基于PLC的污水净化控制系统设计
摘 要：近年来,各个城市已经慢慢地把污水净化处理厂做为必不可少的基础设施之一。尤其是在中小城市，当地政府已经把新建或扩建污水净化处理厂当做改善人民生活水平的重中之重的大事。随着计算机技术、自动化技术的不断发展，完善污水净化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性、安装灵活、可靠性高、扩展方便、性价比高、通用性好等众多优点，越来越广泛的应用在了工业控制领域中。
本文主要介绍污水净化处理厂自动控制系统的组成、功能，及如何利用三菱PLC的污水净化处理系统自控工程的实现以及在实施过程中可能会遇到的若干问题和处理方法实现污水净化处理自动控制。系统采用层次化控制设计，分为管理层、控制层与监控层。系统设计中有液位传感器、余氯传感器及各类泵。该污水净化处理系统提高了污水净化处理的运行效益和效率，实现了污水净化处理管理的科学性。
关键词：污水净化;三菱PLC;传感器
Design of sewage purification control system based on PLC
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 techno logy 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;Mitsubishi fx2n-48mr;Monitor system
目录
第一章 绪论 4
1.1课题背景 4
1.2课题研究内容 4
1.3课题意义 5
1.4.1国内发展现状 6
1.4.2国外发展现状 7
第二章 系统总体介绍及方案设计 9
2.1污水净化处理基本概念 9
2.2 污水净化处理工艺 9
2.3系统方案比较 10
2.4 系统功能 10
2.5系统方案设计 11
第三章 硬件设计 14
3.1PLC选型 14
3.2传感器选型 14
3.3电机（水泵）选型 16
3.4主电路图 19
3.5 PLC的I/O分配表 20
第四章 软件设计 23
4.1编程软件的介绍 23
4.2总体流程图 24
第五章 系统调试与仿真 26
5.1仿真平台 26
5.2 仿真调试 26
第六章 总结 28
致谢 29
参考 30
附录 31
第一章 绪论
1.1课题背景
着眼于当今的国际形势，近些年以来我国在政治社会和国民经济上有了快速进步，社会也处于飞速发展阶段。人民群众的生活环境条件得到了初步改善，保护生态环境的意识和水平也已在慢慢提升。但是最终伴随着随之而来却产生了许多不正当污染排放,对环境的影响与破坏十分恶劣。特别是水的污染问题，国家十分重视对污水净化处理的相关问题，一系列的相关措施相继推出。但是依然会有大量的污水没有经过净化处理就被排放，不仅造成水资源的浪费，使经济的发展受到阻碍，甚至在一定程度上影响了居民的生活健康。因此，改善水环境，保护我国的水资源，污水净化处理已是十万火急。
人们日常生活中出现各式各样的污染问题，其中较为严重的就是水污染的情况，我们必须把更多的关注给予这个方面。水对人来说是非常重要的资源，如果这样的情况持续恶化，不经好转，必然会严重影响人类生活质量和水平。所以我们需要运用合理的方式方法，净化处理已经被污染的水，使其可以排放进入水源，这样可以缓解某些水资源短缺地区的现状。对于那些进过净化处理完成后并达到排放标准的水，进行一些循环的利用，此类方面的研究都人们生活及保护环境而言有很大的实际意义。
1.2课题研究内容
批式活性污泥法（Sequential batch activated sludge process，简称SBR）很大程度上满足了污水净化处理的要求，活性污泥污水的净化处理技术主要采用间歇曝气的方式来操作运行。在其系统运行上的有序性和间歇式的自动操纵均化方法一直是它的主要技术特点,SBR均化技术的一个重点就是存在于一个新的SBR反应池,该池不仅拥有了物质均化、初次物质沉淀、生物物质降解、二次生物沉淀等众多重要功能,而且不必再过分依赖废水污泥的处理回流和水处理操作系统。也因此使得水处理工艺简洁方便，同时能够有效的节约占地面积，节省资金的投入。
但是SBR也有一些缺点，主要表现在操作复杂，对于自动化控制的要求相对较高高，因此需要设计一套能够稳定操作、高效、节省能源且成本较低的控制系统。PLC自动控制技术在社会各业有着广泛应用，多功能智能化PLC由于其较好的通用性，较低的成本和故障率取得了广泛的欢迎。本系统基于PLC构建了系统网络，以PLC为核心组建网络控制，同时对PLC的编程使用了简单实用性高的一种方式，实现了污水处理过程中的自动控制功能，有效的减少了所需要的人力与成本，并且提高了污水处理的效率。
1.3课题意义
有助于更稳定的保护水环境。不仅可以有助于人们的身体健康，提供更加基础性的生活，同属还保障了环境工程建设的质量。各项经济生产社会活动的展开会造成不同程度的水环境污染，会直接影响对日常生活中水环境的生态平衡性，因此我们需要采取高效的合理用水技术，加强综合处理各类环境工程工业污水的问题，促使环境污水工程中的各种营养物质成分可以进行二次使用，进而长期保护人类环境资源，不局限于一时的保护。
有利于进一步提升促进资源的利用率。环境工程技术学中对工业污水的净化处理是对整个污水源进行综合净化的过程，其最终目标是使总体水质能够满足回用要求。在该净化过程中，借助于各种有效的科学技术处理措施，净化处理并去除了工业污水中大概率会含有的重金属微量元素、有害微生物和其他成分，然后对整体污水资源进行综合回收再利用，由此不仅能够有效防止工业污水大量排放对其他重要水体资源造成的环境污染，而且，还能够促使整体水资源的综合利用效率，使得污水净化水平获得更大的的提升。在污水净化处理中，经过沉淀所获得的污泥还可直接作为农业肥料等，应用于农业种植，可以有效促进当地农作物健康生长，大幅度提高了污水资源的综合利用率。并且可以利用企业相应的污水检测处理技术，判断污水环境工程企业污水处理是否达到相关标准，进行二次综合利用，实现自然资源综合利用效益最大化，提高污水生态环境的处理质量。
有利于推动经济持续发展。污水排放是水环境污染的主要污染源之一，生活饮用污水和大型工业排放污水是城市污水的主要排放来源。这两种类型污水源为城市地区水污染的综合处理，带来了很大的压力。因此，通过对城市污水的有效综合处理，可以有效降低对环境质量的影响，而加快城市基础性设施的建设，又能反过来促进水污染处理的进程，由此能够积极推动经济社会可持续发展。
1.4.1国内发展现状
人们在获得经济收益的同时也希望有个好的生活环境，但是生活中的污染情况却越来越严重，被污染的水源都应该进行处理后在排放。目前我们也建成了很多的污水处理厂，他们按照处理能力也被划分成了不同的三个等级。日处理水量达到十万吨以上的为大型处理厂，中型处理厂次之，处理量在一万吨以下的为小型处理厂。通过对最近几年的相关文献和报道的了解，我国城市化的速度有着极为明显的加快，而且人口数量增加，但是我国的城市污水处理的问题也渐渐的被人类所重视，显得尤为突出，引起了社会各界人士的关注和关心。
根据我国的有关环境问题的报道，截至2021年底，我国已经建成2328座污水处理厂用以处理废水，主要包括生活废水和工业废水，目前的污水处理厂可以处理的污水规模可以达到22454万立方米，同比增长6.1%。据不完全统计，目前我国城市污水年处理率已经达到了92.7%，总量更是达到了581.9亿立方米，一直以来，随着城市化进程的不断加快和工业产业的发展，城市污水和工业化废水量不断加大，虽然我国的城市污水处理厂数量也在不断增加，污水处理技术也在不断改进，污水处理产量也在不断提高，但是还远远不能满足我国当前生活的实际需求。因此，我国城市污水处理还需要不断发展。
污染问题变得越来越严重的同时，人们保护环境的意识也在逐渐地提高。很多人都对水资源保护的问题愈发的重视起来，人们希望对生活中产生的废水或者是工业当中的产生的污水，都在处理之后使其达到排放标准。想要去建设一些相关的处理厂的时候，重点是先要设计好其中所需的工艺。并且在不同的地区进行厂房建设的时候，相关的类似于地理环境这样的因素都是不同的。所以既要考虑到实施情况中的可行性，同时也要考虑它的处理成本，或者是运行管理等其他方面的问题。据当前的大多环境工程的文献和相关期刊可知，我国城市污水处理工艺为了最后效益和一定的实际使用情况，为了确保污水处理的质量可以重新使用，一般一次的处理手段很难达到重新使用的要求，因此就需要一次污水处理和两次污水处理相结合的方法进行净化处理，而为了节约成本很少采用三级处理。随着21世纪的国家大力宣传环境保护，并且不断完善和改进环境相关法律法规，使得人类的环保意识越来越强，从而污水处理问题越来越受到人们的重视。不过尽管如此现有的污水处理现状仍不能完全满足城市发展的需要，与发达国家相比，我国的环境问题仍存在明显差距，尤其是大气和水体环境，主要体现在以下几个面：
其一，众所周知建立城市污水处理厂是实现城市生活污水处理的最佳且有效的途径，但是在建设污水处理厂的同时，我们不得不考虑场地的选址，设备的选择以及后期的运行和维护，无一不需要大量的资金、人力来维持。所以，资金是我们现阶段需要考虑的现实问题。
其二，在“绿水青山，就是金山银山”一段话中点明了环境和经济之间辩证关系。从人类发展的长远的角度来看，我们依然处于改善环境的第一阶段，所以对于很多国家来说，要想维护环境问题，就不得不牺牲一定的经济发展能力。但从长期的眼光来看，才能达到二者互补互利的能力。所以，技术问题也是我们当下，需要重视的一个方向。在中国有这么多城市之中，城市污水处理方式受到很多方面的影响，不同地方之间的污水处理方式也是各不相同。不过，不可忽视的是由于我国的污水处理起步较完，很多技术还不够完善，特别是与发达国家相比还存在一定差距，就我们的学习中可以容易的发现，污水处理工艺大多是借鉴国外的，不少是来自于几年前甚至几十年前的技术，故可能与我国的实际情况不一致，因此可能造成污水处理效率低下。
1.4.2国外发展现状
根据有关资料显示，外国城市对污水净化处理中，开始有趋向大型化发展。通过加大对水量水质的均化和稀释等作用越大，使得耐冲击负荷越高，进而提升污水处理厂的规模，比如美国芝加哥西南某污水处理创，就此方法下已经达到了500万吨/日，而且面向着附近300万人的服务。
与此同时，国外也开始了对于三级处理的关注，希望寻求更加有效的便宜的提升水质的方案。以缓解部分地区的用水问题和预防污水导致的负营养化等等当下所要面对的问题。据报道，美国早已在1958开始着重研究三级处理的方案，其中已经建成的克利夫兰的西区污水处理厂，已经可以达到了38万吨/日的处理效果。日本也在1971年利用活性炭来进行处理城市污水的实验，目前处理的污水水质可达标准以下，色度与浊度都可以降到零，已经可以达到直接饮用的标准。
在解决除磷问题上，瑞典也早在1966年开始建筑化学处理厂，利用混凝沉淀的方法去除一定的磷。但由于这个方法有着产泥量多的缺点，所以美国也在前几年开始了碳酸镁的方式，以焙烧污泥，回收石灰的方式解决这一难题。而且提高处理性能简化工艺也是国外较为重视的方向，开发多种新型工艺比如氧气曝气法、深井曝气法等来减少费用上的输出，且同时也具备较为高效的处理效果。而美国杜邦公司发明的“活性炭粉处理法”可以很好的解决这一点。
除此之外，国外对于氧化塘也在很早便开始研究，从60年代末开始，氧化沟开始从人工控制到现在的自动控制的一步步演变，不仅如此，氧化沟也在国外的这些年研究中不断得到了提升，从提升其处理的运行方式和结构方式，加强通风充氧和提升温度，还有投加氮磷等物质，从而缩短处理时间，使其满足高效、低廉的要求。此外，国外的氧化塘在养鱼和生产饲料也取得了较为良好的效果，不仅仅满足于污水的处理。
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