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
目录
第1章绪论 (5)
1.1工业污水的特点 (5)
1.2控制系统的发展与现状 (5)
1.3研究背景 (6)
第2章可编程控制器的概述 (8)
2.1PLC的简介及定义 (8)
2.1.1PLC的简介 (8)
2.1.2PLC的定义 (8)
2.2PLC的发展与应用 (8)
2.2.1PLC的发展趋势 (8)
2.2.2PLC的应用 (9)
2.3PLC的特点 (9)
2.4PLC的系统组成 (10)
2.4.1中央处理单元（CPU） (10)
2.4.2存储器（RAM、ROM） (11)
2.4.3输入输出单元（I/O单元） (11)
2.4.4电源部分 (11)
2.4.5外部设备 (11)
2.5PLC的工作原理 (12)
2.6PLC的选择 (12)
2.6.1PLC的机型选择 (13)
2.6.2PLC的容量选择 (13)
2.6.3I/O模块的选择 (13)
第3章系统总体设计及难点 (15)
3.1污水处理工艺控制过程 (15)
3.2污水处理自动控制过程 (16)
3.3污水处理系统控制的难点 (18)
第4章污水处理层次化控制设计 (20)
4.1自动控制系统的组成 (20)
4.1.1 硬件配置 (20)
4.1.2 软件配置 (20)
4.2污水处理控制系统的组成 (20)
4.3控制层 (22)
4.3.1 PLC的控制逻辑 (23)
4.4监控层 (30)
4.4.1 组态软件的引入 (30)
4.4.2 OPC的应用 (33)
4.5管理层 (37)
第5章污水处理自控系统工程实现 (41)
5.1系统框架 (41)
5.2IFIX应用 (42)
5.3PLC型号的选择 (43)
结论 (45)
参考文献 ·······································································错误!未定义书签。致谢·············································································错误!未定义书签。
第1章绪论
1.1 工业污水的特点
工业污水的特点是种类繁多，成份复杂，常含有不同数量的原材料、中间产品、成品、半成品等。例如，用汞电极电解食盐工业污水中含有汞；重金属冶炼回收废水中含有各种重金属；电镀废水中含有氰化物和各种重金属；煤焦和石油炼制废水中含有酚；农药工业废水中含有各种农药；造纸、纤维、制糖、食品等工业废水中含有大量有机物，虽然工业废水中成分复杂，但仍可以通过生化需氧量、化学耗氧量、混浊度、悬浮固体等参考指标统一衡量。
工业用水主要分为两个部分：一种是工艺用水，一种是循环用水，如冷却水。工艺用水指的是和反应物或中间产物直接相接触的水。工艺用水常含有油类、硫化物、酚、氰化物和其他有机化合物。循环用水是指在生产过程用过又回用于本生产过程的水，这些水在循环使用过程中不断与原料、反应生成物、中间产品和副产品接触。为了保持循环用水和工艺用水的水质，一般都要采取处理打措施，去除水中杂质。
1.2 控制系统的发展与现状
自动控制技术，在人类控制自然界、提高劳动生产率的过程中起了重要作用，在现代工业生产中，自动控制技术是保证工业生产高质、高效、安全、连续运行的重要手段。随着现代科学技术的迅猛发展，自动控制技术也日新月异。自动控制理论和应用技术在工业生产中的应用大致经历了三个发展阶段。
从40年代到50年代是经典控制理论阶段，采用传递函数进行数学描述，以根轨迹法和频率法作为分析和综合系统的基本方法，很大程度上依靠人工和经验进行系统分析和综合，设计过程中，一般将复杂的生产过程人为分解为若干个简单过程，最终实现单输入单输出系统，属于局部自动控制的范畴。自动控制水平还处于比较低级阶段。
60年代是第一阶段，现代控制理论产生，并在某些尖端领域取得成功。现代控制理论以状态空间分析方法为基础，包括以最小一乘法为基础的系统辨识、以极大值原理和动态规划为主要方法的最优控制和以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计三部分内容，现代控制理论对控制系统进行综合和分析时，深入提示系统内在规律性，从局部简单控制进入一定意义下的全局最优控制。
到70年代，自动控制理论及其应用技术的发展进入第三个阶段。这一阶段由于计算机的功能和可靠性的大为提高，而价格却不断下降，尤其是工业用控制机(IPC)，在采用冗余技术，软硬件自诊断功能等措施后，其可靠性已提高到基本满足工业控制的需要。另外，大系统理论和智能控制理论也在这一阶段形成。目前工业自动控制系统按结构层次基础上可划分为:直接数字控制系统（DDC）、监督控制系统(SCO)、集散型控制系统(DCS)和现场总线控制系统(PCS)等。
目前，国际上现场总线技术已经呈现出竟争十分激烈的局面。各大厂商为了自己的利益，都在发展和维护自己的产品，并积极参与和把持标准的制定工作，希望能主导现场总线技术的发展。这导致在现有的产品结构和应用水平上，现场总线领域已经很难统一。而且其技术也都不是特别成熟，还需要大量实践和复杂应用环境的检验。
在国内，对科研单位的有利条件是，由于现场总线技术还是一种新兴技术，还处于发展阶段，尤其在高速现场总线领域还有很大的发展空间，只要积极努力，还是能够和国外进行竟争的。但不利的条件是我国综合技术力量薄弱，科研力量规模小、资金少，无力研制复杂的现场总线专用芯片，在硬件技术上基本上只能采用已有的产品。
因此很难和国外企业进行正面的竟争，只能采取开发具有自己特色产品的策略。如果采用紧跟策略，则很难开发出具有自己特色的产品，而且产品的发展速度必然落后于国外企业，结果只能是被国外企业所淘汰，或沦为国外企业的技术代理。
另一方面，国内生产企业的情况是:大多数企业还处于模拟仪表和人工控制的阶段，采用DCS控制系统的企业尚是少数，而且目前现场总线设备和系统还十分昂贵，在相当长的一段时间内，我国大多数企业不可能也没有能力投入大量资金采用现场总线控制系统。因此，除了新建企业外，我国企业在较长时间内不可能全面采用现场总线技术，而必须走逐步发展、过渡的道路。
从我国的科研单位和生产企业的实际情况看，采取紧跟策略并不适合我国的国情，必须选择适合我国国情的现场总线发展道路，而所谓适合我国国情的发展道路，就是指采用我国的科研单位、企业有能力完成，并且适合我国生产企业实际情况、能够尽快应用的具有自己特色的技术路线。同时，研究及应用的技术必须能够体现现场总线技术的主要优点，符合现场总线技术的发展方向。
1.3 研究背景
环境问题与资源、人口问题已经被国际社会公认是影响可持续发展的三大关键问题。我国经济高速度连续增长，但污水处理技术却远远低于经济的发展。我国1990年污水总量为414亿吨，工业废水为298亿吨，2000年污水总量为790亿吨，工业废水为601亿吨。我国排入水体的总污染量，目前还没得到控制，85%以上的污水未经处理直接排入水体。尽管近年来我国政府已加大了对污水处理的管理和投资力度，但污染仍日趋严重，80%的水域和45%的地下水已被污染，90%以上城市水域严重污染，水污染的日益加剧，严重影响了我国的经济发展与城乡建设，同时给人民身体健康也带来了极大危害，已引起国家的高度重视。我国有关部门制定了废水排放标准，要求必须对污水进行综合治理，使其达到允许排入水体的程度，以降低或消除对水体水质的不利影响。
目前现代化自动控制系统，在欧美国家的一些城市污水处理厂中使用日益普遍，甚至实现全自动化无人值守控制模式。如美国某水厂，在七十年代初开始研究微机自动控制水厂投加药剂，1975年应用直接数字式计算机控制自动加矾，运转一年就降低矾耗20%,并且提高了管理水平和稳定了水质，此外，苏联某水厂、日本某水厂等也先后采用计算机自动控制水厂工艺，取得较理想效果，现在许多美国大中型水厂均由一套集散型的自动控制系统进行控制。在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个水处理过程实行多环路控制，其中包括沉淀、过滤及反冲洗、臭氧处理、化学药剂投放、泵房等。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场计算机中收集数据，并提供图表显示、曲线、各个设备动作记录、设备故障报警等。在电子自动控制系统发生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制。
我国污水处理厂自动化、信息化管理水平相对偏低，大都是依靠手工操作，通过复杂的电控柜监测和控制设备运行，工艺的运行状况直观性很差，对运行人员的经验依赖性较大。随着污水处理工艺的不断改进，工程的复杂程度也越来越大，传统的依靠运行人员人工操作和判断的方式越来越不能适应污水处理的要求。因此，开发和应用先进的自动控制系统，不仅可以提高污水处理和监控的自动化程度、减轻监测人员与现场运行人员的劳动强度，也提高了对排污企业监测的连续性，其意义是十分明显的。
第2章可编程控制器的概述
2.1 PLC的简介及定义
2.1.1 PLC的简介
PLC是以CPU为核心，综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，是现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。目前，世界上生产PLC的主要厂家有65个，其中最有名气的厂家在日本、美国和德国。日本的几个厂家为三菱、富士。日立、东芝、横河、立石、光洋、夏普等公司。美国的几个厂家为德州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数字设备公司等。还有德国的西门子，荷兰的飞利浦，香港的鹰达等公司也是很有名气的。
2.1.2 PLC的定义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
2.2 PLC的发展与应用
2.2.1 PLC的发展趋势
目前PLC技术发展总的趋势是系列化、通用化和高性能化，主要表现在:
(1)在系统构成规摸上向大、小两个方向发展
(2)功能不断增强，各种应用模块不断推出
(3)产品更加规范化、标准化
2.2.2 PLC的应用
随着微电子技术的快速发展,PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。目前在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、交通、建筑、食品、娱乐等各行各业。特别是在轻工行业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以PLC广泛应用在组合机床自动线、专用机床、塑料机械、包装机械、灌装机械、电镀自动线、电梯等电气设备中。PLC已跃居现代工业自动化三大支柱(PLC,ROBOT,CAD/CAM)的主导地位可编程控制器所具有的功能，使它既可用于开关量控制，又可用于模拟量控制既可用于单机控制，又可用于组成多级控制系统既可控制简单系统，又可控制复杂系统，甚至实现整个工厂生产的自动化。
它的应用可大致归纳为如下几类:
(1)逻辑控制
(2)运动控制
(3)过程控制
(4)数据处理
(5)多级控制
2.3 PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC 组成各种控制系统变得非常容易。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
（4）系统设计周期短，维护方便，容易改造
系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.4 PLC的系统组成
可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
2.4.1中央处理单元（CPU）
CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU 的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。
2.4.2 存储器（RAM、ROM）
存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。
2.4.3 输入输出单元（I/O单元）
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
2.4.4 电源部分
PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。
2.4.5 外部设备
（1）编程器
编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。
（2）其他外部设备
PLC还配有其他的一些外部设备。
①盒式磁带机：用以记录程序或信息。
②打印机：用以打印程序或制表。
③EPROM写入器：用以将程序写入到用户EPROM中。
④高分辨率大屏幕彩色图像监控系统：用以显示或监视有关部分的运行状态。
2.5 PLC的工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU 从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
（1）输入处理
输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
（2）程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
（3）输出处理
程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
2.6 PLC的选择
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从德国、日本、美国等引进的PLC产品和国内厂家组装自行开发的产品，已有几十个、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理的选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经济指标有着重要意义。
下面从PLC的机型选择、容量选择、I/O模块选择、电源模块选择等方面分别加以介绍。
2.6.1 PLC的机型选择
机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。
（1）合理的结构型式；
（2）安装方式的选择；
（3）相当的功能要求；
（4）响应速度的要求；
（5）系统可靠性的要求；
（6）机型统一。
2.6.2 PLC的容量选择
PLC的容量包括I/O点数和用户存储容量两个方面。
（1）I/O点数
通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%—15%的备用量来确定。
（2）用户存储容量
用户存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量。需要的用户存储容量的大小由用户程序的长短决定。
一般可只按下式估算，再按实际需要留适当的余量（20%—30%）来选择。
存储容量=开关量I/O点数*10+模拟量通道数*100
绝大部分PLC均能满足上式要求。应当注意的是：当控制系统较复杂、数据处理量较大时，可能会出现存储容量不够的问题，这时应特殊对待。
2.6.3 I/O模块的选择
一般I/O模块的价格占PLC价格的一半以上。不同的I/O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格。
下面仅介绍有关开关量I/O模块的选择。
（1）开关量输入模块的选择
PLC的输入模块是用来检测接收现场输入设备的信号，并将输入的信号转换为PLC内部接受的低电压信号。
①输入信号的类型及电压等级的选择常用的开关量模块的信号类型有三种：直流输入、交流输入和交流/直流输入。选择时一般根据现场输入信号及周围环境来决定。
按输入信号的电压大小分类有：直流5V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。选择时应根据现场输入设备与输入模块之间的距离来决定。
②输入接线方式选择按输入电路接线方式的不同，开关量输入模块可分为汇点式输入和分组式输入两种。
③同时接通的输入点数量对于选用高密度的输入模块，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60%。
（2）开关量输出模块的选择
输出模块是将PLC内部低电压信号转换为外部输出设备所需的驱动信号。选择时主要应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等。
①输出方式的选择开关量输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。
②输出接线方式的选择按PLC的输出接线方式的不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种。
③输出电流的选择输出模块的输出电流必须大于负载的额定电流。用户应根据实际负载电流的大小选择模块的输出电流。
④同时接通的输出点数量选择输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值。
⑤输出的最大负载电流与负载类型、环境温度等因素的关系。
第3章系统总体设计及难点
3.1 污水处理工艺控制过程
污水处理的主要方法有物理法、化学法、物理化学法和生物法。物理法主要是利用物理作用分离或回收废水中的悬浮物，它只适用于作废水的预备处理或初级处理。化学法主要利用化学反应来处理或回收废水中的溶解物或胶体物，如酸碱综合等。物理化学法通过凝聚、沉淀、过滤等过程消除水中的固体物质，使之与可溶性有机物质向脱离来降低生活污水中的BOD5值，然后让液体通过活性炭消毒后排放。生物法主要是利用生物的作用来处理废水，通过建立和保持微生物生长的适宜条件，利用该微生物体来消化分解污水中的有机物，生成对环境无害的无机物一氧化碳和水，以此净化污水。
本文要求污水处理包括加药PH值控制、超滤、反渗透、等离子交换等几个主要工艺过程。故采用物理化学法。有色金属制造的污水中大都是重金属离子（铜、铅、锌、汞、铬、砷、氟等）通过加药调节PH值，并使其生成沉淀、超滤、反渗透、等离子交换后排放。现详细介绍下主要工艺过程的特点。
超滤过程的特点有：无相际间的变化，可以在常温下及低压力下进行分离；设备体积小、结构简单，故投资费用低；超滤过程只是简单的加压输送流体，工艺流程简单，易于操作管理；物质在浓缩分离过程中不发生质的变化；适合稀溶液中微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的处理；能将不同分子量的物质分级分馏；超滤膜在使用过程中无杂质脱落，保证滤液纯净。
渗透是指一种溶剂（即水）通过一种半透膜进入一种溶液或是从一种稀溶液向一种比较浓的溶液的自然渗透。但是在浓溶液一边加上适当的压力，即可使渗透停止，此时的压力称为该溶液的渗透压。若在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力，扭转自然渗透方向，把浓溶液中的溶剂（水）压到半透膜的另一边稀溶液中，这是和自然界正常渗透过程相反的，此时就称为反渗透。这就说明，当对盐水一侧施加的压力超过水的渗透压时，可以利用半透膜装置从盐水中获取淡水。因此，反渗透过程必须具备两个条件：一是必须有一种高选择性和高渗透性（一般指透水性）的选择性半透膜，二是操作压力必须高于溶液的渗透压。
一般把具有离子交换能力的物质称为离子交换体。离子交换体分为有机和无机两类。有机离子交换体又有碳质和树脂交换体之分。碳质离子交换体如磺化煤为煤粉经硫酸处理而得到的产物，是一种阳离子交换剂。离子交换树脂则是由单
体聚合或缩聚而成的人造树脂，经化学处理，引入活性机团而成的产物。因活性机团的交换性能不同，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。离子交换树脂的离子交换作用较为理想。
沉渣
图3.1工艺流程图
控制过程描述：
（1）两个中和反应调节池相当于原水池，一用一备交替加药运行，需测量PH，控制加药；测量液位、控制进、出水。
（2）超滤系统由压差控制，自动反冲洗。
（3）一级反渗透计划采用ROC-8221，还有更合适的请推荐。
（4）二台阴离子交换器一用一备交替运行，产水需测量流量、测量电导率，控制切换再生备用。
工艺流程简单说明：一般有色金属工业污水中含有重金属离子而使其成酸性，PH值在3.7-4.3，在反应池中加入石灰乳使之与污水中的重金属离子反应。调节PH值在6-9，再加入沉淀剂使重金属离子在沉淀池中沉淀下来，通过超过滤膜的膜孔选择性筛分水污染物，大于截留分子量的溶质绝大部分被截留，小分子量的溶质和溶剂则被透过，再通过反渗透膜只让水份通过，而不让溶质通过，最后离子树脂将溶液中的有害离子等物质的量转换成另一种离子，并去除酸、碱性污水，保证出水的PH值保持在可排放的范围。
3.2 污水处理自动控制过程
传统的污水处理主要采用继电器触点控制方式，但是由于控制现场条件比较恶劣，尤其空气中带有具腐蚀性的分子，对继电器触点有较大的腐蚀性，使触点间导电性能降低，影响自动控制的效果。近年来，随着计算机技术的飞速发展，工业控制也逐步由传统的单机控制走向网络化，工业控制中多采用PLC来实现自动控制。中心控制系统在中心控制室对全厂各个PLC监控工作站实施控制，每个监控站又相互独立，由各自专门的PLC实施监控。
传感器和自动化仪表将数据反馈至PLC，由操作人员根据实际情况进行操作。对于各PLC监控站，有现场和远程两种控制方式；对于设备，有现场手动、远程手动和远程自动三种分级控制方式。
现场手动工作方式是在现场直接启、停设备，具有最高优先级，当处于该方式时，其他控制方式将不起作用，PLC只对设备状态进行监视、纪录和报警。远程手动方式即操作员在中控室或现场PLC监控工作站对设备进行控制，如果现场不具备设备运行条件，系统将不操作并报告操作员，此时远程自动方式不起作用。远程自动方式是系统根据现场情况和工艺设置要求自动运行设备。
污水处理过程的监视与控制系统由模型、传感器、局部调节器和上位监控策略等4个部分组成。其中，传感器是污水处理厂监控系统中最薄弱，也是最重要、最基础的环节。日益严格的污水排放标准导致了污水处理工艺流程和装备的复杂化，对用于污水处理过程监视与控制的传感器的性能也提出了更高的要求，促进了污水处理领域传感器技术的发展，一些适用于污水处理过程的新型传感器相继问世。污水处理过程是复杂的生化反应过程，所涉及的仪器仪表种类繁多，多数传感器是污水处理过程所特有的，分别应用于不同的场合，反映一个或多个特定变量的状态信息变化。
对于本次设计我们将采用西门子S7-300型号PLC通过远程I/O通信实现对整个污水处理自动控制系统的控制和监控，在对整个系统的监控和调节我们将采用IFIX组态软件实现。PLC要对隔油池的设备进行监测和控制。隔油池可以依靠油水比重差从水中分离，对所检测的数据与事先设定的参数进行反馈控制；调节池是系统对A、B两池液位高度的控制，在控制过程中利用CBM-3000系列压力式液位变送器对特定的点位的高度进行检测，看A、B两池的高度是否处于报警高度，液位高度转换为数字信号，通过调整电路后，调整电路将各种传感器的输出信号调整到适合于A/D转换的范围（0-5V），PLC采集到这些值再经一定的控制算法后。给出相应的控制信号，同时经过串行通信接口将数据传送至上位机。中和反应池是系统对整个污水处理过程PH值的控制，在中和反应池的进水阀、出水阀、循环泵都启动的前提下，对反应池的PH值进行监控，如果PH 〈5.5时系统启动加药过程，PH〉7时系统自动报警，当6.5〈PH〈7时PH值处
于正常过程，加药泵停止加药过程，采用的PH值传感器为PHT-5431变送器，应用于远距离pH信号采集或工控系统，集中显示实时pH信号的变送输出，直接输出4～20mA标准电流信号，压力式液位变送器（液位计)是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为4～20mA/1～5VDC）。当中和反应池PH值达到合适的条件后输出的清液经过超滤、一级反渗透、阴离子交换三个过程的处理后进入纯化水池得到处理后的干净水，反应池剩余沉渣部分经过压滤处理后的沉淀物被排除，而在超滤、一级反渗透过程时再次检测水液浓度，对浓水进行浓水回收经过调节池再次对废水进行二次处理，系统超滤过程的控制我们采用超滤系统由压差控制，自动反冲洗，对前后的压差进行检测、控制，对于反渗透过程我们采用的是入水电导率CMS-230，应用于海水、苦咸水及多种的高离子浓度电解质溶液电导率值的在线测量；具有测量范围宽、维护量小等优点；仪表的常数校验可通过外部自由设定调节；采用独特的信号采集处理技术、专用厚膜集成电路，使测量准确、运行稳定；数据线性化、自动温度补偿；不受线缆长度改变的影响，免维护。测量范围：0～20mS/cm（1mS/cm=1000μS/cm），准确度：1.5%(FS)，稳定性：±2×10-3（FS）/24h。而对于离子交换采用的则是阴离子交换器的液体中的离子进行反应。这里要说明的是所有的检测装置以及传感器的信号的传输都是通过Profibus网络传送到PLC中，使PLC能够采集到转换后的数字信号。
3.3 污水处理系统控制的难点
污水处理工序中，对各种水质参数指标的控制对污水净化处理极为重要。处理过程要求对污水的进水流量、进水浊度、调节池液位、、出水PH值等多个模拟量进行采集、显示、存储、打印，另外还要对格栅机、反应池、沉淀池开关量进行检测和控制。
由此可见污水处理是个多参数(如液位、水质成分、流量、压力等)，多任务(如污水输送、加药PH值控制的开停等)，而且具有随机性、时变性和耦合性的复杂系统，所以污水处理是个复杂的过程，污水处理生产系统控制的难点主要体现在以下几个方面:
(1) 系统规模大：污水处理厂的规模较大，该污水处理厂，日处理能力大约为120万m3/d，远期处理水量约为210万m3/d，系统工艺复杂，流程长；各工艺过程地址分布相距较远。所以控制系统的规模也较大，是一个多变量、多参数、多回路、大滞后，非线性的复杂系统。
(2) 连锁控制：污水处理前后工序之间存在互锁关系，而且一些参数的在线检测仪存在滞后、较大误差及价格昂贵等问题，这样会影响控制的实时性和控制精度。需要研究污水控制对象的特性，选择合适的控制参数，保证预期的控制质量。
(3) 大滞后：污水处理涉及到生化反应过程，如加药PH值控制，从反应池到沉淀池的污水的PH值检测约2-4分钟，是一个大滞后过程，在解决这个问题时，有的控制策略过于复杂(如采用神经网络控制)，有的过于简单(如单回跑定值调节)，所以研究人工智能与控制理论结合的控制策略，具有较大的意义。
(4) 污水处理厂的工作环境恶劣，干扰频繁，将会影响控制系统的可靠性和稳定性，必须分析干扰来源，研究对于不同干扰源的行之有效的抑制或消除措施。
(5) 控制系统中存在网络通信，如何实现较高的通信速率和通信质量，开放程的通信接口，建立完整，可靠的综合自动化系统，也是需要考虑的问题。
第4章污水处理层次化控制设计
4.1 自动控制系统的组成
自动控制系统以PLC构成子站，通过MB+光纤环形冗余网络，将PLC与中继器、网桥、集线器、服务器、操作站相连，构成一个以太局域网。PLC监控子站作为下位机，可以与现场的监控系统、传感器、变送器、自动化仪表相连，进行数据通信、数据处理和数据管理；监控信号可通过I/O模板进入PLC进行处理，或经过通信协议输出口直接将传感器、自动化仪表信号反馈到PLC，通过PLC进行数据处理，然后对控制对象进行管理。
4.1.1 硬件配置
自动控制系统的主要硬件配置：
(1) 采用MB+环形冗余网络作为控制主网络；采用具有在线检测、故障自愈和通信自恢复功能的光端机构成光纤环网；
(2) 管理层采用10 Mbps /100 Mbps工业以太网络，通过网络数据服务器与控制网相连；
(4) 选择具有智能I/O通信功能的PLC作为现场控制器；
(5) 各种工艺仪表和传感器；
(6) UPS不间断电源、操作站计算机和打印机。
4.1.2 软件配置
自动控制系统的工具软件采用实时关系型数据库的组态软件，操作站平台使用Windows 2000或Windows NT操作系统。
4.2 污水处理控制系统的组成
据有关资料，污水处理自动控制大致有3种情况:
第一种情况是全自动控制，采用计算机控制技术与多层次的网络结构对污水处理的全程生产工序进行无人值守全自动控制。生产过程控制中的各种信号通过相应的变送器送入下位机，一般下位机采用可靠的PLC作为控制单元，运行先进的控制算法，实现现场设备的实时控制。作为上位机的工业控制计算机采用
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：
的污水处理系统设计设计题目：基于PLC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 摘要 0 第一章绪论 (1) 1.1国内污水处理行业的发展概 况 (1) 1.2生活污水的处理工 艺 (2) 1.3SBR污水处理工 艺 (3) 1.4本课题研究的主要内 容 (4) 第二章控制方案 (4) 2.1系统的总体设 计 (4) 2.2工艺及控制要求分 析 (7) 2.2.1 格栅池 (7)
2.2.2 调节池 (7) 2.2.3 SBR反应池 池 (7) 2.2.4 除盐池 (8) 第三章 PLC控制 (8) 3.1PLC的I/O分 配 (8) 3.2I/O设备确定及PLC的选 型 (9) 3.2.1 I/O设备确 定 (9) 3.2.2 PLC的选 型 (9) 3.3系统软件的介 绍 (9) 第四章 PLC程序设计 (11) 4.1系统I/O接线 图 (11) 4.2系统程序流 程 (12) 4.3系统梯形图 3-3 (13) 4.4系统程序仿真图及系统说 明 (13) 第五章调试和运行结果 (14)
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
理工类大学本科毕业设计论文 基于PLC的工业污水处理控制系统的设计 姓名：
基于PLC的工业污水处理控制系统的设计 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
目录 1 绪论 (1) 1.1工业污水处理的国内外现状 (1) 1.2课题的背景 (2) 1.3研究目的和意义 (3) 1.4课题主要设计的内容 (3) 2 工业污水处理控制系统总体介绍 (4) 2.1工业污水处理基本概念 (4) 2.2 常用的工业污水处理工艺 (4) 2.3工业污水处理系统控制形式 (7) 2.4 工业污水处理系统的功能要求 (8) 3 硬件系统配置 (10) 3.1主要组成部分 (10) 3.2电气控制系统................................ 错误！未定义书签。 3.3工业污水处理系统的工作原理 ........................................ 错误！未定义书签。 3.4 PLC选型 (14) 3.5 PLC的I/O资源配置 (14) 3.6其他资源配置 (17) 4 软件系统设计 (23) 4.1总体流程设计 (23) 4.2曝气过程控制的任务 (31) 4.3氯气投加环节 (32) 4.4絮凝剂投加环 (33) 4.5 PID控制 (33) 4.6 PLC和变频器通讯 (34) 5 调试和运行结果 (35) 5.1硬件系统的调试 (35) 5.2软件系统的调试 (35) 5.3运行结果 (36)
毕业设计 设计题目：基于PLC的城市污水处理控制系统设计 系别：信息工程系 班级：电子信息工程 姓名： 指导教师： 年月日
基于PLC的城市污水处理控制系统设计 摘要 随着城市现代化建设步伐的加快，城市污水处理控制系统也日益发展和完善。城市污水处理控制系统是城市现代化建设的重要组成部分，对提高城市形象，改善人民生活，保护环境具有重要的意义。 本文论述了PLC控制系统在城市污水处理中的重要应用，详细介绍了SBR 污水处理法自动控制系统的设计过程。本系统包括梯形图设计和监控组态设计两个方面，实现了中小型城市的污水处理自动控制和远程监控。系统主要由PLC、液位传感器、进水泵、滗水器、进泥泵及抽泥泵组成，分为手动和自动两种控制方式，使用梯形图语言完成系统对现场的控制；使用MCGS监控组态软件设计监控界面，不仅可以模拟演示系统工作状况，而且还可以对现场工作情况进行实时监控，并对系统进行远程控制，完成SBR污水处理法的自动运行。当系统发生状况时，能够及时发现，并停止系统，进行检修，减少污水处理过程中事故的发生。 关键词：PLC 城市污水处理MCGS组态软件SBR
The Design of Urban Sewage Treatment Controlled System Based on PLC Abstract With the quickening pace of urban modernization, urban sewage treatment control system has increasingly been developed and improved. The urban sewage treatment control system is a very important part of the urban modernization. It has the vital significance to improve the image of cities ,to improve peop le’s l ife and to protect the environment. The paper discusses the important application of the PLC control system in the urban sewage treatment system. And the process of the design named SBR sewage treatment automatic control system is introduced in detail in the paper. The system which consists of the design of ladder diagram and the design of configuration, has realized the automatic control and the remote monitoring of the small and medium cities. The system mainly includes the PLC、the liquid level sensor、the water pump、the water decanter、the pump into the mud and the mud pump. The system has two control mode including the manual and the automatic ones to control the field on the ladder language. The system design the monitoring interface by the MCGS configuration, which can not only simulate the working condition of the demo system, but also monitor the working condition at a real-time. Besides, the interface can control the system remotely and finish the automatic operation of the method named the SBR sewage treatment. Problem can be found in time when the system goes wrong, and the system will stop working, then maintenance is needed to reduce the accidents in the process of the sewage treatment. Keywords：PLC; urban sewage treatment; MCGS configuration software; SBR
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的工业排水处理专业系统设计
武威职业技术学院 2011届本科毕业论文（设计） 论文题目：基于PLC的工业排水处理系统设计学生姓名：张克志 所在院系：机械工程系 所学专业：09机电一体化 导师姓名：陈旦花 完成时间：2011 年 5 月11 日
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,并介绍了在系统实施中遇到的若干问题及其解决措施。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。 关键字：PLC；污水处理；SBR反应
目录 前言 (Ⅰ) 1 系统总体设计 (1) 2控制系统设计 (2) 2.1 除渣 (2) 2.2 除油 (4) 2.3 中和处理 (5) 2.4 除有机物 (6) 2.5 除盐 (7) 3 PLC选型 (8) 3.1 PLC的I/O口分配 (9) 3.2 系统外部接线图 (10) 3.3 软件设计 (11) 4 上位机与下位机的设计 (12) 4.1 上位机设计 (12) 4.2 下位机设计 (13) 4.3 上位机与下位机之间的通信 (14) 4.3.1 PLC的通信功能 (14) 4.3.2 PLC的通信协议 (14) 5 通讯网络 (17) 5.1 中央控制室 (17) 5.2 控制分站 (17) 5.3现场监测仪表 (18) 6 结束语 (19) 致谢............................................. 错误！未定义书签。参考文献 (21)
河南科技大学 2009届本科毕业论文（设计） 论文题目：基于PLC的工业污水处理系统设计学生姓名：季洋洋 所在院系：机电学院 所学专业：机械设计制造及其自动化 导师姓名：王玉萍 完成时间：2009 年 5 月20 日
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,并介绍了在系统实施中遇到的若干问题及其解决措施。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。 关键词：PLC,污水处理,SBR反应
Design based on the PLC industrial sewage processing system Abstract In recent years, sewage treatment plant has already become one of the most important infrastructures in every city, and especially in small and medium-sized ones, to build and expand such plants has been on the local governments’ top agenda to improve peoples’ life. With the development and improvement of automation technique and computer technology, automation level of sewage treatment plants has also made a corresponding leap. While PLC has series of merits such as: mature technique, fine universal property, high reliability, flexible to install, convenient to expand, excellent cost performance, etc, which have enabled it gain a more and more widespread application in industrial control. This paper will mainly introduce the composition and function of the automatic control system in sewage treatment plants and several problems that may occur in the practical use of the system and the possible solutions to them. Since the transformation by employing PLC control system in sewage treatment, the reliability of automatic control has been advanced, which has not only reduced workers’ work intensity, but also improved the operational efficiency of the sewage treatment plants, thus has made the scientific administration of manufacturing in sewage treatment plants possible. Key words: PLC, Sewage treatment, SBR reaction
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
一、本课题研究的主要内容、目的和意义 目前，环境问题成为了制约世界各国可持续发展的重要因素之一。水环境的污染问题，不仅严重影响着人们的健康，还加速了水资源 的短缺。众所周知，中国水资源严重缺乏，是世界13个缺水国家之一，如何有效的进行水资源的循环再利用成为社会的一个重要问题，因此，污水处理系统对于全面建设小康社会的中国而言就更重要了。 而与发达国家相比，中国污水处理的效率还很低，主要表现为城市生活污水处理效率低。城市生活污水处理在发达国家已经成为 了一个比较稳定的市场。而在中国则迫切需要加快污水处理的发展 进程。据有关资料显示，美国平均每1万人就拥有1座污水处理厂，英国与德国则每7000~8000人就拥有1座污水处理厂，而中国平均 每150万人才拥有1座污水处理厂。 因此，不断加大我国污水处理的效率和力度，对改善环境质量和人 民生存环境，促进社会的可持续发展具有重要的意义。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。
二、文献综述（国内外相关研究现况和发展趋向） 污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学以及生物等。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，污水处理的方法一般以生物法为主，以物理处理法和化学处理法为辅，常用的污水处理工艺有氧化沟法和SBR法。 氧化沟法。氧化沟法是活性污泥法的一种变形，属于低负荷、延时曝气活性泥法。发水和活性污泥的混合液在环状曝气渠道中不断的循环流动，因此又被称为“循环曝气池”氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单，无初淀池和污泥硝化池，有机物去除率高，脱氮、除磷、剩余污泥少且易脱水，处理效果稳定等优点。但存在负荷低
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