。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 5 （ 1） 傳統(tǒng)活性污泥法。該工藝的缺點(diǎn)有：普通曝氣池占地多，建設(shè)投資大，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍小、易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。該工藝通過(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)，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。 A2/O 是一種厭氧 — 缺氧 — 好氧 工業(yè)污水處理 工藝。 圖 23 A2/O 法工藝流程圖 （ 4） A/B 法。 AB 法中 A 段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力。但是， AB 法污泥產(chǎn)量較大， A段污泥有機(jī)物含量極高，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(fèi)用。 （ 5） SBR 法。整個(gè)過(guò)程對(duì)于單個(gè)操作單元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過(guò)多個(gè)單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運(yùn)行上實(shí)現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié) 合 。對(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整 PH值。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。由計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制站、檢測(cè)站和操作站、控制站等連接起來(lái)，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(guò)程，可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，其主要特點(diǎn)如下 ： 采用 分級(jí)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(jiǎn)單。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。通用性強(qiáng)，使用方便。長(zhǎng)期以來(lái)， 工業(yè)污水處理 技術(shù)雖然經(jīng)過(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。由于 PLC 的 CPU 強(qiáng)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(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測(cè)，主要有自動(dòng)按鈕、手動(dòng)按鈕、格柵機(jī)啟動(dòng)按鈕、清污機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水泵啟動(dòng)按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機(jī)工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。檢測(cè)進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來(lái)控制潛水泵或污泥回流泵的啟動(dòng)和停止，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。通過(guò)將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)位置上，將檢測(cè)值反饋到 PLC 中，通過(guò)運(yùn)算輸出控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)?？刂聘黝愒O(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：格柵機(jī)啟停、清污機(jī)啟停、潛水泵啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼?、污泥回流泵等設(shè)備。 圖 41 工業(yè)污水處理系統(tǒng)基本組成示意圖 (1）進(jìn)水系統(tǒng)。 (2）除砂系統(tǒng)。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 (3）氧化溝系統(tǒng)。使活性污泥的生化反應(yīng)更加充分，這樣才能最大程度地分解污水中的有害成分。在該系統(tǒng)中用到一定化學(xué)藥劑 主要包括混凝劑、絮凝劑、復(fù)合堿等， 主要用來(lái)調(diào)節(jié)改善混凝條件及絮凝體結(jié)構(gòu)，利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使細(xì)小松散的絮凝體變的粗大而緊密，容易發(fā)生沉降。 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。 (2）顯示面板。 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 12 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理 控制系統(tǒng)總體框圖 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖 42所示， PLC為核心控制器，通過(guò)檢測(cè)操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。 (2）運(yùn)行粗、細(xì)格柵機(jī)，進(jìn)行間歇運(yùn)行，即運(yùn)行一段時(shí)間然后停止一段時(shí)間，循環(huán)進(jìn)行。 (6）污泥回流泵的運(yùn)行與停止根據(jù)液面的高低進(jìn)行控制。接觸器 KM KM KM6分別控制 M M M3的工頻運(yùn)行；接觸器 KM KM9 分別控制 M M3的變頻運(yùn)行； FR FR FR3 分別為三臺(tái)電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器； QF主電路的空氣開(kāi)關(guān)； FU1 為主電路的熔斷器。 CPU226 在 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)中使用的數(shù)字量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都比較多，因此除了 PLC 主機(jī)自帶的 I/O 外，還需要擴(kuò)展一定數(shù)量的 I/O 擴(kuò)展模塊。 在該系統(tǒng)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(kuò)展一個(gè)模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊。 表 36 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設(shè)備 AIW0 溶解氧儀 模擬量輸出部分 在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來(lái)的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后，通過(guò)模擬輸出口對(duì)變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)行控制其他設(shè)備的運(yùn)行，如下表 37 所示 。為此該系統(tǒng)選用施耐德 LC1D0901M5C 交流接觸，其額定電壓 220V,額定電流 9A。寬電壓：線圈控制電壓在 70%120%Uc 之間波動(dòng)，不影響產(chǎn)品正常工作。 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(xù)可調(diào)的三相交流電源。 相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)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(diào)的交流電源供給電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。 (VVVF)原理 西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 18 當(dāng)在實(shí)際利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，當(dāng)頻率 f 下降時(shí)，定子繞組的反電動(dòng)勢(shì) E 有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負(fù)載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵(lì)磁電流比增大，因而磁通φ m增大。 VVVF 實(shí)施的基本方法包括：脈幅調(diào) 制 (PAM)和脈寬調(diào)制 (PWM)。這時(shí)電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同 樣可以實(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。異步電動(dòng)機(jī)的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn) 速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)實(shí)際是三個(gè)交變磁場(chǎng)合成的結(jié)果。兩者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率 s=( n0 n1)/n0根據(jù) n0=60f/p 可知，當(dāng)頻率 f連續(xù)可調(diào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0也連續(xù)可調(diào)，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n1，總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點(diǎn)，所以當(dāng) n1連續(xù)可調(diào)時(shí)， n1也是連續(xù)可調(diào)。 nn 1n 2n 3n 4f 3f 4f 2f 1of 1 f 2 f 3 f 4T k 4 T k 3 T k 2 T k 1 T M 圖 310kf＝ km1 時(shí)的機(jī)械特性 由圖 42 可知隨著 f 的下降，臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx逐漸減少，電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力也隨之下降。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動(dòng)地決定補(bǔ)償?shù)某潭?。它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。該變頻器，具有能源利用率高的特點(diǎn)，優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)與功能，便于工作人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)其控制功能。 Y2 系列電動(dòng)機(jī)有兩種設(shè)計(jì)，一種是適用于一 般機(jī)械配套和出口需要，在輕載時(shí)有較高效率，在實(shí)際運(yùn)行中有較佳節(jié)能效果，且具有較高堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，此設(shè)計(jì)稱為 Y2Y 系列。 第 2 種設(shè)計(jì)是滿載時(shí)有較高效率，更適用于長(zhǎng)期運(yùn)行和負(fù)載率較高的使用場(chǎng)合，如水泵、風(fēng)機(jī)配套，此設(shè)計(jì)稱為 Y2E 系列，中心高 80～ 280mm，功率從 ～ 90kW。 對(duì)格柵機(jī)的清污機(jī)進(jìn)行控制， 需要監(jiān)測(cè)格柵機(jī)兩側(cè)的 液 面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計(jì)， 該系統(tǒng)選用的 超聲波液位差計(jì)型號(hào) ： XL60YI4000。 該系統(tǒng)選用的 超聲波液位差計(jì)型號(hào) ： XL60YI4000。（全角），工作頻率： 13KHz~40KHz（因型號(hào)規(guī)格而不同），信號(hào)輸出： RS48 Modbus、標(biāo)準(zhǔn)的 420mA 電流信號(hào)和多路開(kāi)關(guān)量輸出。