1 绪论
我国是一个水资源匮乏的国家，而且时空分布上极不均匀，许多地区和城市严重缺水。与此同时，在我国大部分城市和地区，本已极为有限的水资源还受到水质恶化和水生态系统破坏的严重威胁。由于80%以上的污水未经有效处理就直接投进水域，已造成我国1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域严重污染，近50%的重点城镇水源不符合饮用水标准。尤其伴随着城市化和工业化进程的加速，需水量和污染物排放量迅速增长，水危机不仅会长期存在，而且有迅速加剧的趋势。水资源短缺和水环境污染造成的水危机已经成为我国社会经济发展的重要制约因素。国内外水环境恢复与再生的实践表明，污水深度处理与再利用是通向健康水循环的桥梁，推进污水深度处理和普及再生水，利用人类与自然兼容协调，创造良好水环境，促进人类可持续发展的重要举措。
1.1 选题的目的和意义
世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程序的环境污染。污水也是造成环境污染的来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。
我国是一个严重缺水的国家，虽然我国年平均水资源总量为28000亿m2，居世界第六位，人均水资源量为2220m2，居世界第110位，已经被联合国列为世界上13个缺水国家之一。目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水城市有50个。据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为300亿～400亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达2300亿元，超过洪涝灾害。水资源的匮乏和水资源的污染，已经严重影响了人民的日常生活，严重影响了我国的经济建设和发展。特别是我国北方城市，如北京、天津、沈阳等城市水资源更为短缺。根据国家十五发展纲要，十五期间各县市都要建立污水处理厂，如何保证处理过程的正常运行，减少运行成本成为环保部门、城建部门所关注的问题。目前国家治理污染的重点是“33211”工程，即“三河”(淮河、海河、辽河流域)、“三湖”(太湖、巢湖、滇池)、“两区”(酸雨控制区、二氧化硫控制区)、“一市”(北京)、“一海”(渤海流域)[1]。我国城市污水处理的电耗为0.365kwh/m3、日本为0.304kwh/m3、美国为0.243kwh/m3，并且我们的工作人员还要比这些国家多，但是我国城市污水处理深度却远不如这些国家。造成这种结
果的原因主要是：污水处理厂管理水平低、自动化控制手段差。
因此建设符合我国国情的污水处理自动控制系统对降低污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会，保持我国经济高速发展具有重要意义。
1.2 当今国内外污水处理自动控制系统发展状况
1.2.1 国外污水处理自控系统发展状况
国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力，进行水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。一些发达国家经过十几年的努力，污水处理率几经达到了80%~90%，成功地解决了来自于城市和工业的点源污染问题。同时一些国家开始重视污水的回用，如以色列的污水回用率达到了90%。
由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制，如DCS、FCS系统。同时国外较早的将SCADA技术引入到了给水排水工程中，并取得了良好的经济效益和社会效益。国外同时注重水处理中PLC的开发，相继研制出了一些智能、稳定、小巧的控制单元，如AB公司的SLC 系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列；同时国外也很重视在线仪表的研制，如德国E+H公司，美国的哈希公司相继研制了溶解氧DO(Dissolved Oxygen)、化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)分析仪。国外污水处理自控系统主要存在以下几个特点：
(1)采用集散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS。按照厂区的自身情况和工艺段来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以是上下级关系，站与站之间一般独立运行。设立中控室，中控室有操作员和工程师站，负责全厂的数据管理与记录、报表等工作。
(2)采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实行实时监测，并由上位机记录下来，提高了测量精度。
(3)生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动地调整相应的控制方式。
(4)大量采用遥测、遥控设备，并开始有效地利用社会信息资源，如电话网络、
移动电话网络、国际互联网、气象信息等。
1.2.2 国内污水处理自控系统发展状况
解放初期由于工农业生产刚刚起步，当时的污水污染程度很低，且提倡利用污水进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利用作为经验进行推广，如著名的沈抚灌溉等，全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂(还包括1921~1926年间外国人兴建3座污水处理厂)，在处理工艺有的还是一级处理，处理的规模也很小，每天只有几千个立方米，最大的也只有每天5万立方米左右，致使污水处理技术和管理水平处于较落后的状态。
我国第一座大型污水处理厂——天津市纪庄子污水处理厂于1982年破土动工，1984年4月28日竣工投产运行，处理规模为26万立方米/天。纪庄子污水处理厂投产运行后多年来达到设计出水水质标准，使黑臭的污水变为清流，它的诞生填补了我国大型污水处理厂建设的空白。在此成功经验的带动下，北尔、上海、广东、广西、陕西、山西、河北、江苏、浙江、湖北、湖南等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂。
与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表，实行集中巡检；八十年代应用分析仪表和DCS系统；至九十年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建设投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大的提高。从国外引进污水厂的自动控制系统已经广泛采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺，新设备大量出现并得到应用。可以说我国污水处理自动化的现状是：手动与自动皆备，自制和引用并举。可以看出我国的污水处理自控系统有以下特点：
(1)对于新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统，手动与自动并存的控制方式。大部分以前建设的污水厂自动化程度仍然很低，仍采用人工巡检的方式。
(2)国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在线仪表，但是由于进口仪表价格昂贵，所以应用并不是很广泛。水质的检测主要是有实验室人员通过实验来测量。
(3)各个控制站之间完全独立，没有信息的交换。并且各个控制单元由于其内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制和逻辑控制。
通过对比，不难看出整体上和国外相比我国污水的自控系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。
2 污水处理概述
2.1 污水处理概述
城市污水、生活污水、生产污水或工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入城市排水系统，故把生活污水和生产污水的混合污水叫做城市污水。这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物。经处理后的污水，最后出路有三种：排放水体；灌溉田地；重复使用。水处理的目的不外乎三种[2]：
(1)去除水中影响使用水质的杂质以及污泥的处置，这是最主要的内容。
(2)为了满足用水的要求，在水中加入新的成分以改变水的化学性质，如食用水中加氟以防止龋齿病，循环冷却水中加缓蚀剂以控制腐蚀和结垢等。
(3)改变水的物理性质的处理，如水的冷却，降低水的粘滞度等。
2.2 污水处理工艺技术的现状及发展
我国现有城市污水处理厂80%以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。
“七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在污水处理新技术、污水再生利用新技术、污泥处理新技术等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果达到国际先进水平同时，借助于外贷城市污水处理工程项目的建设，国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，AB法、氧化沟法、A/O工艺、A/A/O 工艺、SBR法在我国城市污水处理厂中均得到应用。污水处理工艺技术由过去只注重去除有机物发展为具有除磷脱氮功能。国外一些先进、高效的污水处理专用设备也进入了我国污水处理行业市场，如格栅机、潜水泵、除砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼气锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备与装置。
我国80年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺，由于该工艺主要以去除BOD5和SS为主要目标，对氮磷的去除率非常低。为了适应水环境及排放要求，一些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能。
AB法污水处理工艺于80年代初开始在我国应用于工程实践。由于其具有抗冲击负荷能力强、对PH值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比较高的城市污水处理厂。
目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。应用较多的有奥贝尔
氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例。DE型氧化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用卡罗塞尔氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。
多种类型的SBR工艺在我国均有应用，如属第二代SBR工艺的ICEAS工艺，属第三代的CAST工艺、UNI-TANK工艺等。
随着我国对水环境质量要求的提高，使得新建城市污水处理厂必须考虑氮磷的去除问题。由此开发了改良A/A/O工艺和回流污泥反硝化生物除磷工艺，并已开始在实际工程中应用。如泰安污水处理厂、青岛李村河污水处理厂、天津北仓污水处理厂、北京清河污水处理厂等。
目前我国新建及在建的污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污泥法仍为主流，占90%以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及与其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。
从国情出发，我国城市污水处理发展趋势：
(1)氮、磷营养物质的去处仍为重点也是难点。
(2)工业废水治理开始转向全过程控制。
(3)单独分散处理转为城市污水集中处理。
(4)水质控制指标越来越严。
(5)由单纯工艺技术研究转向工艺、设备、工程的综合集成与产业化及经济、政策、标准的综合性研究。
(6)污水再生利用提上日程。
(7)中小城镇污水污染与治理问题开始受到重视。
2.3 污水处理工艺流程
污水处理就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化。现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类。
生物化学处理是利用微生物处理污水中的有机污染物的一种工艺。该工艺运行费用较低，得到了广泛的应用，目前已成为城市污水处理的主体工艺。该法有活性污泥法和生物膜法两种，前者多用于城市污水，后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中生产的污泥。
城市污水处理按处理程度不同可分为预处理、一级处理、二级处理、深度处理和
污泥处理及处置。
预处理：主要包括格栅和沉砂池。其主要作用是截留大块物质、砂石，以保证后续设备的正常运行。
一级处理：主要是初次沉淀池。目的是将污水中悬浮状态的固体污染物质尽可育出或沉降去除，经过一级处理后的污水，可去除50%左右的悬浮物，污水五日需氧量一般只能去除30%左右，达不到排放标准。
二级处理工艺：主要有曝气池和二沉池构成。它是城市污水处理厂的核心，一般采用生物处理方法中的活性污泥法，主要去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。经二级处理后，有机污染物质的去除率可达90%以上，污水中污水五日需氧量值可降至20mg/L~30mg/L，有机污染物达到排放标准。
深度处理：通用的工艺有混凝沉淀和过滤。主要目的是为了满足高标准的受纳水体要求或用于工业等特殊用途，它是城市污水处理未来发展的方向。
污泥处理和处置：主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或卫生填埋。
2.4 SBR污水处理工艺概述
序批式活性污泥法，简称SBR。早在1914年，这种处理系统就被采用，但由于当时的自动化水平较低，操作困难且工作量大，特别是后来随着城市和工业废水处理规模的日趋扩大，这个缺点更加突出，间歇式活性污泥法逐渐被连续式活性污泥法取代。近年来，随着计算机和自动控制技术的飞速发展，这一弊端得到很好的解决。同连续式活性污泥法相比，SBR具有许多独特的优点，使得间歇式活性污泥法日益受到国内外的重视。
SBR反应池去除有机物的机理在充氧时与普通活性污泥法相同，不同之处是运行按流入、反应、沉淀、排放、待机五个工序，依次在同一SBR反应池中周期性运行。从废水流入开始到待机时间结束为一个周期，一切过程都在一个设有曝气或搅拌装置的SBR反应池内进行，不必另设沉淀池和污泥回流泵等装置。间歇式活性污泥曝气法在流态上虽然属完全混合式，但在有机物降解方面，则是时间上的推流。
SBR工艺是一种简易、快速且低耗的废水生物处理工艺。它主要有以下几个方面的特点：工艺简单、造价低；时间上具有理想的推流式反应器的特性；运行方式灵活，可脱氮除磷；具有较强的耐冲击负荷的能力；良好的污泥沉降性能，不易产生污泥膨胀现象[3]。
3 设计方案的确定
3.1 PLC控制系统的设计分析
3.1.1 PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。
(1)整体式结构的PLC
整体式(又称箱体式)结构的PLC由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性能较低[4]。基本结构框图如图3.1所示。
图3.1 整体式结构
(2)模块式结构的PLC
模块式(又称组合式)结构的PLC是将中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)单元、电源和通信端口等分别做成相应的模块、应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线互相联系。其中PLC的CPU和存储器设计在一个模块上，有时把电源也放在这一模块上，该模块在总线上的安装位置一般是固定的，模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认。模块式的特点是系统构成的灵活性高。可以构成不同控制规模和功能的PLC，
但同时价格也比较高[5]。基本结构如图3.2所示。
图3.2结构式模块
3.1.2 PLC的工作原理
PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次只能执行一条指令，这也就是PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要出入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程[6]。
(1)循环扫描技术
PLC采用循环可以分为3个阶段：输入阶段(将外部输入信号的状态传送到PLC)、执行程序阶段和输出阶段(将输出信号传送到外部设备)。
(a)输入阶段
在这个阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。
(b)执行程序阶段
在这个阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄
存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。这一阶段执行完后，进入输出阶段。在这个程序执行中，输入信号的状态和数据保持不变。
(c)输出阶段
在这个阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。
(2)PLC的输入/输出响应时间
I/O响应时间是指某一输入信号从变化开始到系统相关输出端信号的改变所需要的时间。因为PLC的循环扫描工作方式，所以收到输入信号的时刻不同，响应时间的长短也就不同。下面就给出最短和最长响应时间。
最短响应时间：一个扫描周期刚结束就收到输入信号，即收到这个输入信号与开始下一个扫描周期同时，这样的响应时间最短。考虑到输入电路和输出电路的延时，所以最短响应时间应大于一个扫描周期。
最长响应时间：在一个扫描刚完成输入读取后才接到输入信号，这样这个输入信号在该扫描周期将不会发生变化，要等到下个扫描周期才能得到响应，这时的响应时间最长。
3.1.3 PLC控制系统设计原则的设计步骤
(1)设计原则
PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。PLC控制系统的设计应遵循以下原则。
(a)根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度地满足控制要求。
(b)在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。
(c)考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。
(d)控制系统使用和维护方便、安全可靠。
(2)设计步骤
一般PLC控制系统的设计步骤如图3.3，具体操作如下。
图3.3设计步骤示意图
(3)控制要求分析
在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。
(4)确定输入/输出设备
根据控制要求选择合适的输入设备(控制按钮、开关、传感器等)和输出设备(接触器、继电器)。并根据所选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。
(a)选择合适PLC
确定PLC的I/O点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC的选择。选择
包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。
(b)I/O点数分配
点数分配就是规定PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。
(c)PLC程序设计
本阶段就是根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一个阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。
(d)模拟调试
程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。
(e)现场联机调试
现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试，在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。
(f)整理技术文件
这一步主要包括整理与技术有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等[7]。
3.2 污水处理PLC控制系统的设计分析
3.2.1 污水处理的过程
本课题中的污水处理采用SBR污水生物处理工艺，即序批式间歇活性污泥法。这种工艺是按“进水、曝气、沉淀、排水”步骤周期性进行生化反应。从进水开始到排水结束算作一个周期[8]。工艺流程图如图3.4所示。
图3.4SBR工艺流程
基本工艺流程如下：
(1)进水
进水阀门打开，污水通过粗格栅，经过水泵，然后细格栅过滤到达SBR池。
(2)反应
反应工序是SBR工艺最主要的一道工序。当污水注入达到预定容积后，停止进水，空气阀门打开。鼓风机启动，开始曝气，同时潜水搅拌器和回流污泥泵运行，可开始反应操作，如驱除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。根据反应需要达到的程度，进行曝气和搅拌，并决定反应的时间长短，必要时可投加药剂。在进入沉淀工序前，应进行短时间的微量曝气，以吹脱污泥上黏附的气泡或氮，以保证排泥顺利进行。
(3)沉淀
当SBR池停止曝气以后，空气阀门关闭，潜水搅拌器和回流污泥泵停止运行，开始重力沉淀和泥水分离。
(4)排水
SBR池水位到达最高水位，并经过沉淀工艺以后，上清夜(上面的清夜)由滗水器缓慢排出池外。当池水位达到处理周期开始时的最低水位时，停止滗水。剩余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。
3.2.2 污水处理控制流程
以1#SBR池循环周期为例加以说明：
第一步：进水+曝气。1#SBR池开始进水设定时间为早8点，进水2h，通过1#电动蝶阀控制，进水的同时1#风机开始曝气，污泥回流泵1#开启，开始回流。
第二步：2h后，1#电动蝶阀停止进水，1#回流泵停止回流；1#风机继续曝气。
第三步：持续曝气6h后，1#风机停止曝气。
第四步：静置期1h。1#SBR池静置1h后，此时，水面分层，污泥沉降置底，上清液用滗水器排出。
第五步：排水1h。静置1h后，开始排水，1#池内1#滗水器启动，由上顶点缓慢向下移动，(可设为：下潜一小段距离后停住，滗水一定时间，再继续下潜一小段距离，再停，再滗水，再下潜)；滗水器潜至下顶点滗水结束后，迅速自动升回至上顶点停住。至此，滗水1h结束。
第六步：滗水1h结束后，至此，第一周期结束，开始下一循环周期进水，曝气，回流。以后各周期依次类推。
2#SBR池与1#SBR池间隔2个小时，开始进水，各步骤与1#SBR池相同，只是在时间上相互顺延。3#SBR池与2#SBR池相间隔2个小时，4#与3#SBR池相间隔2个小时，后续程序同1#设定。
3.2.3 上位监控管理机
PLC通过通信电缆将采集参数传送给上位监控管理机，通过上位监控管理机可实时监测有关参数变化，并保留一段时间的数据，形成变化曲线。同时可以实时监测所控设备工作状态，具有设备故障报警、参数打印等功能[9,10]。
4 硬件部分的设计
4.1 PLC的选择
由于设计的污水处理控制系统是应用在小型规模的污水处理厂，本系统选用西门子小型PLC S7-200系列，主机型号为CPU 224 XP，具有14个数字输入点和10个数字输出点，具有2个模拟输入点和1个模拟输出点。可以用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分的发挥其作用。S7-200系列PLC在下列领域已经得到了广泛的应用：机床电气、食品工业、化学工业、陶瓷工业、电力自动化设备、实验室设备、电梯、中央空调、真空装置、恒压供水和化工系统中各种泵和电磁阀的控制等。S7-200系列PLC在污水处理控制系统中的应用，属于在该系列PLC的典型应用[11,12]。
4.2 I/O分配表
根据控制要求与设计方案，列出I/O分配表，如表4.1所示。
表4.1I/O分配表
4.3 硬件电路接线图
根据实际PLC模块，I/O分配表和I/O接线图，连接PLC各模块，并通过PC机
联机，实现程序控制要求。如图4.2所示。
图4.2PLC模块连线图
4.4 SBR污水处理系统设备
SBR污水处理系统中所使用的动力设备(水泵、罗茨风机、电动阀)，均采用三相交流异步电动机，电动机和电磁阀选配防水防潮型。
4.4.1 罗茨风机
罗茨风机在污水处理系统中主要用于曝气。主要用途有废水处理、燃烧后灰烬处理；集尘装置；排烟脱硫、环境调节设备；排气、干燥、空气输送；气体及粉粒体输送、水产养殖；利用空压输送、液体搅拌。主要特点有排出气体不含油污。风量稳定，压力变化对风量影响小。特殊叶轮设计，高效率省能源。构造简单坚固、无故障。使用一级研磨齿轮，精度高、寿命长、低噪音。叶轮采用最新之龙门刨床四轴加工法，一次加工完成，使其具有更高之精密度。系统选用罗茨风机：GRB-100，风量：10.61m3/min，风压：7000mmAq，转数1750r/min，功率：22kw。
4.4.2 回流泵
回流泵在系统中主要用于污泥回流。污泥回流泵是在潜水搅拌机生产技术基础上开发的新型产品，该泵为二级污水处理厂混合液回流、反硝化脱氮的专用设备，亦可
以用于地面排水时抽净化水；灌溉和控制水道系统；废水处理过程中再循环或泥浆抽吸回路中需要微扬程、大流量场所。系统选用回流泵：CP5(T)3.7-80，流量：45m3/h，扬程：15m，功率：3.7kw。
4.4.3 滗水器
悬臂式电动推杆滗水器是序批式活性污泥法处理污水的专用排水设备。在工艺排水阶段，通过控制电动推杆的伸缩，滗水器按时、按量的排放池内上清液，从而使SBR 反应池进入下周期循环。主要特点采用宽堰口，薄层滗水，堰口下部的水体不受扰动，确保活性污泥不被带出；水下部分均采用不锈钢材质，耐腐蚀性强；根据工艺要求，对滗水量及滗水深度可在一定范围内任意调整；工程投资少，运行成本低，可实现自动化运行。系统选用滗水器：BSQ200悬臂式，滗水量：200m3/h，功率：1.1kw。
4.4.4 电动蝶阀
电动蝶阀属于电动阀门和电动调节阀中的一个品种。连接方式主要有：法兰式和对夹式，是工业自动化控制领域中的重要执行单元，此阀一般水平安装。结构通常由角行程电动执行机构和蝶阀整体通过机械连接，经过安装调试后共同组成。根据动作模式分类有：开关型和调节型。开关型是直接接通电源通过开关正、反导向来完成开关动作。调节型是以AC220V电源作为动力，接收工业自动化控制系统预设的参数值4~20mA信号来完成调节动作。主要用途：各种工业自动化生产的管道流量、压力、温度的控制。例如：电力、冶金、石化、环保、能源管理、消防系统等。系统选用电动碟阀：D971，功率：0.55kw。
4.4.5 传感器
传感器在系统中采用超声波传感器，主要用于检测液位的高低。超声波传感器系统由发送器、接收器、控制部分以及电源部分构成。发送器常使用直径为15mm左右的陶瓷振子，将陶瓷振子的点震动能量转化为超声波能量并向空中辐射。除穿透式超声波传感器外，用作发送器的陶瓷振子也可用做接收器，陶瓷振子接收到超声波产生机械振动，将其变换为电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超声波进行检测。将超声波传感器置于被测液体上方，向下发射超声波，超声波穿过介质，在遇到水面时被反射回来，又被传感器所接收并转换为电信号，电子检测到这一信号后将其变成液位信号进行显示并输出。当测出超声波由发射到遇到液面反射被接收所需要的时间，则可换算出超声波通过的路程，即得到了液位的数据。
5 软件部分的设计
5.1 程序的流程图
程序主要依据SBR法污水处理工艺(进水、反应、沉淀、排水)，根据各环节设备的运行状况进行编制。具体一个SBR池、一个周期的流程图如图5.1所示。
图5.1一个SBR池一个周期的流程图
5.2 梯形图程序
根据控制要求、I/O分配表，设计PLC梯形图，如图5.2所示。
CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕 业 设 计 说 明 书 题目： 基于PLC 的污水处理系统的设计 SJ005-1
常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书二级学院：电子信息与电气工程学院 专业：自动化班级： 学生姓名：学号： 指导教师：职称： 评阅教师：职称： 2013年9 月
摘要 目前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当，效率普遍低于世界标准。中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。 本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于PLC控制的污水处理系统。文章首先介绍了基于PLC污水处理控制系统的工艺及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计PLC控制系统的基本原则和步骤，来说明PLC在污水处理过程中的应用。本系统设计了格栅池，调节池，反应池和除盐池，通过除盐池的最后的浓度检测保证了污水的盐浓度的达标排放。 然而本系统也存在一定的缺陷，整个系统的设计偏于简单，最后对于污水中的微生物的排放也没有详细的检测。这就需要在以后的设计中不断改善。 关键词：污水处理； PLC；工艺流程
Abstract Currently, the majority of our sewage treatment control system automation level is not high, low security, mismanagement, efficiency is generally lower than the world standards. China is relatively backward automatic control system of sewage treatment, sewage treatment and the high cost of wastewater treatment plant discharge of the treated effluent quality is unstable, so how to establish an effective automatic control system to optimize operating results, reduce operating costs, has important significance. This article describes the basic process of sewage treatment plants and processes, and through the research and design of a PLC-based control of sewage treatment systems. The article first introduces the PLC-based control system for wastewater treatment technology and related processes, control system hardware architecture and design, operating principles and design of the basic principles of PLC control system and steps to illustrate PLC in the application of the sewage treatment process. The system was designed grille pool, regulation pool, in addition to the reaction tank and Yanchi, Yanchi through except final concentration detection ensures the salt concentration of sewage discharge standards. However, the present system, there are some flaws, overall system design are somewhat simpler, and finally for the microorganisms in wastewater discharge there was no detailed testing. This requires continuous improvement in the design of the future. Keywords: sewage treatment; PLC; process
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 可编程控制器课程设计 小型污水处理控制系统 学院：电气信息工程 班级：农业电气1101 姓名学号：马舒童 学号： 3110506015 指导教师：刁晓燕
目录 一、小型污水处理控制系统设计要求 1．技术要求 (1) 2．动力设备 (2) 3．设计要求 (2) 二、小型污水处理控制系统程序电路图 1. 程序流程图 (3) 2. 主电路设计 (4) 3. 交流控制电路设计 (4) 三、小型污水处理控制系统硬件软件设计 1. 可编程控制器控制电路设计 (5) 2. 输入输出口分配 (6) 3. 可编程控制器控制程序设计 (8) 4. 梯形图 (9) 5.出现问题及改进方式 (15) 6. 心得 (15) 四、参考文献
一、小型污水处理控制系统设计要求 1．技术要求 SBR废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对校园生活污水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。 SBR废水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为狭小的特点，力求达到设备体积小，性能稳定，工程投资少的目的。废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响废水处理效果，因此采用地埋式砖混结构处理池以降低温度对处理效果的影响。同时，SBR废水处理技术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用先进的PLC控制技术可以提高SBR废水处理的效率，方便操作和使用。 SBR废水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。SBR废水处理系统示意图如图1所示。 图1 SBR废水处理系统示意图 污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。 污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧
东北大学秦皇岛分校控制工程学院自动控制系统课程设计基于PLC的污水处理系统设计 专业名称自动化 班级学号5090309 学生姓名李伟 指导教师高原 设计时间2013.7.8~2013.7.19
绪论 随着我国经济的快速发展，人民生活水平逐步提高，随之带来一系列的环境问题，特别是水环境的污染问题。我国政府对水污染的重视程度正在逐步提高，目前我国对大中城市的生活污水和工业污水己采取了一定的治理措旌，但中小城镇污水的处理情况不容乐观。全国许多小城镇没有污水处理设施，这不仅污染了当地水环境，影响了居民的身体健康，而且严重阻碍了经济的发展。为此，改善水环境，保护我国紧缺的水资源，成为刻不容缓的事情。 序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactors，简称SBR)符合中小城市(镇)污水处理的基本要求，其运行条件与中小城市(镇)污水的基本特征接近。SBR工艺集调节、初沉、曝气、二沉等过程于一池，按不同的时间顺序进行不同的操作，所有过程都在一个池体内进行，不需另建二沉池，也不需专用的回流污泥泵房，使水处理工艺简洁易行，构筑物占地少，布局紧凑合理，节省投资。SBR工艺抗冲击负荷能力较强，有较好的脱氮除磷效果，是一种先进的污水处理系统。SBR 工艺的这些优越性表现了其强大的生命力与广阔的应用前景。同时，SBR法本身也有一些缺点，主要表现为操作比较复杂，对自动化控制的要去较高。所以设计一套稳定可靠，节能，低成本的控制系统是十分必要的。 可编程控制器是专为工业环境下应用而设计，它采用可编制程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各类型的机械或生产过程。是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。PLC具有可靠性高、使用方便、编程简单、体积小、重量轻等特点。目前，全世界PLC 生产厂家约为200家，生产300多个品种。作为控制装置，它在许多工业领域都得到广泛的应用。随着微处理器技术和现代通信技术的发展，PLC也得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善 将PLC应用于污水处理中大大提高了自动化程度，减少了人力投入，降低了成本。 1 系统主体设计 1.1 常用的工业污水处理工艺
电子技术课程设计报告题目： plc控制的污水系统 学生姓名：张晗 学生学号： 1314050341 年级： 13级 专业：电气工程及其自动化 班级：电气（3）班 指导教师：聂文燕 机械与电气工程学院制 2015年11月
PLC的污水控制系统的设计 学生：张晗 指导老师：聂文燕 机械与电气工程学院电气工程及其自动化 摘要 目前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当，效率普遍低于世界标准。污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理是急需解决的主要问题。中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。 本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于PLC 控制的污水处理系统。文章首先介绍了基于PLC污水处理控制系统的工艺及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计PLC控制系统的基本原则和步骤，来说明PLC在污水处理过程中的应用。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号、和信号采集等，最后按照工艺要求设计PLC控制系统，其中包括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制PLC程序。 关键词：污水处理，PLC，工艺流程
1工业污水处理控制系统总体介绍 1.1工业污水处理基本概念 城市污水、生活污水、生产污水或经过工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入排水系统。这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物。经处理后的污水，最后出路有三种：①排放水体；②灌溉田地；③重复使用。 污水污染物可根据化学性质和物理形态进行不同的分类。按化学性质，污水中的污染物质可分为无机性物质和有机性物质，其化学元素以炭、氮、磷为主。按物理形态，污水中的污染物质可分为固体悬浮物即呈颗粒状的污染物质、胶体污染物质和溶解性污染物质。 好氧有机污染物的性质稳定，在微生物的作用下，借助微生物的新陈代谢功能而降解为无机物，如二氧化碳、水、硝酸根离子等稳定的无机物。有机物的种类很多，其共性是在微生物的作用下被降解时，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程实际中，采用以下的几个综合污染指标来表述：生物化学需氧量或生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand, BOD）mg/L、化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、总有机碳(Total Organic Carbon) mg/L、总需氧量(Total Oxygen Demand) mg/L。 虽然BOD 20 。能较精确地描述污水的生化需氧量，但其测定的时间太长，需20天。考虑到好氧分解速率一般在开始的几天最快，在20℃温度下，污水五日 生化需氧量(BOD 5)，约占BOD 20 的70%～80%，因此把BOD 5 作为衡量污染水的有机 物浓度指标。化学需氧量(COD)的特点是能够精确的表示污水中有机物的含量，并且测定时间短，但它不能像BOD那样表示出微生物氧化的有机物量。 1.2本设计系统工业污水处理工艺及描述： 本工业污水处理工艺流程图如下图2-4所示：
1 绪论 我国是一个水资源匮乏的国家，而且时空分布上极不均匀，许多地区和城市严重缺水。与此同时，在我国大部分城市和地区，本已极为有限的水资源还受到水质恶化和水生态系统破坏的严重威胁。由于80%以上的污水未经有效处理就直接投进水域，已造成我国1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域严重污染，近50%的重点城镇水源不符合饮用水标准。尤其伴随着城市化和工业化进程的加速，需水量和污染物排放量迅速增长，水危机不仅会长期存在，而且有迅速加剧的趋势。水资源短缺和水环境污染造成的水危机已经成为我国社会经济发展的重要制约因素。国外水环境恢复与再生的实践表明，污水深度处理与再利用是通向健康水循环的桥梁，推进污水深度处理和普及再生水，利用人类与自然兼容协调，创造良好水环境，促进人类可持续发展的重要举措。 1.1 选题的目的和意义 世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程序的环境污染。污水也是造成环境污染的来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。 我国是一个严重缺水的国家，虽然我国年平均水资源总量为28000亿m2，居世界第六位，人均水资源量为2220m2，居世界第110位，已经被联合国列为世界上13个缺水国家之一。目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水城市有50个。据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为300亿～400亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达2300亿元，超过洪涝灾害。水资源的匮乏和水资源的污染，已经严重影响了人民的日常生活，严重影响了我国的经济建设和发展。特别是我国北方城市，如、、等城市水资源更为短缺。根据国家十五发展纲要，十五期间各县市都要建立污水处理厂，如何保证处理过程的正常运行，减少运行成本成为环保部门、城建部门所关注的问题。目前国家治理污染的重点是“33211”工程，即“三河”(淮河、海河、辽河流域)、“三湖”(太湖、、滇池)、“两区”(酸雨控制区、二氧化硫控制区)、“一市”()、“一海”(渤海流域)[1]。我国城市污水处理的电耗为0.365kwh/m3、日本为0.304kwh/m3、美国为0.243kwh/m3，并且我们的工作人员还要比这些国家多，但是我国城市污水处理深度却远不如这些国家。造成这种结果的原因主要是：污
设计题目：基于PLC的污水处理系统设计 摘要 随着现代生产工艺的飞速发展，我国城市化进程的推动，中小城市(镇)数量的不断增多，由其带来的水污染问题日趋严重。序批式活性污泥法(简称SBR)符合中小城镇污水处理的基本要求，但必须实现自动控制，才能发挥其优势，使其具有更加广阔的应用前景。随着自动化技术、计算机技术的不断发展、完善,污水处理厂的自动化水平也相应提高。而PLC控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点，在工业控制中得到了越来越广泛的应用。本文主要介绍了污水处理厂自动控制系统的组成、功能及如何利用PLC实现自动控制。在污水处理中采用PLC控制系统改造后，提高了自动控制的可靠性,不仅减轻了工人的劳动强度,而且提高了污水处理厂的运行效率和运行效益,实现了污水厂生产管理的科学性。充分证明了自动化控制系统对提高生产率，无人值守或少人值守，提高安全性具有良好的效果。
目录
第一章绪论 国内污水处理行业的发展概况 近几年随着工业迅速，城市人口的逐渐增加，人们生活水平逐渐提高各种用水量亦随之增长。地球虽然有％的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的％，而且分布不均。 20世纪50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。 全世界每天约有200吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国40％的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲55条河流中仅有5条水质差强人意。20世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增加了5倍。世界上许多国家正面临水资源危机：12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施。 中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。 截至2005年底，全国661个设市城市中，已有383个城市建成污水处理厂792座，污水处理率由2000年的34％提高到52％，并形成了适合国情的污水处理技术路线和管理机制。其中，有135个城市的污水处理率已达到或接近70％，单厂处理规模达到每天100万立方米。 2007年，中国水污染治理投资达到亿元，比上年增加32%，占当年GDP的%。中国水环境质量总体保持稳定。2007年，共取缔一级水源保护区内排污口942个，停建二级水源保护区内可能造成污染的建设项目1294个，限期治理931个。 截至2010年9月底，全国设市城市、县及部分重点建制镇（以下简称“城镇”）累计建成污水处理厂2631座，污水处理能力达到亿立方米/日；全国正在建设的城镇污水处理项目达1849个，总设计能力约4660万立方米/日。在全国设市城市中，已有593个城市建有污水处理厂，占设市城市总数的%；累计建成污水处理厂1623座，形成污水处理能力亿立方米/日；其中36个大中城市（直辖市、省会城市和计划单列市）建有污水处理厂376座，处理能力达4368万立方米/日。在县城及乡、镇中，全国已有933个县（含新疆生产建设兵团团级单位）建有污水处理厂，约占县城总数的%；县城及乡、镇建有污水处理厂1008座，处理能力达1826万立方米/日。 虽然由于国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。但目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段。 一方面，中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。另一方面，中国的污水处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低。 因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创建合理的污水处理收费体系，扶植国内环保产业发展，推进污水处理行业的产业化和市场化。污水处理行业是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。中国将在“十一五”期间投资3000亿元以推
SBR污水处理系统说明书 一．工艺流程要求 SBR是活性污泥法的一种，其反应机理及去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同，只是运行操作方式不尽相同。SBR与传统的水处理工艺的最大区别在于它是以时间顺序来分割流程各单元，以时间分割操作代替空间分割操作，非稳态生化反应代替生化反应，静置理想沉淀代替动态沉淀等嘲。整个过程对于单个操作单元而言是间歇进行的，但是通过多个单元组合调度后又是连续的，在运行上实现了有序和间歇操作相结合。SBR集调节、初沉、曝气、沉淀等过程于一池，按不同的时间顺序进行各种目的不同的操作，全部过程都在一个池体内周而复始地进行。不需设置二沉池及污泥回流设备。在该系统中，反应池在一定时间间隔内充满污水，以间歇处理方式运行，处理后混合液沉淀一段时间后，从池中排除上清液，沉淀的生物污泥则留于池内，用于再次与污水混合处理污水，这样依次反复运行，则构成了序批式处理工艺。典型的SBR系统分为进水、反应、沉淀、排水与闲置五个阶段运行。工艺流程图如下： 污水自动控制的四个阶段 1. 进水过程 进水过程包括污水从前池到泵房，泵房抽水想沉砂池计量槽而后进入反应池的这一过
程，进水泵通过液位行程开关实现间歇性的进水，排水池的液面达到最低液面时，由液面高位行程开关开启进水泵，当液面达到最高时，通过液面低位行程开关关闭进水泵。 而对于粗隔栅的前后，设液位行程开关，自动过程中开始启动粗隔栅机，定时20min；定时到，停止运行粗隔栅机2h；2h定时到，运行粗隔栅机20min，循环运行；检测液面，若超过，启动清污机；液面低于设定值时，停止清污。 而细隔栅机的流程和粗隔栅机的流程基本一致，详细过程见流程图。 2. SBR污水处理过程 SBR池完成间歇曝气，滗水，曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行对曝气机的自动控制，当溶解氧值偏低时，降低了微生物分解的效果，延长了处理时间，严重的可能导致处理失效，因此需要增加曝气机转速以增加溶氧量：当溶解氧值过高时，会导致微生物过氧化，降低了其活性，因此减小曝气机转速以减小供氧量，最终使SBR池中的溶氧量保持在一定的范围内。 3.排水过程 排水泵将滗水器排出的水通过液位行程开关实现间歇性的排水，排水池的液面达到最高液面时，由液面高位行程开关开启排水泵，当液面达到最低时，通过液面低位行程开关关闭排水泵。 4.排泥过程 排泥过程与排水过程类似，具体见其流程图。 二．控制系统的电路图 1.主电路接线图
基于PLC小型污水处理系统设计文献综述 何志香 （常熟理工学院，电气工程及其自动化） 1 引言 随着我国经济的快速发展，环境污染已成为我们不得不面对的问题，在国家提出“两型社会”的背景下，环境治理特别是污水处理更是我们的重中之重。尤其是我国水资源的短缺和污染现象严重，国家对水环境保护意识不断增强，对污水处理过程自动化程度要求不断提高，利用先进的控制技术和设备对污水处理过程进行监控是满足上述要求的最有效手段。如何有效地进行水资源的循环利用成为社会的一个重要问题。这样，污水处理系统就显得尤为重要。本次所做的项目的主要思想是将PLC做为一个控制单元，操作人员通过远程的计算机控制界面来对现场进行实时监控和实时污水处理操作。这里的计算机界面是通过组态王软件制作。 2 工艺 不同的污水处理对象，不同的污水处理环境，将需要有不同的污水处理工艺来处理。因此，在选择污水处理工艺的时候，必须要认真考虑当地污水的情况，以及实际的污水处理的环境。 2.1 污水处理工艺简介 目前，污水处理的方法一般以生物处理法为主，辅以物理处理法和化学处理。本课题研究的方向是对于小型单位的污水处理，比如小型工厂、学校等。而由于这些地方污水中有大量的有机物，这种污水成为生化污水，那么通过利用微生物的吸附、氧化和凤姐作用来降解污水中有机物的含量成为可以沉淀的污泥，从而是净化水质达到规定的排放标准。 2.2.2选择工艺流程 （1）污水进行粗略格栅 （2）进行小颗粒的格栅 （3）生物处理 （4）二次沉淀 （5）污泥处理 3 设计思路 3.1 控制硬件设计 污水处理站环境恶劣，操作和维护人员应在中控室完成对整个污水站监控，并根据现场状态及时维护。污水站控制系统由 PLC、变频器、压力传感器及上位机组成。本系统的控制核心为三菱FX2N系列PLC，硬件主要由电源、CPU、数字量输入输出、模拟量输入、通信单元等模块组成。控制系统主要完成数字、模拟信号采集，逻辑分析和控制，数字、模拟信号输出，数据通信控制等功能。变频器根据管网压力结合自带 PID 功能对电机进行调速，保持管网压力恒定。控制系统及污水处理状态采集到 PLC 中，通过组态王在工业计算机实时显示。 3.2 组态王控制 构造适应自己需要的数据采集系统。在本系统中，各工艺单元主要靠本地的PLC进行控制，这样即使在中央控制失效的时候系统也能自主运行。通过组态王采集现场的数据，可以将现场各设备的状态显示在工控机的屏幕上供值班人员监
基于PLC的污水处理系统设计 摘要 近年来，污水处理厂已成为各个城市最重要的基础设施之一。尤其是在中小城市，新建或扩建污水处理厂已成为当地政府改善人民生活水平的头等大事。随着自动化技术、计算机技术的不断发展，完善，污水处理厂的自动化控制水平也相应的提高。而PLC控制器以其技术的成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性价比高等一系列优点、在工业控制领域中得到了越来越广泛的应用。本文主要介绍污水处理厂自动控制系统的组成、功能、及如何利用PLC实现污水处理自动控制。系统采用层次化控制设计，分为管理层，监控层，与控制层。该系统还介绍了基于PLC的污水处理系统自控工程的实现以及在实施中可能遇到的若干问题和解决措施。该污水处理系统不仅减轻了工作人员的劳动强度与难度，而且提高了污水处理的运行效率和效益，实现了污水管理的科学性。 关键词：污水处理，PLC, 控制系统
ABSTRACT In recent years, sewage treatment plant has become one of the most important infrastructure of the cities. Especially in small and medium-sized cities, the newly built or expanded sewage treatment plant has become a top priority for local governments to improve the people's living standard. With the unceasing development of automation technology and computer technology, the level of automation of the sewage treatment plants also improve. And PLC controller have been applied more and more in a series of industrial control advantages with its technology maturity and universal performance, high reliability, flexible, convenient installation, high performance-to-price expansion This paper mainly introduces the sewage treatment plant in automatic control system composition, function and how to make use of PLC realize automatic control of the sewage treatment . The system use hierarchical control design, make up from management layer, monitoring layer and control layer. The system introduce the realization of automatic control engineering of sewage treatment system based on PLC and also refer to some problems encountered in system implementation and counter measures. The sewage treatment system not only reduce the intensity and difficulty of the workers, but also improve the operation efficiency and sewage treatment efficiency and achieve the sewage management scientific. Keywords:Sewage treatment, PLC, Control system
毕业设计（论文） 题目基于PLC的污水处理控制系统设计
武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书 设计(论文)题目: 基于PLC的污水处理控制系统设计 设计（论文）主要内容： 1.查阅与本课题相关的国内外文献，掌握相关技术的发展动态。 2.熟悉PLC原理及其应用、传感检测技术。 3.掌握PLC编程方法、系统硬件集成技术。 4.熟悉AutoCAD绘图技术。 要求完成的主要任务: 1.按照时间安排及时完成外文翻译工作，英文文献不少于20000字符。 2.对城市污水处理做详细的需求分析，掌握污水处理工艺，提出污水处理系统的总体 方案。 3.设计污水处理系统的输入检测环节，进行PLC设备选型及其扩展。 4.设计控制系统操作与显示接口。 5.根据污水处理工艺过程，完成控制系统控制流程设计，并利用PLC编程软件实现， 要求手动与自动控制。 6.完成污水处理系统的电气硬件电路的绘制，图纸规范，并不少于三张。 7.根据武汉理工大学毕业设计工作管理办法，完成论文的撰写工作，制作演示PPT， 做好答辩准备工作。 必读参考资料： 1.程玉华.西门子S7-200工程应用实例分析.北京：电子工业出版社.2008(01) 2.张运刚,宋小春,郭武强.从入门到精通-西门子S7-200PLC技术与应用.北京：人民邮 电出版社.2007(06) 指导教师签名杨胤铎系主任签名 院长签名(章) 武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告
目录 摘要.................................................................................................................................................. I Abstract......................................................................................................................................... II 绪论. (1) 1 系统总体方案设计 (3) 1.1 系统主要组成部分 (3) 1.2 系统工作原理 (4) 2 系统硬件设计 (5) 2.1 PLC的I/O配置 (5) 2.1.1 数字量输入输出部分 (6) 2.1.2 模拟量输入输出部分 (7) 2.2 设备和器件的选型 (7) 2.3 硬件电路 (10) 2.3.1 主电路 (11) 2.3.2 PLC及扩展 (11) 2.3.3 PLC输入回路 (12) 2.3.4 PLC输出回路 (12) 3 系统软件设计 (13) 3.1 系统控制信号 (14) 3.1.1 输入信号 (14) 3.1.2 输出信号 (15) 3.2 系统总体控制 (15) 3.3 系统手动控制 (15) 3.4 系统自动控制 (16) 3.4.1 粗格栅系统 (17) 3.4.2 细格栅系统 (18) 3.4.3 潜水泵系统 (19) 3.4.4 曝气系统 (20)
外文翻译 译文： Application of control system on the base of PLC in sewage treatment The paper introduces a distributed control system of sewage treatment, and the core of the system is PLC. The structure of the control system, the assignment and implementation of the tasks, the control scheme and the design concept of program are expounded. The way of central monitoring management and dispersing control is used by the control system; the long一distance control and monitoring of field equipment are uncharged of the upper computer; the software program of designs uses Intouch7. 0. The specific technology, equipment, the controlling of main parameter and several running data are uncharged of the PLC stations, and the software program of designs uses Concept 2. 2XL with online tracking and outline simulating. MB+ net is adopted by the communication between the upper computer and the PLC stations, with its simply building net, quickly running and stable communication. The automatic control of PLC has been successfully completed in sewage treatment, which has improved the operation efficiency and management level of sewage treatment equipment Introduced to take PLC as the distribute type control system of core in the wastewater treatment system of apply。Concretely described the structure, mission of the control system an allotment and carry out, the way of control and the thought of the program design.The way controled the concentration monitor of the system adoption a management and scattered a control, the place of honor machine be responsible for the spot the long range of the equipments control and surveillance, software adoption Intouch7. 0 draw up.The PLC native station is responsible for to the concrete craft, equipments and is mainly controled parameter to carry on control and collect various movement data, the program design adoption have on-line follow with off-line imitate the Concept of true function 2. 2 XL software.Place of honor machine and of the PLC adoption set the net be quickly simple and circulate speed, correspond by letter the stability strong MB+net.The whole control system successfully solved the PLC controls a problem in the automation within wastewater treatment and raised a wastewater treatment equipments to circulate an efficiency and manage level. Recently, for carrying out high quality, low consume, stable dependable movement.Domestic and international many wastewater treatment factorieses adopted a modern forerunner to control technique and calculator technique and constitute calculator direct, control thus, manage system.Make system excellent to turn movement.But the programmable logic controller(PLC) then take microprocessor as
外文翻译 基于PLC的控制系统在污水处理中的应用 介绍了以PLC为核心的分布式控制系统在污水处理系统中的应用。具体叙述了控制系统的结构、任务分配及实现、控制方式和程序设计思想.控制系统采用集中监测管理、分散控制的方式，上位机负责现场设备的远程控制和监视，软件采用Intouch7. 0编制。PLC本地站负责对具体的工艺、设备、主要被控参数进行控制及采集各种运行数据，程序设计采用具有在线跟踪和离线仿真功能的Concept 2. 2XL软件。上位机与PLC之间采用组网简单、运行速度快、通信稳定性强的MB+网。整个控制系统成功地解决了PLC在污水处理中的自动化控制问题，提高了污水处理设备运行效率和管理水平。 近年来，为了实现高质量、低消耗、稳定可靠的运行。国内外许多污水处理厂采用了现代先进控制技术和计算机技术，从而构成计算机监督、控制、管理系统.使系统优化运行。而可编程逻辑控制器（PLC）则是以微处理器为核心。综合了计算机技术自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵话通用、易于编程、使用方便等优点等。银川市第一污水处理厂采用了SBR工艺及以PLC为核心的控制系统，日处理污水10 x 104 t处理后的达标污水可用于农业灌溉。 1 控制系统结构 控制系统采用“集中监测管理，分散控制”的方式。模拟屏、上位机、集线器、打印机位于中控室，二台PLC位于控制现场。采用这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作、管理和优化。同时，也使得控制危险分散，提高系统可靠性。 1.1上位机 中控室的两台上位计算机采用PII级工控机，运行Windows NT操作系统。上位机负责现场设各的远程控制(全自动控制、自动控制、点动控制)和监视，利用Intouch7. 0工程软件包提供良好的人机对话界而，以查询方式从PLC获取有关参数和设备状态信息，以棒图形式在CRT上直观显示出来，同时打印必要的数据，供主控及管理人员指导生产。监控界而包括系统总图、系统分图、模拟量一览表、参数设置、报警窗、历史趋势、登录窗等界而.在系统总图里，运行人员能够监视所有控制设备的运行状态、设备事故及液位、流量等信号.在系统分图里，操作人员能够对所有控制设备进行单机点动运行操作、成组自动运行操作或全厂全自动操作并监视。同时上位机2兼做编程器.中控室另设置一个镶嵌式模拟屏，由上位机1控制，用以直观显示全厂工艺流程及主要参数值。 1.2 PLC站 根据污水处理的二部分，现场设备的远程控制输出和现场信号采集由二个PLC木地控制站完成。PLC1本地控制站控制格栅、污水提升泵房、曝气沉砂池等预处理部分。PLC2本地控制站控制污泥脱水、压滤机等部。PLC3本地控制站控制SBR生物处理部分.另外，在现场本地控制站各设1台操作终端设各，负责在本地对现场设各的控制(自动控制、点动控制)。 现场各个监控点的物理参数，包括水位、温度、流量、转速、电流等模拟量，由对应的一次仪表传感器或变送器检测出来并转变为4～20 mA电流信号，经屏蔽电缆送到各个子系统的PLC内，由PLC通过各种模块接口采样电信号。同样，
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