【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性污泥法簡(jiǎn)稱(chēng) SBR 法，是一種按照一定的時(shí)間順序間歇式操作的活性污泥污水處理技術(shù)，也是一種通過(guò)曝氣來(lái)運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，因此又叫序批式活性污泥處理法。早在 1914 年，這種處理系統(tǒng)就被采用，但由于當(dāng)時(shí)自動(dòng)化水平較低，操作困難且工作量大，尤其是后來(lái)隨著城市和工業(yè)污水處理規(guī)模的日趨規(guī)?；?，這一缺點(diǎn)更加凸顯，所以曾經(jīng)連續(xù)式活性污泥法一度取代了間歇式活性污泥法。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，SBR 法的以上弊端得到較好的解決。SBR 以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外污水處理部門(mén)的重視。其濾除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法除操作方式外基本相通。SBR 法與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比，其主要以時(shí)間分割代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，理想靜置沉淀代替動(dòng)態(tài)沉淀等。單個(gè)操作單元間歇進(jìn)行，但通過(guò)多個(gè)單元組合調(diào)度后整個(gè)操作過(guò)程又是連續(xù)的，從而實(shí)現(xiàn)有序而間歇的運(yùn)行。SBR 反應(yīng)池去除有機(jī)物的機(jī)理與普通活性污泥法相比，在曝氣階段基本相同，不同之處在于 SBR 反應(yīng)池集進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、待機(jī)五個(gè)工序于一身。從廢水流入開(kāi)始到待機(jī)時(shí)間結(jié)束為一個(gè)操作周期，污水處理過(guò)程在一個(gè)設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)的 SBR 反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行，不需要另設(shè)沉淀池和污泥回流系統(tǒng) [5]。SBR 污水處理工藝主要特點(diǎn)如下：(1) 工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低，運(yùn)行方式靈活，脫氮除磷效果好；(2) 時(shí)間上間歇排水，具有理想的推流式反應(yīng)器的特性；(3) 耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，污泥沉降性能好，不易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象； 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)7本設(shè)計(jì)是針對(duì)中小型城市的污水處理，無(wú)論是從工藝效率，還是從經(jīng)濟(jì)方面考慮，SBR 污水處理法都非常適合。所以本設(shè)計(jì)通過(guò) PLC 程序控制 SBR 污水處理法，對(duì)城市污水進(jìn)行處理。 SBR 法過(guò)程闡述1．進(jìn)水進(jìn)水閥門(mén)打開(kāi)，進(jìn)水泵運(yùn)作，原污水通過(guò)粗/細(xì)格柵濾除塊狀污染物，經(jīng)過(guò)抽水泵到達(dá)集水池，到達(dá)高水位時(shí)，進(jìn)水泵、粗/細(xì)格柵、集水池抽水泵停止，SBR 反應(yīng)池抽水泵運(yùn)作，將集水池中的污水注入兩個(gè) SBR 反應(yīng)池。2．反應(yīng)反應(yīng)工序是 SBR 工藝最重要的一道工序。當(dāng)污水注入達(dá)到 SBR 反應(yīng)池預(yù)定水位時(shí)，停止進(jìn)水，高水位指示燈亮，空氣閥門(mén)打開(kāi)，鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始曝氣，在此同時(shí)污泥泵往 SBR 反應(yīng)池中打入活性污泥，開(kāi)始反應(yīng)，如驅(qū)除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。設(shè)定好曝氣時(shí)間，時(shí)間到達(dá)鼓風(fēng)機(jī)與污泥泵停止。3．沉淀當(dāng) SBR 池停止曝氣以后，空氣閥門(mén)與污泥閥門(mén)關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)與污泥泵停止。開(kāi)始重力沉淀和泥水分離。4．排水SBR 池靜置一段時(shí)間后，污泥完全沉淀至 SBR 下層，上層清液由潷水器緩慢抽出，排入河道。當(dāng)池水位達(dá)到設(shè)定的最低水位時(shí)，潷水器停止運(yùn)行。同時(shí)，剩余污泥泵在潷水器停止運(yùn)行后開(kāi)始運(yùn)行，排泥至儲(chǔ)泥池 [6]。其流程如圖 24所示：粗/細(xì)格柵機(jī)集水池SBR池鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)泥泵原污水 清水排入河道圖 24 SBR 法流程圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)83 硬件設(shè)計(jì) PLC 的介紹 PLC 的結(jié)構(gòu)PLC 的硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)基本相同，是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)。根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，PLC 可分為整體式和模塊式。1．整體式 PLC整體式又稱(chēng)單元式或箱體式結(jié)構(gòu)的 PLC，其主要由中央處理器（CPU） 、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）單元、電源和通信端口等組成在同一機(jī)體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)固定、實(shí)現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，但靈活性較低?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。存儲(chǔ)器輸入/輸出單元中央處理器（CPU）編程器系統(tǒng)總線電源圖 31 整體式 PLC 結(jié)構(gòu)2．模塊式 PLC模塊式（又稱(chēng)組合式）結(jié)構(gòu)的 PLC，其中央處理器（CPU） 、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O ）單元、電源電路和通信端口等均做成模塊，各模塊間通信通過(guò)機(jī)架上的總線互相聯(lián)系，應(yīng)用時(shí)根據(jù)控制要求將這些模塊插在機(jī)架上。其中 PLC的 CPU 和存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)在一個(gè)模塊上，有時(shí)把電源也放在這一模塊上，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(jìn)行登記，以便 PLC 對(duì)安裝在總線上的各模塊進(jìn)行地址確認(rèn)。模塊式的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性高?？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?；窘Y(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)9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 塊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備其 它設(shè) 備編程器圖 32 結(jié)構(gòu)式模塊 PLC 的工作原理PLC 與繼電器構(gòu)成的控制裝置的工作方式不同，繼電器控制器采用并行運(yùn)行方式，即線圈的觸點(diǎn)動(dòng)作與該點(diǎn)通斷電同步。而 PLC 則采用循環(huán)掃描技術(shù)，每次只能執(zhí)行一條指令，只有當(dāng)程序掃描到該線圈，并且該線圈通電時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作，所以 PLC 的工作方式是“串行”方式，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)或時(shí)序失配等問(wèn)題。也就是說(shuō)，繼電器控制裝置根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以得到輸出，而 PLC 控制器不行，需要輸入、執(zhí)行程序指令、輸出 3 個(gè)階段才能完成整個(gè)控制過(guò)程 [7]。1．循環(huán)掃描技術(shù)循環(huán)掃描技術(shù)可以分為輸入階段（將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)傳送到 PLC） 、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號(hào)傳送到外部設(shè)備）3 個(gè)階段。（1）輸入階段進(jìn)入此階段，PLC 先進(jìn)行自我診斷，然后與編程器或計(jì)算機(jī)通信，同時(shí)中央處理器掃描各個(gè)輸入端并讀取輸入信號(hào)狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)，并將其存入相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元。（2）執(zhí)行程序階段進(jìn)入此階段，PLC 由上而下按次序一步一步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元讀入輸入信號(hào)的狀態(tài)和采集到的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部設(shè)定的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等數(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，存入相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)器單元。執(zhí)行完成后，進(jìn)入輸出階段。在這個(gè)程序執(zhí)行中，輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。（3）輸出階段進(jìn)入此階段，PLC 將相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到對(duì)應(yīng)的輸出模 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)10塊上，并通過(guò)輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號(hào)和指令，控制外部設(shè)備動(dòng)作，既而實(shí)現(xiàn)通過(guò) PLC 程序控制外部設(shè)備。2．PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間I/O 響應(yīng)時(shí)間是指從某一輸入信號(hào)變化開(kāi)始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號(hào)的改變結(jié)束，這段時(shí)間就是 I/O 反應(yīng)時(shí)間。因?yàn)?PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，所以收到輸入信號(hào)的時(shí)刻不同，輸出端信號(hào)改變時(shí)刻也不對(duì)應(yīng)相同，響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短也就不同。下面就介紹最短響應(yīng)時(shí)間和最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。最短響應(yīng)時(shí)間：上一個(gè)掃描周期剛結(jié)束就收到輸入信號(hào)，也就是說(shuō)收到輸入信號(hào)與下一個(gè)掃描周期同時(shí)開(kāi)始，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最短?？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(gè)掃描周期。最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間：在一個(gè)掃描剛完成輸入讀取后才接到輸入信號(hào)，這樣這個(gè)輸入信號(hào)在該掃描周期將不會(huì)發(fā)生變化，要等到下個(gè)掃描周期才能得到響應(yīng)，這時(shí)的響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng) [8]。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)11表31 I/O口分配 PLC I/O 口分配在此控制系統(tǒng)中，共用到14個(gè)輸入和22個(gè)輸出。其具體的輸入輸出如表31。端口地址 元件 說(shuō)明自動(dòng)開(kāi)關(guān) SB0集水池高水位信號(hào) SB1SBR1 池高水位信號(hào) SB2SBR1 池低水位信號(hào) SB3SBR2 池高水位信號(hào) SB4SBR2 池低水位信號(hào) SB5SBR 池手動(dòng)進(jìn)水開(kāi)關(guān) SB6集水池低水位信號(hào) SB7緊急停車(chē) SB8啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī) SB9啟動(dòng)進(jìn)泥泵 SB10手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān) SB11啟動(dòng)潷水器 SB12啟動(dòng)排泥泵 SB13關(guān)閉排泥泵 SB14手動(dòng)開(kāi)關(guān) SB15進(jìn)水泵 Q0粗/細(xì)格柵機(jī) Q1排污傳送帶 Q2集水池進(jìn)水泵 Q3SBR 池進(jìn)水泵 Q4SBR1 池進(jìn)水閥 Q5SBR2 池進(jìn)水閥 Q6潷水器 Q7SBR1 池鼓風(fēng)機(jī) Q10SBR2 池鼓風(fēng)機(jī) Q11SBR2 池出水閥 Q12SBR1 池出水閥 Q13進(jìn)泥泵 Q14 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)12表 31 續(xù) I/O 口分配端口地址 元件 說(shuō)明SBR1 池進(jìn)泥閥 Q15SBR2 池進(jìn)泥閥 Q16排泥泵 Q17集水池高水位 Q20集水池低水位 Q21SBR1 高水位 Q22SBR1 低水位 Q23SBR2 高水位 Q24SBR2 低水位 Q25根據(jù)系統(tǒng)功能要求，合理分配 PLC 各 I/O 口。 SBR 法的總體設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì)1．SBR 廢水處理系統(tǒng)控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)均由交流接觸器完成起、?？刂?。2．粗/細(xì)格柵除污池、集水池、SBR 反應(yīng)池、儲(chǔ)泥池等的液位傳感器，在選型時(shí)考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。3．粗/細(xì)格柵除污機(jī)、各個(gè)水泵、鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，其熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)通過(guò)中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為 PLC 的輸入信號(hào)，用以完成各個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)。4．鼓風(fēng)機(jī)的控制要求在無(wú)負(fù)載條件下起動(dòng)或停機(jī)，需要在曝氣管路上設(shè)置空氣閥。5．主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。6．PLC 選用繼電器輸出型。自身配有 24V 直流電源，外接負(fù)載時(shí)考慮其供電容量 [9]。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)13 硬件電路設(shè)計(jì)1．主電路設(shè)計(jì) SBR 污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖 33 所示。M3~FRUQ0247進(jìn) 水 泵 粗 /細(xì) 格 柵 機(jī) 排 污 傳 送 機(jī) 集 水 池 進(jìn) 水 泵 SB池 進(jìn) 水 泵潷 水 器 池 鼓 風(fēng) 機(jī) 池 鼓 風(fēng) 機(jī) 進(jìn) 泥 泵 排 泥 泵圖 33 SBR 污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路主回路中交流接觸器KM0、 KM KMKM KM KM KM KM 1KM 1KM 17 分別控制進(jìn)水泵 M0、粗/細(xì)格柵機(jī) M排污傳送機(jī) M集水池進(jìn)水泵 MSBR 池進(jìn)水泵 M潷水器 MSBR1 鼓風(fēng)機(jī) MSBR2 鼓風(fēng)機(jī) M1污泥泵 M14 和排泥泵 M17。泵體電機(jī)分別通過(guò)熱繼電器FR0、FR FR FR FR FR FR FR 1FR 1FR 17 實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。QF為電源總開(kāi)關(guān)，熔斷器FU0、FU FU FU FU FU FU FU 1FU 1FU 17 分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。2．PLC 控制電路設(shè)計(jì) 包括 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置及 PLC 控制原理電路設(shè)計(jì)。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對(duì)象的控制要求，確定輸入/輸出接口（ I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類(lèi)型，如：對(duì)開(kāi)關(guān)量的控制、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等； 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)14選擇適合的 PLC 機(jī)型及外設(shè)，完成 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置。根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制 PLC 控制電路原理圖，繪制 PLC 控制電路，編制 I/O 接口功能表。圖 34 為 SBR 污水處理系統(tǒng) PLC 控制外部接線圖。圖 34 SBR 污水處理系統(tǒng) PLC 控制外部接線圖+NPC自 動(dòng) 運(yùn) 行 開(kāi) 關(guān)集 水 池 高 水 位 信 號(hào)SBR池 高 水 位 信 號(hào)池 低 水 位 信 號(hào)池 高 水 位 信 號(hào)池 低 水 位 信 號(hào)手 動(dòng) 進(jìn) 水 開(kāi) 關(guān)集 水 池 低 水 位 信 號(hào)緊 急 停 車(chē)啟 動(dòng) 鼓 風(fēng) 機(jī)啟 動(dòng) 進(jìn) 泥 泵手 動(dòng) /自 動(dòng) 開(kāi) 關(guān)啟 動(dòng) 潷 水 器啟 動(dòng) 進(jìn) 泥 泵排 泥 開(kāi) 關(guān)手 動(dòng) 運(yùn) 行 開(kāi) 關(guān) 進(jìn) 水 泵粗 細(xì) 格 柵 機(jī)排 污 傳 送 帶集 水 池 進(jìn) 水 泵進(jìn) 水 泵進(jìn) 水 閥進(jìn) 水 閥潷 水 器池 鼓 風(fēng) 機(jī)池 鼓 風(fēng) 機(jī)出 水 閥出 水 閥進(jìn) 泥 泵進(jìn) 泥 閥進(jìn) 泥 閥排 泥 泵E集 水 池 高 水 位 指 示 燈集 水 池 低 水 位 指 示 燈池 高 水 位 指 示 燈池 低 水 位 指 示 燈池 高 水 位 指 示 燈池 低 水 位 指 示 燈AVD 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)15PLC 輸入回路中，信號(hào)電源由 PLC 本身的 24V 直流電源提供，所有輸入COM 端短接后接入 PLC 電源 DC24V 的（＋）端。輸入口如果有有源信號(hào)裝置，需要考慮信號(hào)裝置的電源等級(jí)和容量，最好不要使用 PLC 自身的 24V 直流電源，以防止電源過(guò)載損壞或影響其他輸入口的信號(hào)質(zhì)量 [10]。 其他資源配置要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機(jī)及其擴(kuò)展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。 接觸器選型在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來(lái)控制所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、鼓風(fēng)機(jī)接觸器、各種泵接觸器、電磁閥接觸器等。在選擇接觸器方面，要選選擇使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)性強(qiáng)，通用性強(qiáng)的，從而能夠適用于較惡劣的污水處理環(huán)境 [11]。 液位計(jì)選型液位計(jì)分為兩類(lèi)：一類(lèi)為接觸式液位計(jì)，如單法蘭靜壓/雙法蘭差壓液位計(jì)，浮球式液位計(jì)，磁性液位計(jì)，投入式液位計(jì)，電動(dòng)內(nèi)浮球液位計(jì)等。第二類(lèi)為非接觸式液位計(jì)，主要分為超聲波液位計(jì)，雷達(dá)液位計(jì)等。投入式液位計(jì)應(yīng)用十分廣泛，在石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等行業(yè)中都有應(yīng)用。再