【正文】 Q67 OUT Q71 LDNGE R2020 K500 ANDN I164 ANDN I166 ANDN Q67 OUT Q70 OUT Q72 TMR T36 K50 所對應(yīng)的梯形圖如圖 59 所示。 圖 55 3進(jìn)水閥門梯形圖 4進(jìn)水閥門的助記符程序?yàn)椋? LD I45 AND M1 AND R2020 K3900 ANDN R2020 K500 ANDN R2020 K4000 ANDN M5 OUT Q22 TMR T6 K50 LD I45 ANDN Q22 ANDN I47 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 42 頁，共 78 頁 AND R2020 K4000 OUT Q23 所對應(yīng)的梯形圖如圖 56 所示。 圖 52 輔助繼電器梯形圖 2）、進(jìn)水閥門 在自動工作方式下，當(dāng)集水池水位高、很高或超高， 1SBR 池水位低，且其他 3 個進(jìn)水閥門都關(guān)閉時(shí)，打開 1進(jìn)水閥門，等水位上升到高水位后關(guān)閉 1進(jìn)水閥門；然后開 2進(jìn)水閥門， 2SBR 池水位升到一定液位后關(guān) 2閥門，然后開 3進(jìn)水閥門，依次類推。 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 36 頁，共 78 頁 開始集水池SB R水位進(jìn)水池水位反應(yīng)（曝氣等）曝氣3小 時(shí)沉淀1小 時(shí)沉淀排水結(jié)束低高低時(shí)間高未到時(shí)間未到時(shí)間到時(shí)間到 圖 51 一個 SBR 池 一個周期的流程圖 源程序 1．主程序 根據(jù)污水處理控制系統(tǒng)的工藝流程及設(shè)備要求， 由于工作量 太 大，現(xiàn)只將幾個主要部位程序 編寫如下。 I/O 程序 完成對遠(yuǎn) 程 I/O 的編制，使其按照 PLC 程序工 作。 圖 45 主控 PLC 框架配置圖 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 34 頁，共 78 頁 2．遠(yuǎn)程 I/O 框架配置圖 遠(yuǎn)程 I/O 框架配置圖如圖 46 所示。對于結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比，因此，測定電流即可知氧濃度。這種電極利用膜可滲透氧但不能滲透水和有機(jī)及無機(jī)溶質(zhì)的原理，保護(hù)電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸，從而使傳感器的靈敏度不受影響。用傳統(tǒng)的化學(xué)法（如碘量滴定法）測定水溶液中的溶解氧 （ DO） 是很費(fèi)時(shí) 的，且成本高 ，不能連續(xù)測量 [13]，而用滴汞電極 (DME)的極譜分析最為簡單。由超聲波在介質(zhì)中傳播原 理可知，若介質(zhì)壓力、溫度、密度、濕度等條件一定，則超聲波在該介質(zhì)中傳播速度是一個常數(shù)。發(fā)送器常使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子，將陶瓷振子的點(diǎn)振動能量轉(zhuǎn)換為超聲波能量并向空中輻射 。③④導(dǎo)通時(shí)， PLC 檢測到相應(yīng)的信號，即認(rèn)為電機(jī)為遠(yuǎn)程控制。停機(jī)時(shí)，按動停機(jī)按鈕 1SS，由于 1SS 為一常閉按鈕， 所以按動時(shí)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，下面的交流接觸器便停止供電，自動斷開，其常開觸點(diǎn)也為斷開狀態(tài)，電機(jī)停止運(yùn)行，運(yùn)行指示燈 1HG 滅。主令開關(guān)實(shí)現(xiàn)本地控制和遠(yuǎn)程 PLC 控制之間的轉(zhuǎn)換。 熱繼 電器 1KH：電機(jī)過載時(shí)，電流變大，熱繼電器 1KH 動作，切斷電路，實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用 ［ 12］ 。電路圖中元件的功能如下 [11]： 圖 41 電機(jī)電氣原理控制圖 斷路器 1QF：斷路器（曾稱自動開關(guān)）在電路中主要起到短路和過載保護(hù)作用，還可有欠電壓保護(hù)和遠(yuǎn)距離分?jǐn)嚯娫吹裙δ埽部梢灾苯硬僮鞑活l繁起動電動機(jī)和電路轉(zhuǎn)換作用。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報(bào)警、參數(shù)打印等功能 。 （ 9）當(dāng)開啟 1個空氣閥門時(shí)，開啟一臺鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)開啟 2 個或 3 個空氣閥門時(shí)，開兩臺鼓風(fēng)機(jī)。 （ 7）空氣閥門關(guān)閉 1h 后，潷水器開始運(yùn)行。 （ 4）當(dāng)有一臺細(xì)格柵工作時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)滯后 10s 開機(jī)。 （ 2）兩臺水泵，由浮球控制。當(dāng)池水 位達(dá)到處理周期開始時(shí)的最低水位時(shí)，停止?jié)?。根?jù)反應(yīng)需要達(dá)到的程度，進(jìn)行曝氣和攪拌，并決定反應(yīng)的時(shí)間長短，必要時(shí)可投加藥劑。 圖 34 SBR 工藝流程 基本操作運(yùn)行程序如下。 污水處理 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析 污水處理的過程 本文中的污水 處理采用 SBR 污水生物處 理工藝，即序 列 間歇 式 活性污泥法。 （ 6）模擬調(diào)試 程序編制好后，可以用按鈕和開關(guān)模擬數(shù)字量，電壓源和電流源代替模擬量，進(jìn)行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。選擇包括機(jī)型、存儲器容量、輸入 /輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 22 頁，共 78 頁 開始設(shè)計(jì)控制要求分析確定輸入輸出設(shè)備選擇合適的PLCI/O點(diǎn) 數(shù)分配PLC 程序設(shè)計(jì)模擬調(diào)試現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試整理技術(shù)文件設(shè)計(jì)結(jié)束 圖 33 設(shè)計(jì)步驟示意圖 （ 1）控制要求分析 在設(shè)計(jì) PLC 控制系 統(tǒng)之前，必須對工藝過程進(jìn)行細(xì)致的分析，詳細(xì)了解控制對象和控制要求，這樣才能真正明白自己所要完成的任務(wù)，并更好地完成任務(wù)，設(shè)計(jì)出令人滿意的控制系統(tǒng)。 （ 1） 根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，力 求設(shè)計(jì)出來的控制系統(tǒng)能最大限度地滿足控制要求?？紤]到輸入電路和輸出電路的延時(shí)，所以最短響應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于一個掃 描周期。 2． PLC 的輸入 /輸出響應(yīng)時(shí)間 I/O 響應(yīng)時(shí)間是指某一輸入信號從變化開始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁，共 78 頁 的改變所需要的時(shí)間。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲器單元。也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而 PLC 控制則 需要出入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出 3 個階段才能完成控制過程?？梢詷?gòu)成不同控制規(guī)模和功能的 PLC，但同時(shí)價(jià)格也比較高。 圖 31 整體式結(jié)構(gòu) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁，共 78 頁 PLC 模塊式（又稱組合式）結(jié)構(gòu)的 PLC 是將中央處理器（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出（ I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時(shí)將這些模塊根據(jù)控制要求插在機(jī)架上，各模塊間通過機(jī)架上的總線互相聯(lián)系。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。間歇式活性污泥曝氣法在流態(tài)上雖然屬完全混合式，但在有機(jī)物降解方而，則是時(shí)間上的推流。近年來，隨著計(jì)算機(jī)和自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，這一弊端得到很好的解決。主要目的是為了滿足高標(biāo)準(zhǔn)的受納水體要求或會用于工業(yè)等特殊用途，它是城市污水處理未來發(fā)展的方向。 二級處理工藝：主要由曝氣池和二沉池構(gòu)成。 預(yù)處理：主要包括格柵和沉砂池。 生物化學(xué)處理是利用微生物處理 污水中的有機(jī)污染物的一種工藝。 目前我國新建及在建的污水處理廠所采用的工藝中，各種類型的活性污泥法仍為主流，占 90%以上，其余則為一級處理、強(qiáng)化一級處理、生物膜法及與其他處理工藝相結(jié)合的自然生態(tài)凈化法等污水處理工藝技術(shù)[7]。采用卡羅塞爾氧化溝工藝的城市污水處理廠大部分為外貸項(xiàng)目。國外一些先進(jìn)、高效的污水處理專用設(shè)備也進(jìn)人了我國污水處理行業(yè)市場，如格柵機(jī)、潛水泵、除砂裝置、刮泥機(jī)、曝氣 器、鼓風(fēng)機(jī)、污泥泵、脫水機(jī)、沼氣發(fā)電機(jī)、沼氣鍋爐、污泥消化攪拌系統(tǒng)等大型設(shè)備與裝置。水處理的目的不外乎三種 [5]{6}： (1)去除水中的影響使用水質(zhì)的雜質(zhì)以及污泥的處置，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的化學(xué)性質(zhì)，如食用水中加氟以防止齲齒病，循環(huán)冷卻水中加緩濁劑以控制腐蝕和結(jié)垢等； (3)改變水的物理性質(zhì)的處理，如水的冷卻，降低水的粘滯度等。 課題的主要研究內(nèi)容 本課題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)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，現(xiàn)狀以及基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 12 頁，共 78 頁 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，并對污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分 析； （ 3）具體分析設(shè)計(jì)污水處理的 部分 硬件系統(tǒng)； （ 4）具體分析設(shè)計(jì)污水處理的 部分 軟件系統(tǒng)。并且各個控制單元由于其內(nèi)部資源的限制，只是實(shí)現(xiàn)了簡單的時(shí)間控制和邏輯控制。大部分以前建設(shè)的污水廠自動化程度仍然很低，仍采用人工巡檢的方式。 與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，實(shí)行集中巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和 DCS 系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建成投產(chǎn)，我國華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁，共 78 頁 污水處理控制系統(tǒng)的自動化水平有了很大提高。 （ 2）大量采用在線監(jiān)測的水質(zhì)分析儀表，對全廠的水質(zhì)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并由上位機(jī)記錄下來，提高了測量精度。國外同時(shí)注重水處理中 PLC 的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如 AB 公司的 SLC 系列、 Siemens 的S7 系列、 Schneider 的 TSX Quantum 系列；同時(shí)國外也很重視在線儀表的研制，如德國 E+H公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧 DO（ Dissolved 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁，共 78 頁 Oxygen） 、化學(xué)需氧量 COD（ ChemicalOxygen Demand） 分析儀。一些發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年的努力，污水處理率已經(jīng)達(dá)到了 80%～ 90%，成功的解決了來自于城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問題。 當(dāng)今國內(nèi)外污水處理自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 國外污水處理自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 國外的一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，并較早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。目前國家治理污染的重點(diǎn)是“ 33211”工程，即“三河”（淮河、海河、遼河流域）、“三湖”（太湖、巢湖、滇池）、“兩區(qū)”（酸雨控制區(qū)、二氧化硫控制區(qū)）“一市’，（北京）、“一?！ú澈：Ｓ颍?[1]。目前我國約 300 個城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有 50 個。同時(shí)，人類社會在工業(yè)化的進(jìn)程中大量消耗水資源的同時(shí)，排出大量污水，污染江河湖泊，危害生態(tài)環(huán)境，造成嚴(yán)重后果。聯(lián)合國預(yù)計(jì)，到 2025 年，世界將近一半 的人口會生活在缺水的地區(qū)。 選題的目的和意義 水，是人類生存、養(yǎng)息、發(fā)展的根本條件。由于 80%以上的污水未經(jīng)有效處理就直接投進(jìn)水域，已造成我國 1/3 以上的河段受到污染， 90%以上的城市水域嚴(yán)重污染，近 50%的重點(diǎn)城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 建立高度自動化污水處理廠，不僅可以加強(qiáng)整個系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性，還可以減少勞動強(qiáng)度，降低處理成本和節(jié)約能源。 本文介紹了城市污水處理的基本工藝和流程，并通過研究設(shè)計(jì)一套基于PLC 控制的污水處理系統(tǒng)。廢水是破壞環(huán)境的一個主要的因素，目前中國污水處理自控系統(tǒng)相對落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立有效的自控系統(tǒng)，優(yōu)化運(yùn)行效果，減少運(yùn)行費(fèi)用，具有重要意義。最后按照工藝要求設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)，其中包括 PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以及按照污水處理工藝編制 PLC程序等。與此同時(shí)，在我國大部分城市和地區(qū)，本已極為有限的水資源還受到水質(zhì)惡化和 水生態(tài)系統(tǒng)破壞的嚴(yán)重 威脅。國內(nèi)外水環(huán)境恢復(fù)與再生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，污水深度處理與再利用是通向健康水循環(huán)的橋梁，推進(jìn)污水深度處理和普及再生水利用是人類與自然兼容協(xié)調(diào)，創(chuàng)造良好水環(huán)境 ，促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。世界銀行 1995 年的調(diào)查報(bào)告指出：占世界人口 40%的 80 個國家正面臨著水危機(jī)，發(fā)展中國家約有10 億人喝不到清潔的水， 17億人沒有良好的衛(wèi)生設(shè)施，每年約有 2500 萬人死于飲用不清潔的水?？梢姡蛐缘乃C(jī)已引起人們的警覺，現(xiàn)在已經(jīng)到了必須認(rèn)真考慮水問題的時(shí)候了。 我國是一個嚴(yán)重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總量為 28000億 m 2，居世界第 6 位，人均水資源量為 2220m 2，