【文章內(nèi)容簡介】 Organization. This thesis describes a sewage treatment control system based on PLC. The system uses the oxidation ditch sewage treatment process, oxidation ditch is a deformation of the activated sludge process, a low load, extended aeration activated sludge process. The thesis first introduces the purpose and significance of this topic, the state of development of the automatic control system at home and abroad sewage treatment, sewage treatment process control system and related processes, the overall control system design, system hardware architecture and design, working principle and system software PLC ladder programming, to illustrate the application of PLC in the sewage treatment process. First design of electrical control and automatic control circuit according to the sewage treatment process requirements, including start and stop equipment, status signal fault signal, the signal acquisition, the final design of PLC control system in accordance with the process requirements, including the selection of the PLC, the system allocation of resources, as well as t he preparation of the PLC program. Finally, this design use the MCGS configuration software, and designs a reflection of the display system of the sewage treatment process. Key Words： Sewage treatment Oxidation Ditch PLC JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 緒論 1）課題目的及意義 我國是一個(gè)水資源匱乏的國家，而且時(shí)空 分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。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。尤其伴隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加速，需水量和污染物排放量迅速增長，水危機(jī)不僅會(huì)長期存在，而且有迅速加劇的趨勢。水資源短缺和水環(huán)境污染造成的水危機(jī)已經(jīng)成為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。國內(nèi)外水環(huán)境恢復(fù)與再生的實(shí)踐表明，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。 目前，我國大 多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低、管理不當(dāng)，效率普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理是急需解決的主要問題。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。 2）國外發(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。這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問題特別是水資源污染的嚴(yán)重性也較早的體現(xiàn)出來，同時(shí)也得到了 這些國家政府的重視，投入了大量的人力、物力，進(jìn)行水處理的研究。這些國家在研究水處理新理論和工藝的同時(shí)，也重視污水處理自控系統(tǒng)的研究。這些國家先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動(dòng)化控制儀表。國外污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1） 采用集散控制系統(tǒng) DCS 和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS。按照廠區(qū)的自身情況和工藝段來劃分若干個(gè)控制站，站與站之間可以平級關(guān)系也可以是上下級關(guān)系，站與站之間一般獨(dú)立運(yùn)行。設(shè)立中控室，中控室有操作員和工程師站，負(fù)責(zé)全廠的數(shù)據(jù)管理與記錄、報(bào)表等工作。 （ 2） 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。 （ 3） 生產(chǎn)過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動(dòng)地調(diào)整相應(yīng)的控制方式。 （ 4） 大量采用遙測、遙控設(shè)備，并開始有效地利用社會(huì)信息資源，如電話網(wǎng)JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 絡(luò)、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。 3）國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 解放初期 ，我國 由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步，當(dāng)時(shí)的污水污染程度很低，且提倡利用污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣，全國僅有幾個(gè)城市建設(shè)了近十座污水處理廠在處理工藝有的還是一級處理，處理 的規(guī)模也很小 ， 致使污水處理技術(shù)和管理水平處于較落后的狀態(tài)。 與國外相比，我國污水處理自動(dòng)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設(shè)投產(chǎn)，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了很大的提高。從國外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測儀表，各種新工藝，新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用。可以說我國污水處理自動(dòng)化的現(xiàn)狀是：手動(dòng)與自動(dòng)皆備，自制和引用并舉。可以看出我國的污水處理自 控系統(tǒng)有以下特點(diǎn)： （ 1） 對于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動(dòng)與自動(dòng)并存的控制方式。 （ 2） 國產(chǎn)在線儀表的穩(wěn)定性還沒有達(dá)到要求，所以大部分采用進(jìn)口的在線儀表，但是由于進(jìn)口儀表價(jià)格昂貴，所以應(yīng)用并不是很廣泛。 （ 3） 各個(gè)控制站之間完全獨(dú)立，沒有信息的交換。并且各個(gè)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。 通過對比，不難看出整體上和國外相比我國污水的自控系統(tǒng)仍然存在很大的差距，但是我國的應(yīng)用前景卻非常廣泛、潛力很大。 4） 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo) 本設(shè)計(jì) 的主要內(nèi)容是：了解污水處理的工藝方法，確定采用其中一種處理工藝（氧化溝法），根據(jù)其工藝要求及相關(guān)流程，選定設(shè)備的具體型號(hào)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件連線圖 和 PLC 梯形圖程序，從而完成整個(gè)污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 所要完成的任務(wù)和預(yù)期目標(biāo)： （ 1）設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理的氧化溝系統(tǒng)方案。 （ 2）利用 AutoCAD，繪制污水處理系統(tǒng)的電氣硬件連線圖。 （ 3）根據(jù)控制流程圖，完成系統(tǒng)的 PLC 梯形圖程序。 （ 4） 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)操作與顯示接口，利用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)界面 。 5）論文結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上的主要內(nèi) 容和預(yù)期目標(biāo)，本次設(shè)計(jì)論文通過以下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述污水控制系統(tǒng)： （ 1）緒論。主要概述課題的目的和意義，已 及 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS （ 2）第一章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。介紹氧化溝系統(tǒng)的組成部分、工作原理和工作基本過程。 （ 3）第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。主要介紹 PLC 的 I/O 配置、設(shè)備選型和硬件電路連線圖。 （ 4）第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。介紹手動(dòng)自動(dòng)控制流程和梯形圖程序。 （ 5）第四章 系統(tǒng)的 MCGS 組態(tài)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組態(tài)界面和 MCGS 與 PLC 設(shè)備的連接控制。 （ 6）結(jié)束語。 對 本設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，并提出需要解決的問題和注意的方面 。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要組成部分 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其基本組成如圖 11 所示。 圖 11 污水處理系統(tǒng)基本組成示意圖 1） 進(jìn)水系統(tǒng)。進(jìn)水系統(tǒng)主要有進(jìn)水管道和進(jìn)水泵房組成，進(jìn)水管道主要由粗格柵機(jī)和清污機(jī)組成，進(jìn)水泵房主要有兩臺(tái)潛水泵組成。進(jìn)水管道的主要功能是將污水中 的大塊物體排除，其中的粗格柵是根據(jù)程序設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行間歇工作，而清污機(jī)的運(yùn)行和停止是根據(jù)粗格柵兩側(cè)的液位差來決定的，當(dāng)液位差超過某個(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(jī)的運(yùn)行。進(jìn)水泵房中的潛水泵運(yùn)行及停止是通過安裝在泵房內(nèi)的液位傳感器來決定的，當(dāng)液位較低時(shí)只啟動(dòng)一臺(tái)潛水泵，當(dāng)液位較高時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)潛水泵，若液位持續(xù)升高時(shí)，則輸出報(bào)警以示意有故障發(fā)生。 2） 除砂系統(tǒng)。除砂系統(tǒng)主要由細(xì)格柵系統(tǒng)和沉砂池組成，細(xì)格柵系統(tǒng)是由細(xì)格柵機(jī)和清污機(jī)組成，沉砂池的主要設(shè)備是分離機(jī)。細(xì)格柵系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)一 步凈化污水中的顆粒物體，將污水中細(xì)小的沙粒濾除，其中的細(xì)格柵機(jī)是根據(jù)程序設(shè)定時(shí)間進(jìn)行間歇工作，而清污機(jī)的運(yùn)行和停止則根據(jù)細(xì)格柵兩側(cè)的液位差來決定，當(dāng)液位差超過某個(gè)值時(shí)，啟動(dòng)清污機(jī)；當(dāng)液位差小于某個(gè)值時(shí)停止清污機(jī)的運(yùn)行，這和粗格柵系統(tǒng)的運(yùn)行方式一致。沉砂池中分離機(jī)的運(yùn)行和后續(xù)處理中的轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的運(yùn)行同步，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的時(shí)候同時(shí)啟動(dòng)分離機(jī)，對沉砂池中的沙粒進(jìn)行排除。 3） 氧化溝系統(tǒng)。氧化溝系統(tǒng)由氧化溝和污泥回流系統(tǒng)構(gòu)成，氧化溝是污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，因此控制量較多，控制過程 較 復(fù)雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)和潛水 攪拌機(jī)， 污泥 回流系統(tǒng)主要有污泥回流泵構(gòu)成。氧化溝的功能是對污水進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，使其達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中 ， 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，在氧化溝中設(shè)置有溶解氧儀對污水中的含氧量進(jìn)行檢測，根據(jù)其反饋到 PLC 的值來控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，同時(shí)使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈的攪拌狀態(tài)，使他們充分混合接觸。使活性污泥的生化反應(yīng)更加充分，這樣才能最大程度地分進(jìn)水系統(tǒng) 除砂系統(tǒng) 氧化溝系統(tǒng) 沉淀系統(tǒng) 污泥脫水系統(tǒng) JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 解污水中的有害成分。 污泥 回流系統(tǒng)的污泥回流泵將剩余的污泥及使用過的污泥進(jìn)行處理，該設(shè)備的運(yùn)行與 停止主要根據(jù)泵房內(nèi)液位傳感器的狀態(tài)，當(dāng)液位低于某個(gè)值時(shí)停止回流泵的運(yùn)行；當(dāng)液位持續(xù)高于某個(gè)高位時(shí)，回流泵停止運(yùn)行同時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)；液位處于正常狀態(tài)時(shí)，回流泵正常運(yùn)行。 4） 沉淀系統(tǒng)。沉淀系統(tǒng)主要設(shè)備為刮泥機(jī)，其功能是對進(jìn)行氧化溝處理后的污水進(jìn)行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)后就開始持續(xù)運(yùn)行。 5） 污泥脫水 系統(tǒng) 。污泥脫水系統(tǒng)主要包括離心式脫水機(jī)，其主要功能是對氧化池中處理過污水的活性污泥進(jìn)行脫水處理，由于對污水進(jìn)行處理后，活性污泥中有新的微生物及其他雜質(zhì)，因此需要先對活性污泥添加一定量的藥物 ，便于污泥脫水。離心式脫水機(jī)主要有聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)構(gòu)成，以上設(shè)備按照順序控制的方式啟動(dòng)，依次啟動(dòng)聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)，完成對污泥的脫水處理。 系統(tǒng)工作原理 污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)總框圖如圖 12 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(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制。