SBR污水處理基于PLC

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1、湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2011級畢業(yè)論文設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、課題名稱：SBR廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、指導(dǎo)教師：姓名：方鷙翔 電話：15873233302 Email：1203894891@ QQ:1203894891 三、設(shè)計(jì)的目的與意義： 1、提高學(xué)生對自動控制的更深層次的掌握和運(yùn)用。 2、拓展學(xué)生的對專業(yè)知識的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。 3、培養(yǎng)學(xué)生正確的思想方法、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。 四、設(shè)計(jì)具體內(nèi)容： 五、設(shè)計(jì)具體的要求： 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文應(yīng)由以下幾部分組成： （1）封面：姓名、專業(yè)、指導(dǎo)教師姓名、課題名稱、學(xué)校

2、名稱。 （2）目錄：畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書各部分內(nèi)容。 （3）摘要：對論文的思路做出總體說明。 （4）正文：畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的核心。 （5）結(jié)束語：對設(shè)計(jì)中所做的工作進(jìn)行評價(jià)，可對設(shè)計(jì)的不足或問題作出討論，或?qū)ξ磥砑夹g(shù)及改進(jìn)發(fā)表展望。 （6）致謝 附錄及參考文獻(xiàn)：將篇幅較大的表格、附圖等材料附于設(shè)計(jì)說明書末。 注：論文字?jǐn)?shù)要求在6000字以上。 摘要 　　 隨著我國國城市化進(jìn)程的推動，中小城市(鎮(zhèn))數(shù)量的不斷增多，由其帶來的水污染問題日趨嚴(yán)重。序批式活性污泥法(簡稱SBR)符合中小城鎮(zhèn)污水處理的基本要求，但必須實(shí)現(xiàn)自動控

3、制，才能發(fā)揮其優(yōu)勢，使其具有更加廣闊的應(yīng)用前景。隨著自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展、完善,污水處理廠的自動化水平也相應(yīng)提高。而PLC控制器以其技術(shù)成熟、通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了污水處理廠自動控制系統(tǒng)的組成、功能及如何利用PLC實(shí)現(xiàn)自動控制。在污水處理中采用PLC控制系統(tǒng)改造后，提高了自動控制的可靠性,不僅減輕了工人的勞動強(qiáng)度,而且提高了污水處理廠的運(yùn)行效率和運(yùn)行效益,實(shí)現(xiàn)了污水廠生產(chǎn)管理的科學(xué)性。 關(guān)鍵詞：PLC 污水處理 SBR工藝 　　　 　　　　

4、 The Sewage Treatment System Based on PLC Abstract Along with our country's urbanization drive, small and medium-sized cities (town), the increasing number of water pollution problems brought by the increasingly serious. Sequencing batch type activated sludge (her

5、einafter referred to as the SBR) comply with small towns is the basic requirement of sewage disposal, but must achieve automatic control, to exert its advantages, make its have more broad application prospects. As automation technology, computer technology unceasing development, improve the level of

6、 automation, sewage treatment plants also increase. And with its mature technology of PLC controller, versatility, high reliability, good flexibility, expand convenient installation and performance to price higher series of advantages, in industrial control are getting more and more widely. This art

7、icle mainly introduced the sewage treatment plant in automatic control system composition, function and how to make use of PLC automatic control, and introduces the system implementation problems encountered and their solutions. In sewage treatment using PLC control system after the transformation,

8、improve the reliability of the automatic control, not only reduce the labor intensity of the workers, but also improve the operation efficiency of wastewater treatment plant with operation efficiency, realized the scientific production management of the wastewater treatment plant. Key words Sewag

9、e treatment PLC SBR process 　目錄 中文摘要 ---------------------------------------- 2 英文摘要 ---------------------------------------- 3 第一章 緒論 -------------------------------------- 6 1.1課題背景 ---------------------------------- 6 1.2 課題

10、目的和意義 --------------------------- 7 1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r --------------------------- 7 1.4 本文研究的主要內(nèi)容 ------------------------- 8 第二章 污水處理系統(tǒng)工藝流程 --------------------- 9 2.1 SBR結(jié)構(gòu)及工作原理 ------------------------ 9

11、 2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟 --------------- 10 2.3 污水處理工藝過程闡述 --------------------- 12 第三章 電氣控制方案的選擇及硬件的設(shè)計(jì) ----------- 13 3.1 PLC的工作原理 -------------------------- 13 3.1.1 循環(huán)掃描技術(shù) ------------------------ 13 3.1.2 PLC的輸入/輸出響應(yīng)時(shí)間 ------------- 14 3

12、.2 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 -------- 14 3.3 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ------- 14 3.3.1 設(shè)計(jì)過程 ---------------------------- 14 3.3.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) --------------------- 15 3.3.3 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)硬件電 路設(shè)計(jì) --------------------------- 16 第四章 污水處理系統(tǒng)的

13、軟件設(shè)計(jì) --------------- 20 4.1污水處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體概述 --------- 20 4.2 污水處理各個子程序的設(shè)計(jì) --------------- 20 4.2.1格柵除污機(jī)控制子程序的設(shè)計(jì) --------- 20 4.2.2 空氣閥門、鼓風(fēng)機(jī)、潛水機(jī)拌機(jī)、回流 污泥泵控制子程序的設(shè)計(jì) ------------ 21 結(jié)束語 ----------------------------------------

14、24 參考文獻(xiàn) -------------------------------------- 25 致謝 ------------------------------------------- 26 附錄 ------------------------------------------ 27 SBR污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1.1 課題背景 地球雖然有70.8％的面積為水所覆蓋，但淡水資源卻極其有限，人類真正能夠利用的是江河湖泊以

15、及地下水中的一部分，僅占地球總水量的0.26％，而且分布不均。 全世界每天約有200噸垃圾倒進(jìn)河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染8升淡水。世界上許多國家正面臨水資源危機(jī)： 12億人用水短缺，30億人缺乏用水衛(wèi)生設(shè)施[1]。 中國污水處理行業(yè)概況: (1) 中國水資源人均占有量少，空間分布不平衡。隨著中國城市化、工業(yè)化的加速，水資源的需求缺口也日益增大。在這樣的背景下，污水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，目前與自來水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要地位。 (2) 雖然由于國家和各級政府對環(huán)境保護(hù)重視程度的不斷提高，中國污水處理行業(yè)正在快速增長，污水處理總量逐年增加，城鎮(zhèn)污水處理率不斷提高。

16、但目前中國污水處理行業(yè)仍處于發(fā)展的初級階段。 (3) 一方面，中國目前的污水處理能力尚跟不上用水規(guī)模的迅速擴(kuò)張，管網(wǎng)、污泥處理等配套設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后。另一方面，中國的污水處理率與發(fā)達(dá)國家相比，還存在著明顯的差距，且處理設(shè)施的負(fù)荷率低。 (4) 因此中國應(yīng)完善污水處理的政策法規(guī)，建立監(jiān)管體制，創(chuàng)建合理的污水處理收費(fèi)體系，扶植國內(nèi)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進(jìn)污水處理行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化和市場化。污水處理行業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。中國污水處理行業(yè)由此迎來高速發(fā)展期[2]。 1.2 課題目的和意義 世界上任何國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會推進(jìn)社會進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民的生活得到進(jìn)一步改善，尤其在

17、工業(yè)革命之后，各國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，全球大量的不可再生資源（例如石油）被利用。 如果這些污水無凈化排出必定會給周圍環(huán)境造成很大的污染，而且我國是一個嚴(yán)重缺水的國家，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上13個缺水國家之一。目前我國約300個城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有50個，據(jù)中國經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國按目前正常需要，年缺水總量約為300億~400億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2300億元，超過洪澇災(zāi)害。水資源的匱乏和水資源的污染已經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活，嚴(yán)重的影響了全國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。特別是我國北方城市，如北京、天津、沈陽等城市水資源更為短缺。在這種情況下，污水更加不能隨便外排，而是要凈化之后合理

18、利用。 我國污水處理的電耗為0.365kWh/m3、日本為0.304 kWh/m3、美國為0.243kWh/m3，因此建設(shè)符合我國具體情況的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會、保持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義[3]。 1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國外的污水處理廠很早就實(shí)現(xiàn)了污水處理廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如DCS/FCS系統(tǒng)，同時(shí)國外較早的將SCADA技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。國外同時(shí)注重水處理PLC的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、S

19、iemens的s7系列、Schneider的TSX Quantum DO、化學(xué)需氧量COD分析儀。國外污水處理自控系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：大量采用在線監(jiān)控的水質(zhì)分析儀表，對全廠的水質(zhì)實(shí)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，并有上位機(jī)記錄下來，提高了測量精度;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)和水源的變化自動的調(diào)整相應(yīng)的控制方式;大量采用遙控、遙測設(shè)備；并開始有效地利用社會信息資源，如電話網(wǎng)絡(luò)、移動電話網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。 與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，70年代開始采用熱工儀表，實(shí)行集中巡檢；80年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；到90年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建成投

20、產(chǎn)，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動化水平有了很大提升。從外國引進(jìn)污水廠的自動控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動化程度較高的檢測儀表，各種新工藝、新設(shè)備的大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用。可以說我國污水處理自動化的現(xiàn)狀是：手動和自動兼?zhèn)?，自制和引用并舉?？梢钥闯鑫覈鬯幚碜钥叵到y(tǒng)有以下特點(diǎn)：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)，手動和自動并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水處理廠自動化程度仍然很低;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，但由于進(jìn)口儀表價(jià)格昂貴，所以應(yīng)用并不廣泛。水質(zhì)的檢測主要是有實(shí)驗(yàn)人員通過實(shí)驗(yàn)來測量;各個控制站之間完全獨(dú)立，無信息交

21、換。并且各個控制單元由于內(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;上位機(jī)監(jiān)控軟件很少使用，幾乎沒有中控室，不能對全廠的設(shè)備實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而一些報(bào)表的工作也主要是有廠里的工作人員手工完成。 通過對比，不難看出整體上和國外相比我國污水處理的自控系統(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。 1.4本文研究的主要內(nèi)容 本文論述了污水處理工藝及污水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 主要由以下內(nèi)容組成： (1) 介紹了污水處理的基本內(nèi)容，包括污水處理的發(fā)展及污水處理的工藝流程。 (2) 介紹了PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行

22、設(shè)計(jì)分 析。 (3) 具體設(shè)計(jì)污水處理的硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)。 第二章 污水處理工藝流程 2.1 SBR的結(jié)構(gòu)及工作原理 本論文中的污水處理采用SBR污水處理工藝，即序批式間歇活性污泥法。SBR采用時(shí)間分割的操作方式替代傳統(tǒng)的空間分割方式，可以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)連續(xù)產(chǎn)生大量污水的特點(diǎn)。SBR廢水處理系統(tǒng)分別由粗細(xì)格柵除污池、集水池、SBR反應(yīng)池、儲泥池、水泵、鼓風(fēng)機(jī)和電動閥門等部分組成，在粗細(xì)格柵除污池、集水池、SBR反應(yīng)池、儲泥池中分別設(shè)置液位開關(guān)，用以檢測水池與水箱中的液位。 本論文設(shè)計(jì)采用PLC技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)污水處理過程的實(shí)時(shí)檢測和控制，保障生產(chǎn)過程的連續(xù)

23、性，降低勞動強(qiáng)度。SBR處理周期包括進(jìn)水、生化反應(yīng)（曝氣）、沉淀、排放等工序，污水在SBR中按序列間歇地進(jìn)入每個反應(yīng)工序。曝氣使好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)交替進(jìn)行，最終達(dá)到脫碳、脫氨和脫氮的目的。此外還有保證SBR的用風(fēng)量。SBR的簡易過程如圖 2-1所示。 圖2-1 SBR污水處理 在充氧階段，SBR反應(yīng)池去除有機(jī)物的機(jī)理與普通活性污泥法相同。不同點(diǎn)是，運(yùn)行時(shí)，進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、空載排泥5個工序在同一SBR反應(yīng)池中周期性運(yùn)行。當(dāng)污水進(jìn)入反應(yīng)池后，與池內(nèi)空載期的污泥混合，污水中的有機(jī)物被菌膠團(tuán)吸附，并開始生物降解。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過沉淀期，上部的水逐漸變

24、清，利用潷水器將水排出，最后排出污泥。 2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與步驟 PLC控制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要很好的實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則： (1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求。 (2) 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠。 (3) 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、適用及維修方便。 (4) 適應(yīng)發(fā)展的需要。 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試應(yīng)遵循一定的步驟。整體的設(shè)計(jì)步驟如圖2-2所示。 圖2-2 設(shè)計(jì)步驟示意圖

25、 步驟說明： (1) 控制要求分析 在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)之前，必須對工藝過程進(jìn)行細(xì)致的分析，詳細(xì)了解控制對象和控制要求，這樣才能真正明白自己所要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)出令人滿意的控制系統(tǒng)。 (2) 確定輸入/輸出設(shè)備 根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。并根據(jù)所選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。 (3) 選擇合適的PLC 本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用三菱PLC，根據(jù)輸入和輸出端口要求選擇FX2N-48MR的型號PLC。如圖2-3所示。 圖 2-3 FX2N-48MR (4) I

26、/O點(diǎn)數(shù)分配 點(diǎn)數(shù)分配就是規(guī)定PLC的I/O端子和輸入/輸出設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系。 (5) PLC程序設(shè)計(jì) 本階段就是根據(jù)控制對象和控制要求對PLC進(jìn)行編程。首先把工藝流程分為若干階段，確定每一階段的輸入信號和輸出要控制的設(shè)備，還有不同階段之間的聯(lián)系，然后畫出程序流程圖，最后再進(jìn)行程序編制。 (6) 模擬調(diào)試 程序編好后，可以用按鈕和開關(guān)模擬數(shù)字量，與組態(tài)軟件相連接，進(jìn)行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。 (7) 撰寫論文 2.3 污水處理工藝過程闡述 (1) 進(jìn)水 進(jìn)水閥門打開，污水通過粗格柵，經(jīng)過水泵，然后再經(jīng)過細(xì)格柵過濾，污水到達(dá)集水池，再根據(jù)控制要求，將集水池中的污水注

27、入到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)到預(yù)定容積后，停止進(jìn)水，空氣閥門打開，鼓風(fēng)機(jī)啟動，開始曝氣，同時(shí)潛水?dāng)嚢铏C(jī)和回流污泥泵運(yùn)行，可開始反應(yīng)操作，如驅(qū)除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等[7]。根據(jù)反應(yīng)需要達(dá)到的程度，進(jìn) 行曝氣和攪拌，并決定反應(yīng)時(shí)間的長短。潛水?dāng)嚢铏C(jī)與曝氣系統(tǒng)混合使用，使能耗大幅度降低，充氧量明顯提高，創(chuàng)建水流，加強(qiáng)攪拌功能，防止污泥沉淀，有效防止沉淀。 (3) 沉淀 當(dāng)SBR池停止曝氣以后，空氣閥門關(guān)閉，同時(shí)潛水?dāng)嚢铏C(jī)、回流污泥泵也停止運(yùn)行。開始重力沉淀和泥水分離。 (4) 排水 SBR池達(dá)到高水位，并經(jīng)過沉淀

28、工藝以后，上清液由潷水器緩慢排除池外。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)行后開始運(yùn)行，排泥至儲泥池。 潷水器通過PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動控制，當(dāng)SBR反應(yīng)池的靜置時(shí)間結(jié)束 且液位滿足要求時(shí)，潷水器開始運(yùn)行。 第三章 電氣控制系統(tǒng)方案的選擇及硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC的工作原理 PLC與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時(shí)動作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描

29、技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才動作，而且每次只能執(zhí)行一條指令，這也就是說明PLC是以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的控制的觸點(diǎn)競爭和時(shí)序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個階段才能完成控制過程。 3.1.1 循環(huán)掃描技術(shù) PLC循環(huán)掃描可分為3個階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設(shè)備）。 (1) 輸入階段 在這個階段中，PLC先進(jìn)行自我診斷，然后與編程器或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，同

30、時(shí)中央處理器掃描各個輸入端并讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲單元。 (2) 執(zhí)行程序階段 在這個階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、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，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲器單元。這一階段執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出階段。在這個程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。 (3) 輸出階段 在這個階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號，開始控制外部設(shè)備。 3.1.2 PLC的

31、輸入/輸出響應(yīng)時(shí)間 I/O響應(yīng)時(shí)間是指某一輸入信號從變化開始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號的改變所需要的時(shí)間。因?yàn)镻LC的循環(huán)掃描工作方式，所以收到輸入信號的時(shí)刻不同，響應(yīng)時(shí)間的長短也就不同。下面就給出最短和最長響應(yīng)時(shí)間。 最短響應(yīng)時(shí)間：一個掃描周期剛結(jié)束就收到輸入信號，即收到這個輸入信號與開始下一個掃描周期同時(shí)，這樣的響應(yīng)時(shí)間最短。考慮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)大于一個掃描周期。 最長響應(yīng)時(shí)間：一個掃描剛完成輸入讀取后才接到輸入信號，這樣這個輸入信號在該掃描周期將不會發(fā)生變化，要等到下一個掃描周期才能得到響應(yīng)，這時(shí)的響應(yīng)時(shí)間最長。 3.2 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

32、要求 (1) 控制裝置選用PLC作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配PLC機(jī)型和I/O接口。 (2) 執(zhí)行自動工作方式，應(yīng)能按照工藝要求編輯程序并可實(shí)時(shí)整定參數(shù)。 (3) 驅(qū)動攪拌機(jī)為正、反轉(zhuǎn)雙向運(yùn)行，因此要在PLC控制回路加互鎖功能。 (4) PLC的接地應(yīng)按手冊中的要求設(shè)計(jì)，并在圖中表示或說明。 (5) 為了設(shè)備安全運(yùn)行，考慮必要的保護(hù)措施，如電動機(jī)過熱保護(hù)、控制系 統(tǒng)短路保護(hù)等。 (6) 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路

33、、PLC硬件電路。 (7) 選擇電器元件、編制元器件目錄表。 (8) 繪制接線圖、電控箱布置圖和配線圖、控制面板布置圖和配線圖等。 (9) 采用梯形圖或指令表編制PLC控制程序。 3.3 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 3.3.1 設(shè)計(jì)過程 (1) 系統(tǒng)由一臺格柵除污機(jī)，由時(shí)間間隔控制其開或者停。為了調(diào)試方便，設(shè)置開5S，關(guān)5S。格柵池有兩個浮球開關(guān)，分別標(biāo)示著池中污水的液位上限值和下限值。如果液位達(dá)到上限值，關(guān)閉電動閥；如果液位在下限位以下，電動閥打開，當(dāng)水位溢過下限位時(shí)，格柵機(jī)打開。 (2) 污水經(jīng)過格柵除污機(jī)后由水泵1進(jìn)入集水池2，當(dāng)集水池2處于低水位時(shí)，關(guān)閉集水池

34、2后面與其相連的所有閥門。集水池2中應(yīng)用2個浮球作為限位開關(guān)。 (3) SBR污水處理池中都有2個浮球開關(guān)監(jiān)測池水的水位。當(dāng)水位到達(dá)上限時(shí)關(guān)閉水泵2同時(shí)啟動空氣閥、鼓風(fēng)機(jī)、潛攪拌水機(jī)和回流污泥泵。 (4) 潷水機(jī)由時(shí)間控制（便于調(diào)試設(shè)定時(shí)間為5S），當(dāng)空氣閥門關(guān)閉5S后，潷水器開始運(yùn)行，將池內(nèi)的上清液排出，當(dāng)時(shí)間到后停止運(yùn)行。 (5) 剩余污泥泵在潷水器停止運(yùn)行后開始運(yùn)行，排泥至儲泥池。排泥過程可以用時(shí)間來控制（為調(diào)試方便可以設(shè)計(jì)時(shí)間為30s排完）。 3.3.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) (1) SBR廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機(jī)均由交流接觸器完成起、?？刂?，攪拌機(jī)要采用正、反轉(zhuǎn)控制。 (

35、2) 格柵除污池、集水池、SBR反應(yīng)池、清水池等的液位檢測開關(guān)，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)、各個水泵、鼓風(fēng)機(jī)電動機(jī)、攪拌機(jī)分別采用熱繼電器實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，用以完成各個電動機(jī)系統(tǒng)的過載保護(hù)。 (4) 鼓風(fēng)機(jī)的控制要求在無負(fù)載條件下起動或停機(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) 電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)。控制面板與電控箱內(nèi)的電器板用BVR型銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。 (7) PLC選用繼電器輸出型。 (8) PLC自身配有24V直流電源

36、，外接負(fù)載時(shí)考慮其供電容量。PLC接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。 3.3.3 SBR污水處理電氣控制系統(tǒng)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3-1所示。 圖 3-2 主電路（續(xù)） 主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分別控制格柵除污機(jī)M1、潷水器M2、鼓風(fēng)機(jī)M3、剩余污泥泵M4、回流污泥泵M5；交流接觸器KM6、KM7控制潛水?dāng)嚢铏C(jī)，攪拌機(jī)通過正、反轉(zhuǎn)完成對污水的攪拌功能；水泵1交流接

37、觸器KM8,水泵2交流接觸器KM9，水泵3交流接觸器KM10。 格柵機(jī)、潷水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、剩余污水機(jī)、回流污泥機(jī)和攪拌機(jī)由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7、FR8、FR9、FR10實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔茫褂煤途S修方便。熔斷器Fu1、Fu2、Fu3、Fu4、Fu5、Fu6分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。 2.主要參數(shù)計(jì)算 (1).斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)載交流電動機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動機(jī)起動電流的1.7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)

38、有3kW負(fù)載電動機(jī)1臺，起動電流較大，其余五臺為1.1kW以下，起動電流較小，而且工藝要求7臺電動機(jī)單獨(dú)起動運(yùn)行，因此可根據(jù)3kW電動機(jī)選擇自動開關(guān)QF脫扣電流IQF： IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A，選用IQF＝10A的斷路器。 熔斷器FU熔體額定電流IFU。以鼓風(fēng)機(jī)為例，IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A，選用5A的熔體。其余熔體額定電流的選擇，按上述方法選配?？刂苹芈啡垠w額定電流選用2A。在原理圖中的熔斷器規(guī)格選用RT18-32系列。 (2).熱繼電器在本論文里選用JR36系列，整定電流等于各電機(jī)的額定電流。 (3).在原理圖中的交流接觸器規(guī)格選用C

39、J20-10。 3. 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)。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等；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3-2為SBR污處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖水。

40、 圖 3-3 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖 PLC輸入回路中，信號電源由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裝置，需要考慮信號裝置的電源等級和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流電源，以防止電源過載損壞或影響其他輸入口的信號質(zhì)量。 PLC采用繼電器輸出，每個輸出點(diǎn)額定控制容量為AC220V，2A。 表1和表2分別為SBR污水處理系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。 表1 SBR污水處理系統(tǒng)

41、PLC輸入接口功能表 輸入繼電器 作用 X0 集水池1 的上限位 X1 集水池1 的下限位 X2 集水池2 的上線位 X3 集水池2 的下限位 X4 SBR污水池的上限位 X5 SBR污水池的下限位 X6 SBR污水池的報(bào)警限位 X11 清水池 的上限位 X12 清水池 的下限位 X13 中水持 的上限位 X14 中水池 的下限位 X20 啟動按鈕 X21 停止按鈕 表2 SBR污水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表 輸出繼電

42、器 作用 Y0 驅(qū)動格柵機(jī) Y1 驅(qū)動水泵1 Y2 驅(qū)動水泵2 Y3 驅(qū)動潛水機(jī)正傳 Y4 驅(qū)動回流污泥泵 Y5 驅(qū)動剩余污泥泵 Y6 驅(qū)動潛水機(jī) Y7 驅(qū)動水泵3 Y10 驅(qū)動電動閥YC1 Y11 驅(qū)動空氣閥YC2 Y12 驅(qū)動電磁閥YC3 Y13 驅(qū)動電磁閥YC4 Y14 驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī) Y15 驅(qū)動潛水機(jī)反轉(zhuǎn) Y16 驅(qū)動SBR污水池報(bào)警系統(tǒng) 第四章 污水處理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1污水處理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體概述 PLC選用日本三菱公司FX系列可編程序控制器。軟件變成采用FXGPW1N實(shí)現(xiàn) ，PLC

43、作為整個系統(tǒng)的控制中心，在系統(tǒng)過程中完成水泵 ，除污機(jī)和潛水?dāng)嚢铏C(jī)等的啟停，液位檢測信號的輸入輸出。圖4-1為設(shè)計(jì)污水處理系統(tǒng)要編寫的全部子程序，由這些子程序構(gòu)成了完整的PLC梯形圖設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行模擬調(diào)試。 圖4-1 SBR污水處理系統(tǒng)子程序簡圖 4.2 污水處理各個子程序的設(shè)計(jì) 4.2.1格柵除污機(jī)控制子程序的設(shè)計(jì) 進(jìn)站的污水可能含有石頭、木棒等污染物。柵格主要是將體積比較大的污染物過濾掉。在自動工作方式下，由時(shí)間間隔來控制柵格除污機(jī)的開和停。 格柵除污機(jī)工作流程圖如圖4-2所示，對應(yīng)的梯形圖如圖4-3所示。

44、 圖 4-2 格柵機(jī)除污流程圖 圖 4-3 格柵機(jī)梯形圖 4.2.2 空氣閥門、鼓風(fēng)機(jī)、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、回流污泥泵控制子程序的設(shè)計(jì) 進(jìn)水閥門關(guān)閉后，空氣閥門開啟，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾猛瑫r(shí)開啟。SBR池的水位有限制，水位太高會溢出池外，因此設(shè)置水位保護(hù)。一定時(shí)間后關(guān)閉空氣閥門，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾靡搽S之關(guān)閉。 其對應(yīng)的梯形圖如圖4-4所示。 圖 4-4 鼓風(fēng)機(jī)、潛水機(jī)、空氣閥、回流污泥機(jī)梯形圖

45、 4.2.3 潷水器控制子程序的設(shè)計(jì) SBR法由于是周期排水，排水時(shí)池內(nèi)水位是變化的，進(jìn)水時(shí)水位由最低升至最高，出水時(shí)水位由最高降至最低，故SBR反應(yīng)池出水管位置必須設(shè)在最低水位以下。間歇式出水要求集中大流量排放，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成出水任務(wù)，如果出水管形狀與方向不當(dāng)，會擾動池中污泥層，出水時(shí)會帶走大量活性污泥。因而，潷水器是SBR工藝排水的最好選擇，它只撇出活性污泥沉淀后的上清水，在水位下降過程中保持水面平穩(wěn)，不擾動下面的污泥層，如圖4-5梯形圖。 大體上分以下幾種潷水器，控制要求不同，可以選擇不同的潷水器進(jìn)行排水處理。 1. 固定式管理潷水器 優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，運(yùn)行可靠，缺點(diǎn)是

46、管理較多，操作較為繁瑣，管路內(nèi)易吸收表面浮泥及底部沉泥。 2. 虹吸式潷水器 優(yōu)點(diǎn)是成本低，運(yùn)行可靠，不易出故障；缺點(diǎn)是由于排水管的下端位于池水要求最低水位處，為了泥水分離徹底，其沉淀和排水時(shí)間相應(yīng)較長。 3. 旋轉(zhuǎn)式潷水器 優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠、負(fù)荷大，適用于大型裝置，應(yīng)用最為廣泛。缺點(diǎn)是對機(jī)械、電動裝置要求較高。 4. 套筒式潷水器 多為不銹鋼制，造價(jià)偏高，且密封件為橡膠制品，壽命有一定限制。 圖 4-5 梯形圖 結(jié)束語 通過兩個月的課題設(shè)計(jì)和調(diào)試，基本上完成

47、了對PLC工業(yè)污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在這個過程中，使我學(xué)到了很多知識，積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，鍛煉了自己的獨(dú)立思考能力和實(shí)踐動手能力。進(jìn)一步加深了解了PLC在實(shí)踐當(dāng)中的應(yīng)用。熟悉了PLC硬件的工作原理，完成了整個系統(tǒng)的模擬調(diào)試，通過對系統(tǒng)的不斷修改，基本上達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。對三菱PLC的特點(diǎn)有了進(jìn)一步的了解，污水處理系統(tǒng)采用了三菱系列PLC的特點(diǎn)，對一些開關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)等一些模擬量進(jìn)行控制，在工藝上實(shí)現(xiàn)了PLC的強(qiáng)大的功能，從而解決了污水處理的實(shí)際問題。 這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程

48、，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后生活學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步。 參考文獻(xiàn) 1.張運(yùn)剛，宋小春．PLC職業(yè)技能培訓(xùn)及視頻精講．人民郵電出版社． 　2010.1（2010.8重?。? 2.瞿彩萍．PLC應(yīng)用技術(shù)（三菱）．中國勞動社會保障出版社．2006年。 3.何獻(xiàn)忠.工業(yè)污水處理的PLC控制應(yīng)用.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2004年?！? 4. 張衛(wèi)娜.基于PLC的污水處理研究.沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).2007年。 5

49、. 仝衛(wèi)衛(wèi),王少輝,郝建新.SBR工藝控制問題的PLC程序編制方法. 鄭州輕工業(yè) 學(xué)院學(xué)報(bào).2008,23(5):111-114。 6. 商敏兒,杜樹新.活性污泥法處理過程自動化控制的研究現(xiàn)狀.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2002,3(1):83-87。 7. 張占,張德虎.基于PLC和MCGS的串行通信實(shí)現(xiàn).科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2008(8):2-3。 8. 徐琳,牟道光. PLC在污水處理中的應(yīng)用. 微計(jì)算機(jī)信息.2004,20(3):42-43。 9. 張統(tǒng).間歇式活性污泥法污水處理技術(shù)及工程實(shí)例.化學(xué)工業(yè)出版 社,2002:19-27。 致 謝 本課題是

50、在導(dǎo)師方摯翔老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師以淵博的學(xué)識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，為學(xué)生開拓了研究視野，豐富了專業(yè)知識。先生謙遜無私的高尚品質(zhì)、樸實(shí)真誠的做人原則和一絲不茍的敬業(yè)精神，對學(xué)生將永遠(yuǎn)的鞭策。在我畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，方摯翔老師在學(xué)習(xí)、生活上都給予了我極大的關(guān)懷和鼓勵。從論文選題、實(shí)驗(yàn)到最后論文的撰寫，方摯翔老師都做了悉心的指導(dǎo)，并提出了許多寶貴的建議。藉此完成之際，借此機(jī)會謹(jǐn)向尊敬的方摯翔老師致以最衷心的感謝！ 感謝論文中參考的參考文獻(xiàn)的作者；對于提供論文中隱含的上述提及的支持者以及研究思想和設(shè)想的支持者表示感謝。 在論文的寫作中，還得到了同學(xué)們的悉心指點(diǎn)，在此表示衷心的感謝！在此還要感

51、謝電氣工程及其自動化專業(yè)的全體老師，感謝他們對我的培養(yǎng)，使我在大學(xué)這三年的學(xué)習(xí)生活中受益匪淺。感謝家人的關(guān)心與支持！感謝評閱和閱讀本文的老師為此付出的辛勤勞動！最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師、教授！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。 附錄 主程序梯形圖 主程序梯形圖（續(xù)） 主程序梯形圖（續(xù)） 主程序梯形圖（續(xù)） 主程序梯形圖（續(xù)） ３２