【導(dǎo)讀】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。本文介紹了工廠污水處理的基。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)。先根據(jù)污水處理要求設(shè)計(jì)了設(shè)備的電器控制與自動控制線路，主要

　　

【正文】 制要求和硬件部分的設(shè)計(jì)情況及 PLC 控制系統(tǒng) I/O 的分配情況，進(jìn)行軟件編程設(shè)計(jì)。在軟件的設(shè)計(jì)中，首先按照需要實(shí)現(xiàn)的功能要求做出流程框圖，其次按照不同功能編寫不同功能模塊，這樣寫出的 程序條例清晰，既方便編寫，也便于調(diào)試。 總體流程設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程可以分為手動控制功能和自動運(yùn)行功能。在手動控制模式下，每個(gè)設(shè)備可以單獨(dú)運(yùn)行，以測試設(shè)備的性能，如圖 41 所示。 圖 41 模式選擇流程圖 N Y 開始 自動控制 手動控制 自動？ 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 27 手動模式 在手動模式下，可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，如圖 42 所示。在此模式下，可以通過按鈕對格柵機(jī)、清污機(jī)、轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)、刮泥機(jī)，以及各類泵進(jìn)行控制，對于轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)的控制，可以通過按鈕增大或減小變頻器的頻率來改變其速度，以檢測調(diào)試性能。 圖 42 手動操作模式流程圖 自動模式 處于自動方式時(shí)，系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認(rèn)后系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。 （１）系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認(rèn)按鈕，啟動潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C(jī)。 （ ２） 啟動粗格柵系統(tǒng)。 （３） 啟動潛水泵。 （４） 啟動細(xì)格柵系統(tǒng)。 （ ５ ）啟動曝氣沉砂系統(tǒng)。 （６ ）啟動污泥回流系統(tǒng)。 （７ ）啟動污泥脫水系統(tǒng)。 以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照 PLC 檢測到傳感器狀態(tài)進(jìn)行啟動如圖 43所示。 污泥回流機(jī) 啟停 手動控制 離心式脫水機(jī) 啟停 格柵機(jī) 啟停 清污機(jī) 啟停 轉(zhuǎn) 碟 曝氣機(jī) 啟 停及速度調(diào)節(jié) 潛水泵 啟停 刮泥機(jī) 啟停 潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟停 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 28 圖 43 自動操作模式流程圖 在自動控制 模式流程圖中，調(diào)用了各個(gè)控制系統(tǒng)的程序，主要包括粗格柵系統(tǒng)程序、潛水泵程序、細(xì)格柵系統(tǒng)程序、曝氣沉砂系統(tǒng)程序、污泥回流泵系統(tǒng)程序。以及污泥脫水系統(tǒng)程序，以下將分別介紹各個(gè)子程序的工作過程。 粗格柵系統(tǒng)程序主要控制粗格柵機(jī)和清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。 （１）自動過程開始啟動粗格柵機(jī)，定時(shí) 20min。 （２）定時(shí)到，停止運(yùn)行粗格柵機(jī) 2h。 （３） 2h定時(shí)到，運(yùn)行粗格柵機(jī) 20min，循環(huán)進(jìn)行。 （４）同時(shí)檢查液面差，若超過設(shè)定值則啟動清污機(jī)。 （５）液面差值低于設(shè)定值，停止清污機(jī)運(yùn)行。 啟動潛水泵 啟動粗格柵系統(tǒng) 啟動細(xì)格柵系統(tǒng) 啟動曝氣沉砂系統(tǒng) 啟動污泥回流系統(tǒng) 自動控制 啟動污泥脫水系統(tǒng) 啟動潛水?dāng)嚢韬凸文鄼C(jī) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 29 粗格柵系統(tǒng)工作流程圖如圖 44 所示。 圖 44 粗格柵系統(tǒng)工作流程圖 潛水泵程序主要控制潛水泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面： （１）自動過程開始啟動潛水泵。 （２）檢測液面高度，低于最低位傳感器時(shí)，開始定時(shí)防止誤判。 （３）定時(shí)到后，若仍低于最低位傳感器，則停止?jié)撍眠\(yùn)行，否則潛水泵繼續(xù)運(yùn)行。 （４）檢測液面處于中位和高位傳感器之間時(shí)，開始定時(shí)防止誤判。 Y 停止時(shí)間到？ Y 自動過程 開始？ Y 運(yùn)行時(shí)間？ 粗格柵制 粗格柵機(jī)啟動 粗格柵機(jī)停止 轉(zhuǎn)手的控制 檢查液面差 超過設(shè)定值 啟動清污機(jī) 低于設(shè)定值 ? 停止清污機(jī) N N Y N N Y N 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 30 （５）定時(shí)到后，若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報(bào)警信號。 潛水泵工作流程圖如圖 45 所示。 圖 45 潛水泵工作流程圖 細(xì)格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)程序相似，主要控制細(xì)格柵機(jī)和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過程包括以下幾個(gè)方面： （１）自動過程開始，啟動細(xì)格柵機(jī)，定時(shí) 20min。 （２）定時(shí)到，停止運(yùn)行細(xì)格柵機(jī) 2h。 （３） 2h定時(shí)到，運(yùn)行細(xì)格柵機(jī) 20min，循環(huán)進(jìn)行。 （４）同時(shí)檢測液面差，若超過設(shè)定值則啟動轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)。 （５）液面差低于設(shè)定值，停止轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)運(yùn)行。 低于最低 要求液面 延時(shí)到？ Y 啟動定時(shí) 2s N 潛水泵控制 啟動潛水泵 停止?jié)撍? 啟動定時(shí) 2s 延時(shí)到？ 高于高位液面 Y N N N Y 報(bào)警 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 31 細(xì)格柵系統(tǒng)工作流程圖 如圖 46 所示 圖 46 細(xì)格柵系統(tǒng)工作流程圖 運(yùn)行時(shí)間到？ 超過設(shè)定值 Y 自動過程 開始？ Y 細(xì)格柵控制 細(xì)柵機(jī)啟動 細(xì)格柵機(jī)停止 轉(zhuǎn)手的控制 檢查液面差 啟動轉(zhuǎn)鼓 清污機(jī) 低于設(shè)定值 ? 停止轉(zhuǎn)鼓清污機(jī) N N Y N N Y N 停止時(shí)間到？ 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 32 曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖如圖 47所示。 圖 47 曝氣沉砂系統(tǒng)工作流程圖 污泥回流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下幾個(gè)方面。 Y N 曝氣沉砂池控制 啟動分離機(jī)和變頻啟動轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī) 自動過程開始？ 檢測污水含氧量 含氧量超過設(shè)定值？ 變頻器速度達(dá)到 100%？ 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)工頻運(yùn)行 維持現(xiàn)有狀態(tài) 轉(zhuǎn)手動控制 N Y Y N 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 33 （１）自動開始首先檢測液面高低，低于最低位傳感器，啟動定時(shí)。 （２）定時(shí)到，若液面仍低于最低位傳感器則停止回流泵運(yùn)行。 （３）若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。 （４）若液面高于最高位傳感器時(shí)，啟動定時(shí)。 （５）定時(shí)到，若液面仍處于最高位傳感器時(shí) ，輸出報(bào)警信號。 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖 48所示。 圖 48 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖 污泥脫水系統(tǒng)程序主要控制離心式脫水機(jī)，啟動定時(shí)。 （１）自動過程開始首先啟動離心式脫水機(jī)，啟動定時(shí)。 Y N N Y N Y Y 污泥回流泵房 檢測污泥池水位 液面低于低位值？ 開始定時(shí) 延時(shí)到？ 停止污泥回流泵 液面高于高位值？ 啟動污泥回流泵 N 開始定時(shí) 延時(shí)到？ 報(bào)警 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 34 （２）定時(shí)到，啟動聚合物泵，啟動定時(shí)。 （３）定時(shí)到，啟動污泥泵和切割機(jī)。 污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖如圖 49所示。 圖 49 污泥脫水系統(tǒng)工作流程圖 在設(shè)計(jì)程序過程中，會用到許多中間繼電器、寄存器、定時(shí)器等軟元件，為了便于編程及修改，在程序編寫前應(yīng)先列出可能用到的軟元件，如表 410 所示。 表 410 軟元件設(shè)置 元件 意義 內(nèi)容 備注 系統(tǒng)停止標(biāo)志 On 有效 手動方式標(biāo)志 On 有效 N Y Y N N Y 轉(zhuǎn)手動控制 污泥脫水控制 自動過程開始？ 啟動離心式脫水機(jī) 定時(shí)開始 延時(shí)到？ 啟動聚合物泵 定時(shí)到？ 延時(shí)到 ？ 啟動污泥泵和切割機(jī) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 35 自動方式標(biāo)志 On 有效 續(xù) 前表 自動方式啟動標(biāo)志 On 有效 清污機(jī)運(yùn)行標(biāo)志 On 有效 聚合物泵運(yùn)行標(biāo)志 On 有效 污泥泵運(yùn)行標(biāo)志 On 有效 切割機(jī)運(yùn)行標(biāo)志 On 有效 粗格柵機(jī)停止標(biāo)志 On 有效 粗格柵機(jī)定時(shí)脈沖計(jì)數(shù) On 有效 進(jìn)水泵房液面低于最低位 On 有效 細(xì)格柵機(jī)停止標(biāo)志 On 有效 細(xì)格柵機(jī)定時(shí)脈沖計(jì)數(shù) On 有效 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行標(biāo)志 On 有效 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)變頻運(yùn)行標(biāo)志 On 有效 回流泵房液面低于最低位標(biāo)志 On 有效 回流泵房液面高于最高位標(biāo)志 On 有效 C1 粗格柵機(jī) 2h定時(shí)中間計(jì)數(shù)器 10 C2 細(xì)格柵機(jī) 2h定時(shí)中間計(jì)數(shù)器 10 T33 時(shí)鐘脈沖 5 50ms T37 粗格柵機(jī)運(yùn)行時(shí)間 12020 20min T38 粗格柵機(jī)停止時(shí)間定時(shí) 7200 12min T39 進(jìn)水泵房液面低于最低位定時(shí) 20 2s T40 進(jìn)水泵房液面高于最高位定時(shí) 20 2s T41 細(xì)格柵機(jī)運(yùn)行時(shí)間 12020 20min T42 細(xì)格柵機(jī)停止時(shí)間定時(shí) 7200 12min 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 36 T43 污泥回流泵房液面低于最低位定時(shí) 20 2s 續(xù) 前表 T45 污泥回流泵房液面高于最高位定時(shí) 20 2s T46 離心式脫水機(jī)與聚合物泵啟動間隔 50 5s T47 聚合物泵與污泥泵和切割機(jī)啟動間隔 50 5s VD10 變頻器速度寄存器 VD20 含氧量反饋值寄存器 VD30 變頻器速度寄存器 VD100 含氧量標(biāo)準(zhǔn)值寄存器 VD102 變頻器速度標(biāo)準(zhǔn)值寄存器 VD104 USSINIT指令執(zhí)行結(jié)果 曝氣過程控制的任務(wù) 工業(yè)污水處理后的水質(zhì)是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，其中生化需氧量（ BOD）和化學(xué)需氧量（ COD）是重要的水質(zhì)指標(biāo)。 BOD 是指在 有氧條件下，降解有機(jī)物所需的氧量。 COD 是指在酸性條件下，用強(qiáng)氧化劑將有機(jī)物氧化成 CO H2O所消耗的氧量。 BOD 的測定需費(fèi)時(shí) 5天，且測定結(jié)果易受多種因素影響，誤差較大。 COD的檢測比較精確，但方法繁瑣，耗時(shí)約 2 小時(shí)。雖然有 COD 濃度在線檢測儀可以在線檢測，但仍存在滯后（ 30 分鐘左右 ） ，測量結(jié)果嚴(yán)重滯后于實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，不能及時(shí)反映實(shí)際情況。另外， COD 檢測儀的價(jià)格也較昂貴，增加了控制系統(tǒng)的成本。所以有必要找出簡單、可行的控制參數(shù)。 在好氧反應(yīng)過程中，參與工業(yè)污水處理的是以好氧菌為主體的微生物，決定其處理效 果的關(guān)鍵因素是反應(yīng)池中溶解氧的含量。為了使微生物的活動最佳化，應(yīng)該使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。如果供氧量少，處理的水河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 37 質(zhì)和污泥的活化就要降低如果供氧量過多，污泥的沉降性差，處理水質(zhì)也差，另外也不經(jīng)濟(jì)。由此可見，混合液中溶解氧濃度 (DO)是好氧反應(yīng)中一個(gè)重要的控制參數(shù)。如果控制曝氣設(shè)備的最佳溶解氧濃度，就能使處理水質(zhì)優(yōu)化，也能節(jié)約動力費(fèi)用，并且由于 DO 的在線檢測簡單、可靠，因此把 DO 作為工業(yè)污水處理過程的控制參數(shù)。 氯氣投加環(huán)節(jié) 氯氣投加消毒效果的好壞與原水 PH值、水溫、濁度和接觸時(shí)間有直接 的關(guān)系。人工進(jìn)行加氯量控制，不僅對操作工人不安全，而且投加量也難以準(zhǔn)確控制。投加量少了，達(dá)不到殺菌消毒效果；投加量多了雖殺菌效果得到了保證，但水將呈氯臭味難以飲用，此外管道腐蝕將加劇，生產(chǎn)成本也上升。近年來，人工加氯逐漸被自動方式取代。 氯氣投加系統(tǒng)具有大慣性、大滯后的特點(diǎn)，其過渡過程和純滯后時(shí)間均較長，并且系統(tǒng)的干擾因素較多，對這樣一個(gè)系統(tǒng)，使用一般的 PID 調(diào)節(jié)很難滿足控制要求。為了精確控制投加的氯量，運(yùn)用模糊自整定 PID參數(shù)控制器對氯氣投加系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。 氯氣投加自動控制系統(tǒng)如圖 411 所示。 流量計(jì) 加氯機(jī) 余氯計(jì) 控制器 投藥點(diǎn) 加氯量控制 采樣點(diǎn) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè) 論文 38