【文章內(nèi)容簡介】 過程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)為了保證微生物所需要的氧氣。；當溶解氧值偏高時，導(dǎo)致微生物過氧化， 降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。 XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 控制輸出信號 信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器 。 （ 1）數(shù)字量輸出 控制各類設(shè)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(shè)備。 （ 2）模擬量輸出 通過 PLC中 PID運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控 制曝氣機的轉(zhuǎn)速，最后達到控制污水中含氧量的要求。 3 設(shè)計方案的確定 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的電子系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)大概與我們的微型計算機一致。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 分為模塊式和整體式兩種模式 [5]。 (1)整體模式的 PLC 整體模式的 PLC由中央處理器 (CPU)、存儲器、輸入 /輸出 (I/O)單元、電源電路和通信端口等組成。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、價格低、輸入 /輸出點數(shù)固定、實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定 [６ ]?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示 。 (2)模塊模式的 PLC 模塊式 (又稱組合式 )結(jié)構(gòu)的 PLC是將 PLC的 CPU和存儲器設(shè)計在一個模塊上，該模塊在總線上的安裝位置一般是固定的，模塊式的 PLC安裝完成后，需進行登記，以便 PLC對安裝在總線上的各模塊進行地址確認。模塊式的特點是系統(tǒng)構(gòu)成的使用靈活，構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的 PLC?；窘Y(jié)構(gòu)如圖 32所示。 電源 中央處理器 編程器 系統(tǒng)總線 輸入 \輸出單元 存儲器 圖 31 整體式結(jié)構(gòu) 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 9 PLC 的工作 原理 PLC與繼電器構(gòu)成的控制裝置上的不同在于工作方式的不同。繼電器根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出。 PLC不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作，而且每次只能執(zhí)行一條指令，這也就是 PLC以“串行”方式工作的， PLC控制則需要輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 3個階段才能完成控制過程 。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計原則的設(shè)計步驟 (1)設(shè)計原則 PLC控制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要能很好地實現(xiàn)工藝提出的控制要求。 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則 [7]。 (a)根據(jù)工藝流程進行設(shè)計，力求設(shè)計出來的控制系統(tǒng)能最大限度地滿足控制要求。 (b)力求簡單，經(jīng)濟，使用及維修方便。 (c)適應(yīng)發(fā)展階段。 (d)保證 PLC控制系統(tǒng)的安全可靠性。 (2)設(shè)計步驟 一般 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟如圖 33，具體操作如下 : 編輯器 其他 PLC或上機位 現(xiàn)場設(shè)備 基架 電源模塊 CPU模塊 通信模塊 輸入模塊 輸出模塊 特殊功能模塊 圖 32 結(jié)構(gòu)式模塊 XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 (3)控制要求分析 我們在設(shè)計控制系統(tǒng)時，首先要對工藝過程進行仔細的分析，而且要詳細 地知道控制對象和要求。 (4)確定輸入 /輸出設(shè)備 通過分析好的控制要求來確定適合該系統(tǒng)的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，然后按照選用的輸入 /輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定 PLC的 I/O 點數(shù)。 (a)選擇合適 PLC (b)I/O點數(shù)分配 (c)PLC程序設(shè)計 (d)模擬調(diào)試 (e)現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試 (f)整理技術(shù)文件 開始設(shè)計 控制要求分析 確定輸入輸出設(shè)備 選擇合適的 PLC I/O 點數(shù)分配 PLC 程序設(shè)計 模擬調(diào)試 現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試 整理技術(shù)文件 設(shè)計結(jié)束 圖 33 設(shè)計步驟示意圖 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 11 污水處理 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析 污水處理的過程 本課題中的污水處理采用 SBR污水生物處理工藝，即序批式間歇活性污泥法。這種工藝是按“進水、反應(yīng)、沉淀、排水”步驟周期性進行 生化反應(yīng)。從進水開始到排水結(jié)束算作一個周期 [8]。工藝流程圖如圖 34所示。 圖 34 SBR 工藝流程 基本工藝流程如下： (1)進水 首先進水閥門打開，污水先通過粗格柵，再經(jīng)過水泵，最后通過過濾到達 SBR池。 (2)反應(yīng) 反應(yīng)工序是 SBR 工藝最主要的一道工序。當污水注入達到預(yù)定容積后，停止進水，打開空氣閥門。啟動鼓風(fēng)機，開始曝氣，與此同時攪拌器和回流泵也開始運行，可開始反應(yīng)操作，如驅(qū)除 BOD、硝化等。觀察反應(yīng)情況，并進行曝氣和攪拌，并決定反應(yīng) 的時間長短，必要時可投加藥劑。在進入沉淀工序前，應(yīng)需要給予一定時間上的微量初步曝氣，用來去除黏附在污泥上的各種氣泡或氣體，這樣才能保證排除污泥程序可以進行的很順利。 (3)沉淀 當 SBR 池停止曝氣以后，空氣閥門關(guān)閉，潛水攪拌器和回流污泥泵停止運行，開始重力沉淀和泥水分離。 (4)排水 SBR 池水位到達最高水位，并經(jīng)過沉淀工藝以后，上清夜 (上面的清夜 )由潷水器緩慢排出池外。當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。 上位監(jiān)控管理機 PLC通過通信電纜將采集參數(shù)傳送給上位監(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，并保留一段時間的數(shù)據(jù)，形成變化曲線。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 [9,10]。 4 硬件部分的設(shè)計 PLC 的選擇 隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展， PLC 的種類也不斷增加，不同型號的 PLC，其結(jié)構(gòu)，性能，污水池 水泵 污水 處理后的污水 肥料 泥池 風(fēng)機 SBR 池 XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 容量等，也各不相同。因此，合理的選擇 PLC，對于提高 PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。本系統(tǒng)選的是 S7— 200是 模塊 ， S7— 200PLC屬于小型 PLC，其主機的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機上有一定數(shù)量的輸入輸出點，一個主機單元就是一個系統(tǒng)，它還可以靈活的拓展，如果輸入輸出點不夠，則可增加拓展模塊，如果需要其他特殊功能，則可增加相應(yīng)的功能模塊。它 能滿足中等性能要求的應(yīng)用 ，而且在其結(jié)構(gòu)，性能，容量方面也較適宜本課題的需要。 SBR 污水處理系統(tǒng)設(shè)備 SBR 污水處理系統(tǒng)中所使用的動力設(shè)備 (水泵、羅茨風(fēng)機、電動閥 )，均 采用三相交流異步電動機，電動機和電磁閥選配防水防潮型 [10]。 （ 1）羅茨風(fēng)機 羅茨風(fēng)機在污水處理系統(tǒng)中主要用于曝氣。主要用途有 廢水處理：工業(yè)廢水，生活廢水等環(huán)保工程曝氣供給氧氣使用或者利用春鼎鼓風(fēng)機之空氣逆洗濾材，適用行業(yè)：環(huán)境工程設(shè) 。主要特點有排出氣體不含油污。風(fēng)量穩(wěn)定，壓力變化對風(fēng)量影響小。特殊葉輪設(shè)計，高效率省能源。構(gòu)造簡單堅固、無故障。使用一級研磨齒輪，精度高、壽命長、低噪音。葉輪采用最新之龍門刨床四軸加工法，一次加工完成，使其具有更高之精密度。系統(tǒng)選用羅茨風(fēng)機： GRB100，風(fēng)量： 179。/min，風(fēng)壓： 7000mmAq，轉(zhuǎn)數(shù) 1750r/min，功率： 22kw。 （ 2）回流泵 回流泵它的主要作用就是污泥回流。污泥回流泵是一種新型產(chǎn)品，它是在潛水攪拌機基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是二級污水處理廠混合液回流和反硝化脫氮的專用設(shè)備，也適用于地面排水時抽凈化水，廢水處理過程中再循環(huán)或泥漿抽吸回路中需要微揚程、大流量的場所也使用該泵。系統(tǒng)所選用的回流泵： CP5(T)，流量： 45m179。/h，揚程： 15m，功率： 。 （ 3）潷水器 間歇式活性污泥法所使用的主要設(shè)備就是懸臂式電動推桿潷水器。潷水器 它 的主要作用就是將池表面上 靜止的澄清 的 水潷出， 但是它 不攪動沉淀， 這樣可以保證 出水 的質(zhì)量 [11]。由 于 SBR 法工藝采用間歇 式 反應(yīng)，進水、反應(yīng)、沉淀、 排水 這四個步驟 在同一 反應(yīng) 池內(nèi) 進行 ， 不需要經(jīng)過 二次沉淀池 與 污泥回流設(shè)備， 它的優(yōu)點是：占地 面積小 、 成本低 、出水水質(zhì)好 、高效率 ； 而且它 將多個 SBR 池連接起來， 不僅 具有傳統(tǒng)污泥法工藝的連續(xù)性（連續(xù)進水）， 而且還 具有典型 SBR 工藝的連續(xù)性，適用于各種 水質(zhì) 和 水量 ，并且滿足 變化大的需要， 本系統(tǒng)所選用的潷水器： BSQ200 懸臂式，潷水量： 200m179。/h，功率： 。 （ 4）電動蝶閥 電動蝶閥它是電動閥門與電動調(diào)節(jié)閥中的一個品種 [12]。連接方式有兩種：法蘭式和對夾式，在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中它是重要的執(zhí)行單元，此閥主要水平安裝。結(jié)構(gòu)是由角行程電動執(zhí)行機構(gòu)和蝶閥整體機械連接，經(jīng)過安裝調(diào)試后共同組成。電動蝶閥蝶板 屬于 流線形設(shè)計， 減小了阻力損失 ， 稱得上 是 非常 節(jié)能 的 產(chǎn)品。 主要用途：控制各種工業(yè)自動控制生產(chǎn)的管道流量、壓力和溫度。比如：電 力方面、石油化工方面、消防系統(tǒng)方面等。系統(tǒng)所選用電動碟閥： D971，功率： 。 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 13 （ 5） 傳感器 我們常用的傳感器是作為 一種 特別的 檢測裝置， 它 能 敏感的 感覺出所要 測量的 各種各樣的 信息， 而且把它感覺到的信息按規(guī)律轉(zhuǎn)換成其他信號（比如說電信號）輸出，來達到我們所要求的各種控制 要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 傳感器在系統(tǒng)中采用超聲波傳感器，主要用于檢測液位的高低 [13]。 污水處理控制流程 以 1SBR池循環(huán)周期為例加以說明： (1)1SBR池開始進水，進水 2h，通過 1電動蝶閥控制，進水的同時 1風(fēng)機開始曝氣，污泥回流泵 1開啟，開始回流。 (2)2h后， 1電動蝶閥停止進水， 1回流泵停止回流； 1風(fēng)機繼續(xù)曝氣。 (3)持續(xù)曝氣 6h 后， 1風(fēng)機停止曝氣。 (4)1SBR池靜置 1h后，此時，水面分層，污泥沉降置底，上清液用潷水器排出。 (5)靜置 1h后，開始排水， 1池內(nèi) 1潷水器啟動，由上頂點緩慢向下移動， (可設(shè)為：下潛一小段距離后停住，潷水一定時間，再繼續(xù)下潛一小段距離，再停，再潷水，再下潛 )；潷水器潛至下頂點潷水結(jié)束后，迅速自動升回至上頂點停住。至此，潷水 1h結(jié)束 。 (6)潷水 1h結(jié)束后，至此，第一周期結(jié)束，開始下一循環(huán)周期進水，曝氣，回流。以后各周期依次類推。 2SBR池與 1SBR 池間隔 2個小時，開始進水，每一個步驟與 1SBR 池相同，只是在時間上有所延長。以此類推， 3SBR池與 2SBR 池也相間隔 2個小時， 4與 3SBR池也相間隔 2個小時，后續(xù)程序與 1設(shè)定的程序一樣。 /O 分配表 根據(jù)所需的控制要求與設(shè)計出的方案，列出 I/O分配表，如表 41所示。 表 41 I/O 分配表 輸 入 信 號 復(fù)位 自動狀態(tài) 潷水器下潛限位 潷水器上升限位 XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 風(fēng)機故障 進水泵故障 潷水器故障 回流泵故障 手動自動切換 下潛潷水器手動 上升潷水器手動 回流泵手動 風(fēng)機手動 進水泵手動 輸 出 信 號 下潛潷水器 上升潷水器 起?；亓鞅? 起停風(fēng)機 起停進水泵 5 軟件部分的設(shè)計 程序的流程圖 程序主要依據(jù) SBR 法污水處理工藝 (進水、反應(yīng)、沉淀、排水 )，根據(jù)各環(huán)節(jié)設(shè)備的運行狀況進行編制 [14]。具體一個 SBR池、一個周期的流程圖如圖 51所示。 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 15 梯形圖程序 污水處理系統(tǒng)各主要工作指令分析和設(shè)計 （ 1）單一傳送指令 MOVE 單一傳送不僅包括字節(jié)傳送，還包括字與雙字的傳送。它的功能是：當使能輸入有效時，把一個單字節(jié)數(shù)據(jù)由 IN傳送 到 OUT 所在的存儲單元。具體格式見圖 52: 開始 集水池水位 放水 SBR 池水位 曝氣 曝