【正文】 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水 排出 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 5 圖 21 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 該工藝的 主要優(yōu)點 有： 處理效果好 ， BOD5 的去除率可達 9095%；對 廢水 的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。 （ 2） A/O法 A/O 法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝， A/O 法是一種缺氧 好氧生物工業(yè)污水處理工藝。 A2/O 是一種厭氧 — 缺氧 — 好氧污水處理工藝因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般首選 A2/O 工藝。 隔柵 沉砂池 初沉池 厭氧池 好氧池 二沉池 回流淤泥 混合液回流 進水 剩余污泥 圖 22 A/0 法工藝流程圖 XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 （ 4） A/B 法 A/B 法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。但是， AB 法污泥產(chǎn)量較大，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費用。 SBR 獨特的優(yōu)點，使間歇式活性污泥法逐漸在國內(nèi)外受到重視。運行效果穩(wěn)定 ， 需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好 。處理設(shè)備少，構(gòu)造簡單，便于操作和維護管理 。 脫氮 和 除磷效果 好而且 造價 相對比較 低。 該工藝的 缺點 有： 自動化控制要求高。 后處理設(shè)備要求大：如消毒設(shè)備很大，接觸池容積也很大，排水設(shè)施如排水管道 也很大。 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 等控制方法 [4]。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)應用程序比較簡單。擴展能力較強。實時性好，響應快。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。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。通用性強，使用方便。模塊化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。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。 PLC 作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能變得更多。 利用 PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。 （ 1）按鈕輸入檢測 大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水攪拌機啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減 速按鈕等。 （ 3）液位高低輸入檢測 檢測進水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止，以及投入運行的潛水泵的數(shù)量。曝氣過程是工業(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。 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 。 （ 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。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]。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 ]。 (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?；窘Y(jié)構(gòu)如圖 32所示。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 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)是為工藝流程服務的，所以它首先要能很好地實現(xiàn)工藝提出的控制要求。 (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。 (c)適應發(fā)展階段。 (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。 (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。從進水開始到排水結(jié)束算作一個周期 [8]。 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。當污水注入達到預定容積后，停止進水，打開空氣閥門。觀察反應情況，并進行曝氣和攪拌，并決定反應的時間長短，必要時可投加藥劑。 (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。當池水位達到處理周期開始時的最低水位時，停止?jié)? 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。 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 風機 SBR 池 XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 容量等，也各不相同。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，則可增加相應的功能模塊。 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]。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機之空氣逆洗濾材，適用行業(yè)：環(huán)境工程設(shè) 。風量穩(wěn)定，壓力變化對風量影響小。構(gòu)造簡單堅固、無故障。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。/min，風壓： 7000mmAq，轉(zhuǎn)數(shù) 1750r/min，功率： 22kw。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。/h，揚程： 15m，功率： 。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]。/h，功率： 。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。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。比如：電力方面、石油化工方面、消防系統(tǒng)方面等。 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。 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]。 (2)2h后， 1電動蝶閥停止進水， 1回流泵停 止回流； 1風機繼續(xù)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。至此，潷水 1h結(jié)束。以后各周期依次類推。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。 表 41 I/O 分配表 輸 入 信 號 復位 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、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]。 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。具體格式見圖 52: 開始 集水池水位 放水 SBR池水位 曝氣 曝氣 6 小時 沉淀 沉淀 1 小時 排水 結(jié)束 圖 51 SBR 池周期的流程圖 ＭＯＶ _ XXX 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 52 傳送指令格式 (2)加法指令 ADD 加法指令是對有符號數(shù)進行相加操作，它不僅包括整數(shù)加法，而且還包括雙整數(shù)和實數(shù)加法。具體格式見圖 54： ＥＮ ＥＮＯ ＩＮ ＯＵＴ ＡＤＤ _ ＥＮ ＥＮＯ ＩＮ１ ＩＮ２ ＯＵＴ ＩＮ ＴＯＮ 基于 PLC 控制的城市污水處理系統(tǒng)的設(shè)計 17 圖 54 接通延時定時器指令格式 根據(jù)控制要求、 I/O 分配表，設(shè)計 PLC 梯形圖，見附錄 A。過程中要努力接近實際的控制系統(tǒng)，并且要考慮一下每一種有可能會發(fā)生的狀況，需要一遍一遍進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題要及時準確的分析并且調(diào)整程序內(nèi)容和所涉及的參數(shù)。發(fā)現(xiàn)問題時及時停機，分析原因，找到可以解決問題的辦法，而且需要仔細記錄，以便進一步分析和改造。 本文采用 PLC 對污水處理廠的控制系統(tǒng)進行了改造，經(jīng)過不斷的調(diào)試和運行，本控制系統(tǒng)基本達到了我們所要的控制要求，系統(tǒng)具有較高的可靠性，可基本實現(xiàn)污水處理廠的無人化管理，充分實現(xiàn)自動化控制，不僅 減輕了工人的勞動強度 ,而且提高了污水處理廠的運行效率和運行效益 ,實現(xiàn)了污水廠生產(chǎn)管理的科學性。從而降低了污水廠的ＰＴ XXX 本科