【文章內(nèi)容簡介】 液分離效果好，容易獲得澄 清的出水。剩余污泥含水率低，濃縮污泥含固率可達到 %～ 3%，這為后續(xù)污泥的處置提供了良好的條件。 排水 SBR 池水位達到最高水位，并經(jīng)過沉淀工藝以后，上清液（上面的清液）由潷水器緩慢排出池外。當(dāng)池水位達到處理周期開始時的最低水位時，停止?jié)?。剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至儲泥池。 集水池 水泵 SBR 池 SBR 池 鼓風(fēng)機 儲泥池 處理后的污水 肥料 污水 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 8 第 8 頁 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。 （ 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。 （ 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?？刂乒δ軓姟ＤK化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。 本系統(tǒng)采用西門子 S7300 型 PLC 作為中心控制單元，通過主程序，遠程 I/O 程序，和模擬量輸入程序的結(jié)合，除去水中的雜物，從而使污水得到凈化，達到污水處理的目的。 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(zhǔn)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。 [3] 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 9 第 9 頁 PLC 作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機界面的通信可完成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。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。 SBR 作為一種新型的 廢水處理技術(shù)，在運行方式和反應(yīng)過程上有別于傳統(tǒng)的活性污泥法，它集進水、厭氧、好氧、沉淀于一池，可以靈活地變換運行方式以適應(yīng)不同類型廢水的處理要求。 SBR 工藝采用間歇運行方式 [2],污水間歇進入處理系統(tǒng)，間歇排出，一般來說，它的一個運行周期包括 5 個階段。 第 1 階段，進水期 (Fill)污水在該時段內(nèi)連續(xù)進入處理池，直到達到最高運行液位，并且借助于池底泵的攪動，使廢水和池中活性污泥充分混合。此時活性污泥中菌膠團 (由細菌、藻類、原生動物、后生動物等組成 ) 將對廢水中的有機物產(chǎn)生吸附作用。 第 2 階段，反應(yīng)期 (React)，進水達到設(shè)定的液位后 ,開始曝氣，采用推流曝氣或完全混合曝氣方式，使廢水中的有機物與池中的微生物充分吸收氧氣，水中的溶解氧 (DO) 達到最大值。 第 3 階段，靜置期 (Settle)，既不曝氣也不攪拌，反應(yīng)池處于靜沉狀態(tài)，進行高效的泥水分離，隨著水中的溶解氧不斷降低，厭氧反應(yīng)也在進行。 第 4 階段，排水期 (Decant)，上清液由潷水器排出。 第 5 階段，閑置期 (Idle)，活性污泥中微生物充分休息恢復(fù)活性，為了保證污泥的活性防止出現(xiàn)污泥老化現(xiàn)象，還須定期排出剩余污泥，為新鮮污泥提供足夠的空間生長 繁殖。 SBR 工藝污水處理適用性 實踐證明 SBR 法是一種處理高濃度有機污水及工業(yè)污水行之有效且能耗低的生物處理工藝。它具有工藝系統(tǒng)組成簡單，一池多用，無須設(shè)污泥回流設(shè)備，建設(shè)費用與運行費用都較低等特點。在運行時，對沖擊負荷適應(yīng)能力強，一般不產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象管理較簡單；并且具有運行方式靈活多變，通過對運行方式的調(diào)節(jié)，在曝氣池內(nèi)能進行脫氮和除磷反應(yīng)，處理水質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。在實際工作中，當(dāng)處理規(guī)模大時，需多套 SBR 池并聯(lián)運行，使控制系統(tǒng)及維護管理趨于復(fù)雜，故 SBR 法特別適合于一般中、小型規(guī) 模，有機濃度較高、可生化性好的工業(yè)廢水處理，具有較大的推廣應(yīng)用價值 [5] 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 10 第 10 頁 3 設(shè)備控制要求 系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)在中央控制室設(shè)有一臺上位監(jiān)控器，一個模擬顯示屏。在值班室設(shè)有一個 PLC 控制箱，負責(zé)對所控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及有關(guān)模擬量的采集工作。監(jiān)控管理機與 PLC 通過通信電纜（屏蔽雙絞線）連接。 設(shè)備控制原理 1）兩臺粗格柵除污機，由時間間隔來控制其開或者停。一般開 10min，停30min。 2）兩臺水泵，由浮球控制。當(dāng)集水池處于低水位時，關(guān)閉所有泵；當(dāng)水位較高時，開一臺水泵；當(dāng)水位高時開兩臺水泵；當(dāng)水位 很高時發(fā)出警報。 3）兩臺細格柵除污機由時間間隔來控制其開或者停。一般開 10min，停30min。 4）當(dāng)有一臺細格柵除污機工作時，皮帶運輸機滯后 10s 開機。 5） SBR 池內(nèi)進水閥門依次開啟，當(dāng) 1池水位升到一定液位后關(guān)閉閥門，然后開 2進水閥門， 2水位升到一定液位后關(guān)閥門，然后開 3閥門，以此類推。 6）進水閥門關(guān)閉后，空氣閥門開啟，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾猛瑫r開啟，曝氣 1h 后關(guān)閉空氣閥門，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾靡搽S之關(guān)閉。 7）空氣閥門關(guān)閉 30min 后，潷水器開始運行。當(dāng) SBR 池液位達到一定液位后停止運 行。 8）剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至污泥池。儲水池液位達到高液位或 30min 后停止運行。 9）當(dāng)開啟 1 個空氣閥門時，開啟一臺鼓風(fēng)機，開啟 2 個或 3 個空氣閥門時，開兩臺鼓風(fēng)機。 上位監(jiān)控管理機 PLC將采集 SBR池內(nèi)液位，總水量，空氣流量， DO（控制參數(shù)確定曝氣機的開啟時間）儀等參數(shù)作為控制用外，還通過通信電纜將參數(shù)傳給上位機監(jiān)控管理機，通過上位監(jiān)控管理機可實時監(jiān)測有關(guān)參數(shù)變化，并保留一段時間數(shù)據(jù)，形 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 11 第 11 頁 成變化曲線。同時可以實時監(jiān)測所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報警，參數(shù)打印等功能。 模擬顯示屏 可以直觀的了解格柵除污機，水泵，空氣閥門，潷水器，剩余污泥泵，脫水 機等主要設(shè)備的工作狀態(tài)。 自動控制檢測裝置 自動控制檢測裝置利用自動檢測儀表（輸出均為模擬信號）對電能、進水流量、 PH值、溶解氧、氧化還原、回流污泥流量、剩余污泥流量、及水位、水溫等數(shù)值的檢測。該系統(tǒng)的基本控制思想是：功能和危險分散，監(jiān)督和管理集中。 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。由于在該系統(tǒng)中需要檢測較多的數(shù)字輸入量 ,根據(jù)設(shè)定的程序進行數(shù)據(jù)處理后，輸出控 制信號，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時序就需要嚴(yán)格照檢測信號的輸入進行控制。時序圖如圖 所示。 圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 12 第 12 頁 4 污水處理控制 PLC 的選型和資源配置 監(jiān)控系統(tǒng)圖 圖 可編程控制器的定義及特點 可編程控制器最初用于邏輯控制，稱作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC。隨著計算機技術(shù)的發(fā) 展及微處理器的應(yīng)用，可編程控制器的功能不斷擴展和完善，早已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠程通信等強大功能。由于可編程控制器在不斷發(fā)展，對它下一個確切定義比較困難。目前公認(rèn)的是 1980 年美國電氣制造商協(xié)會NEMA 對它下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算，順序運算、計數(shù)、計時和算術(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。將其正式命名為可編程控制器（ Programmable Controller），簡稱 PC。但為了 與個人計算機（ Personal Computer）的專稱 PC 相區(qū)別，常常把可編程控制器仍簡稱為 PLC[6]。 可編程控制器是建立在計算機技術(shù)和常規(guī)繼電器技術(shù)基礎(chǔ)上的新型工業(yè)控制裝置。它的組成與微機系統(tǒng)基本相同，但具有比一般計算機更強的與工業(yè)過程相連的接口，具有更適用于控制要求的編程語言。它采用的不同于計算機中斷運打印機 上位監(jiān)控機 主控 PLC 模擬顯示屏 遠程 I/O 水 泵 鼓風(fēng)機 液位計 DO 儀 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 13 第 13 頁 行方式的掃描技術(shù)，在輸入輸出信號的順序處理方式上與繼電器控制系統(tǒng)相似，而可編程控制器軟件的優(yōu)勢是繼電器無法比擬的?？删幊炭刂破饔布到y(tǒng)是由PLC 主機、功能 I/O 單元和外部設(shè)備組成，其中 PLC 主機由 CPU 存儲器、基本I/O 模塊 I/O、擴展接口、外設(shè)接口和電源組成。功能 I/O 單元是可編程控制器系統(tǒng)為擴展 I/O 點數(shù)和增加功能而設(shè)置的擴展部件，與 PLC 主機的 I/O 擴展接口相連。可編程控制器的外部通用設(shè)備主要有編程器、計算機、打印機等?？删幊炭刂破鞯能浖到y(tǒng)分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序包括管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。用戶程序是用戶根據(jù)實際控制要求，使用可編程控制器生產(chǎn)廠家提供的專門編程語言而自行編制的應(yīng)用程序。 可編程控制器在不斷地發(fā)展，對它的定義也不是一成不變的。國際 電工委員會 IEC 1987 年對可編程控制器定義如下： ―可編程控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置 ,是帶有存儲器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行邏輯運算、順序控制、定時計數(shù)和算術(shù)運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則設(shè)計。 ‖ 事實上，可編程控制器是一種以微處理器為基礎(chǔ)，帶有指令存儲器和輸入輸出接口，綜合了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通 信技術(shù)的新一代工業(yè)控制裝置。 [7] 可編程控制器專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用及滿足用戶需要而設(shè)計，因此具有以下的顯著特點： 1）可靠性高 設(shè)備的高可靠性指的是平均無故障工作時間（ MTBF）長和故障平均修復(fù)時間（ MTTR）短?？删幊炭刂破髟趷毫庸ぷ鳝h(huán)境中應(yīng)用的高可靠性，由以下設(shè)計得到保證：硬件接線元件少，且采用精選、冗余、集成化、模塊化等措施，使元件壽命長、故障少、故障易于查找；采用多層次的抗干擾措施，如對 CPU 模塊的電磁屏蔽，在電源電路和 I/O 模塊中設(shè)置濾波電路和在輸入輸出電路中采用信號光電耦合，使 PLC 可與強電設(shè) 備在同一環(huán)境下可靠工作；因編程簡單、操作方便而使失誤減少；設(shè)置了掉電保護、監(jiān)控、報警、故障檢測等電路和程序，能 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 14 第 14 頁 夠及時發(fā)現(xiàn)和排除故障。 采取以上措施后，一般可編程控制器的抗干擾能力可達 1000V 1μs 的窄脈沖的沖擊，平均無故障工作時間可高達 5～ 10 萬小時?？梢?PLC 具有極高的可靠性，這也是 PLC 得到用戶認(rèn)可的首要因素。 2）柔性好 設(shè)備的柔性是指其在使用過程中的適應(yīng)性和靈活性?？删幊炭刂破鞯娜嵝员憩F(xiàn)為： 由于采用程序控制方式，所以在因產(chǎn)品改型而改變工藝流程或更換生產(chǎn)設(shè)備時，只需通過程序的編制和更改即可適應(yīng)生 產(chǎn)要求，而不必改變控制裝置。這一柔性特點使 PLC 成為柔性制造系統(tǒng) FMS 中必不可少的控制裝備。模塊式結(jié)構(gòu)具有擴展的靈活性，用戶可根據(jù)實際控制要求選用和組合模塊，方便地進行系統(tǒng)設(shè)計、修改和安裝。 3）功能強大 可編程控制器不但具有開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)通信、中斷控制等完善的功能，還能根據(jù)需要實現(xiàn)容量和功能的擴展，形成各種專門的智能控制功能。這是 PLC 得到各行各業(yè)廣泛應(yīng)用的重要原因。 4）使用方便 可編程控制器的使用方便表現(xiàn)在以下兩方面：編程方便。 PLC 提供了多種面向用戶的編程語言：梯形圖、指令語句表、功能 圖等，其中梯形圖語言的表達方式與繼電器控制