【正文】 工業(yè)污水處理 廠。在工廠的 工業(yè)污水處理 過程中，污水來源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復雜性，對 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)生的嚴重后果，因此 工業(yè)污水處理 項目的實施已經(jīng)刻不容緩。耗水量高、重復利用率低、污染嚴重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。 我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴重。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(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴重，人均擁有淡水量僅有 240 噸。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理 ..................... 錯誤 !未定義書簽。 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(tǒng)。 基于 PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設計 姓 名： 基于 PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設計 摘 要 目前，我國大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)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。文章首先介紹了基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關流程，控制系統(tǒng)硬件結構及設計、工作原理以及設計 PLC 控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來說明 PLC 在污水處理過程中的應用。 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)設計 ..................................................... 23 總體流程設計 ................................................ 23 曝氣過程控制的任務 .......................................... 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)試和運行結果 ................................................... 35 硬件系統(tǒng)的調(diào)試 .............................................. 35 軟件系統(tǒng)的調(diào)試 .............................................. 35 運行結果 .................................................... 36 結 論 .............................................................. 37 參考文獻 ........................................................... 38 致 謝 .............................................................. 39 西南科技大學 應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 1 1 緒 論 水與人的生活息息相關，特別在現(xiàn)代社會生活及生產(chǎn)中人們對水的需求量與日俱增。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。隨著社會的發(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 藝和設備對水質(zhì)要求越來越高。嚴重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無疑是“雪上加霜”。眾多跡象表面，水資源的短缺無疑將成為制約經(jīng)濟持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)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(zhì)量，提高經(jīng)濟效益。 工業(yè)污水處理 的國內(nèi)外現(xiàn)狀 我國 工業(yè)污水處理 技術從“七五”國家科技攻關開始逐步進行研究。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(fā)成套的污泥處理。 國際上，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)濟的蓬勃發(fā)展帶來的 60 年代日益嚴重性的環(huán)境污染而展開的?，F(xiàn)在，這些國家的 工業(yè)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(zhì)量改善和水環(huán)境保護起了重大的作用。 對于環(huán)境保護問題，國務院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達到排放標 。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(tǒng)技術，將為當前 工業(yè)污水處理 控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。目前我國約 300個城市缺水，其中嚴重缺水城市有 5O 個。因此建設符合我國國情的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低 工業(yè)污水處理 成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經(jīng)濟高速發(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 重復使用。 好氧有機污染物的性質(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機物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無機物?？紤]到好氧分解速率一般在開始的幾天最快，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物濃度指標。 工業(yè)污水處理 的方法主要有物理、化學、物理化學，以及生物等幾種。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 5 （ 1） 傳統(tǒng)活性污泥法。該工藝的缺點有：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。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化 反硝化反應系統(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，并有較強的緩沖能力。但是， AB 法污泥產(chǎn)量較大， A段污泥有機物含量極高，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用。 （ 5） SBR 法。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(diào)度后又是連續(xù)的，在運行上實現(xiàn)了有序和間歇操作相結 合 。對污水進行除油、消毒、調(diào)整 PH值。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機作用下進行脫水處理后排出清水。由計算機和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡將現(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)應用程序比較簡單。實時性好，響應快。響應快，實時性好。通用性強，使用方便。長期以來， 工業(yè)污水處理 技術雖然經(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 備運轉率低等極大地影響了城市發(fā)展。由于 PLC 的 CPU 強大的網(wǎng)絡通信能力，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。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、潛水攪拌機啟動按鈕、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。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。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?？刂聘黝愒O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。 圖 41 工業(yè)污水處理系統(tǒng)基本組成示意圖 (1）進水系統(tǒng)。 (2）除砂系統(tǒng)。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 11 (3）氧化溝系統(tǒng)。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。在該系統(tǒng)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(diào)節(jié)改善混凝條件及絮凝體結構，利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(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。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （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，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，以及相關模擬量的輸入，完成相關設備的運行、停止和調(diào)速控制。 (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(huán)進行。 (6）污泥回流泵的運行與停止根據(jù)液面的高低進行控制。接觸器 KM KM KM6分別控制 M M M3的工頻運行；接觸器 KM KM9 分別控制 M M3的變頻運行； FR FR FR3 分別為三臺電機過載保護用的熱繼電器； QF主電路的空氣開關； 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(shù)量的 I/O 擴展模塊。 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，因此需要在擴展一個模擬量輸入輸出擴展模塊。 表 36 模擬量輸入地址分配 輸入地址 輸入設備 AIW0 溶解氧儀 模擬量輸出部分 在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進行數(shù)據(jù)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 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，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進行變頻調(diào)速。 (VVVF)原理 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 18 當在實際利用變頻器調(diào)節(jié)電機轉速的過程中，當頻率 f 下降時，定子繞組的反電動勢 E 有所下降，定子電流增大，但是轉子側的負載并未增加，故轉子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵磁電流比增大，因而磁通φ m增大。 VVVF 實施的基本方法包括：脈幅調(diào) 制 (PAM)和脈寬調(diào)制 (PWM)。這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，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 樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。異步電動機的定子主磁通是以一定的轉 速旋轉，旋轉磁場實際是三個交變磁場合成的結果。兩者之間的差異可由轉差率表示，轉差率 s=( n0 n1)/n0根據(jù) n0=60f/p 可知，當頻率 f連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉速 n0也連續(xù)可調(diào)，而異步電機的轉子轉速 n1，總是比同步轉速略低一點，所以當 n1連續(xù)可調(diào)時， 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 時的機械特性 由圖 42 可知隨著 f 的下降，臨界轉矩 Tkx逐漸減少，電動機的帶負載能力也隨之下降。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動地決定補償?shù)某潭?。它們具有很高的運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，優(yōu)化了部分結構與功能，便于工作人員進行操作，實現(xiàn)其控制功能。 Y2 系列電動機有兩種設計，一種是適用于一 般機械配套和出口需要，在輕載時有較高效率，在實際運行中有較佳節(jié)能效果，且具有較高堵轉轉矩，此設計稱為 Y2Y 系列。 第 2 種設計是滿載時有較高效率，更適用于長期運行和負載率較高的使用場合，如水泵、風機配套，此設計稱為 Y2E 系列，中心高 80～ 280mm，功率從 ～ 90kW。 對格柵機的清污機進行控制， 需要監(jiān)測格柵機兩側的 液 面差，在該系統(tǒng)中利用液位差計， 該系統(tǒng)選用的 超聲波液位差計型號 ： XL60YI4000。 該系統(tǒng)選用的 超聲波液位差計型號 ： XL60YI4000。（全角），工作頻率： 13KHz~40KHz（因型號規(guī)格而不同），信號輸出： RS48 Modbus、標準的 420mA 電流信號和多路開關量輸出。