SBR污水处理电气控制系统及组态设计
摘 要：本论文主要研究污水处理系统的PLC控制系统，随着城市的快速发展，环境问题显得日益重要。污水是破坏环境的一个重要因素，目前中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水站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，具有重要的意义。文章首先介绍了PLC控制系统的硬件结构、工作原理以及设计PLC控制系统的基本原则和步骤。然后以SBR污水处理工艺为例，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气控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号等。最后按照工艺要求设计PLC控制系统，包括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处工艺编制PLC程序等。 建立高度自动化污水处理站，不仅可以加强整个系统的可靠性、准确性，还可以减少劳动强度，降低处理成本和节约能源。污水处理站自动控制系统的建设将降低生产和维护成本，减轻生产及维护工人的劳动强度，并为生产工艺进一步改进提供方便，具有很好的经济效益和社会效益。
关键词：污水处理； PLC；硬件配置；软件设计
Abstract：My main research is the PLC control system of sewage treatment. With the rapid development of cities, the environment becomes more and more important. Wastewater is one of the major factor of pollute the environment. The automatic controlling system of wastewater treatment is not very advanced in China. The water qualities of the treated wastewater are unstable. So how to solve the problems is very meaningful to our country.This paper introduced the hardware structure, work principle of PLC control the system and design PLC control system’s basic principle and step, then with the SBR wastewater treatment craft for example to illustrate the PLC in the application in the wastewater treatment process. Designed the electricity control of equipments and automatically control circuit according to the sewage treatment requirements, mainly include the start and stop of equipments, the state of the signal and so on. Finally design PLC control system according to the technological requirements, include the PLC type selection, the allocation of system resources and draw up PLC procedure according to the wastewater treatment craft.Establish a highly automated of sewage treatment plant, not only may strengthen the system’s reliability but also may reduce the labor intensity and reduce processing costs and save energy. The establishment of sewage treatment plant’s automatic control system will reduce the production and maintenance costs, also can reduce production and maintenance workers in the labor intensity.
Key words: sewage treatment; PLC; Hardware disposition; Software design
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一、绪论..................................................................... ......1
1.1工业污水处理的国内外现状 2
1.2 课题的背景 3
1.3 研究的目的和意义 3
1.4 课题主要设计的内容 4
二、污水处理系统工艺流程 4
2.1 SBR的结构及工作原理 4
2.2 PLC控制系统设计原则与步骤 5
2.3 污水处理工艺过程阐述 6
三、电气控制系统方案的选择及硬件设计 7
3.1 PLC的工作原理 7
3.2 SBR污水处理电气控制系统设计要求 7
3.3 SBR污水处理电气控制系统的总体设计 8
3.3.1 设计过程 8
3.3.2 控制系统方案设计 9
3.3.3 SBR污水处理电气控制系统硬件电路设计 10
四、污水处理系统的软件设计 17
4.1 污水处理系统软件设计的总体概述 17
4.2 污水处理各个子程序的设计 18
4.2.1 粗、细格栅除污机控制子程序的设计 18
4.2.2 进水阀门控制子程序的设计 19
4.2.3 空气阀门、潜水搅拌机、回流污泥泵控制子程序的设计 20
4.2.4 滗水器控制子程序的设计 21
五、 MCGS组态软件在本系统中的应用 22
5.1上位机设计 22
5.2实时报警 23
5.3 程序调试运行 23
结 论 24
致 谢 24
参考文献 25
一、绪 论
水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。然而，水资源是有限的。据报道我国人均拥有淡水量为2400吨，为世界平均值的1/4，在全球149个国家（参与统计国家中），我国人均淡水资源位居110位，属于淡水资源贫乏的国家。而且我国水资源时空分布极不均衡，全国500多个城市缺水，其中多个严重缺水，北方地区缺水现象尤其严重，人均拥有淡水量仅有240吨。令人担忧的是淡水总量日益减少，用水成本不断升高，淡水的浪费非常严重。我国北方地区水资源的超采，己形成漏斗地势、水位下降、湖泊干涸、河水断流、生态恶化。淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。
我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。随着社会的发展，水资源已经成为影响工业发展的重要因素，现代工业中生产工艺和设备对水质要求越来越高。但是我国工业用水耗费高，重复利用水少，中水使用率不高，有关资料显示，我国的工业用水重复利用率平均为40%~50%。目前全国城市污废水的处理率（达排放标准的）仅有10%左右，其余的污废水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国工业系统水资源利用的突出问题。严重的环境污染使有限的水资源日益减少、水质日益恶化，无疑是“雪上加霜”。 据统计，由于水质污染，我国已有大约3亿人的饮水发生不安全现象，其中1.9亿人的饮水是超标水。气象学家预测，2100年全球变暖加剧，地表将有1/3的面积变为沙漠，那时，干旱将威胁全球一半的大陆人类的生存。这些现象都是水污染产生的严重后果，因此工业污水处理项目的实施已经刻不容缓。众多迹象表面，水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈，因此世界各国越来越重视水处理和水的再利用，通过各种技术进一步提高供水质量，提高经济效益。并且工业污水处理过程中，经过厌氧和好氧处理，污水中的热量、沼气等再生能源可以为工业生产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的。随着环境保护的呼声越来越高，工业污水处理已经体现出其必要性和紧迫性，对于各种污水进行处理后排放成为各企业基本的要求。在工厂的工业污水处理过程中，污水来源的不稳定以及工厂中各种污水的成分的复杂性，对工业污水处理的工艺和控制方式提出了非常高的要求。
1.1工业污水处理的国内外现状
水是地球上万物的命脉所在，水滋润万物、哺育生命、创造文明。中国水资源的分布极其不均匀。中国的人均水资源占有量低于500立方米，远远低于国际公认的人均所需1000立方米的临界值。北方许多大中城市因缺水造成工厂停产或限产，损失的年产值达1200亿元，南方一些城市也陆续出现水荒。目前全国600多座城市中，有300多家缺水，其中严重缺水的有108个，缺水量约为1000万吨/天左右。几百万人生活用水紧张......近年来，我国石油化工、冶金等行业发展迅速。但在创造巨大经济效益的同时，这些行业每年也向环境排放了数亿吨的有机废水。这些废水不仅有机物浓度高，有些还含有有毒有害物质。若直接将废水排入水体中，会对水体生态环境和下游居民的生活带来极大的危害。据统计，造纸、食品等行业，近五年来每年从废液中直接排入水体的平均COD高达1364万t。因此，对高浓度有机废水的处理方法进行研究应用具有非常现实的意义。我国废水的排放总量在近五年中呈上升趋势。基中，工业废水是我国水环境污染的主要污染源。我国每年排放的工业废水占废水排放总量的50%左右。由于工艺及原料的原因，传统的生化工艺如活性污泥法，活性炭吸附法等在处理某些富含难降解污染物的废水如油页岩干馏废水时，处理效率无法达到要求。和上述方法相比，焚烧技术人为一种简单、高效而又不受水温、水质等因素影响的废水处理方法，更适合处理挥发性高且难降解的工业废水。目前在水污染治理技术上，我国已能提供下列工艺技术传统活性污泥法技术、各种新型活性污泥工艺如：SBR法和氧化沟技术等、酸化水解好氧技术和多种类型的稳定塘技术等，这些污水治理技术已经在水体污染、改善水体环境方面发挥了突出的作用，标志着我国工业污水处理事业发展到了一个崭新的阶段。现阶段，我国工业污水处理的工作重点已经从工艺技术的研究转移到具体项目的实施。
国际上，大规模的水污染治理是在第二次世界大战后，随着50年代经济的蓬勃发展带来的60年代日益严重性的环境污染而展开的。工业污水处理设施中，城市排水管线和工业污水处理厂的兴建和运行在水污染控制中发挥着骨干作用。至70年代末，美国投入了数千亿美元兴建了18000余座城市工业污水处理厂，英国、法国、德国更耗费了巨额资金兴建了7000至8000座城市工业污水处理厂。这些工业污水处理厂的投入对国家的水体污染改善起了关键的作用，也为人类治理水污染积累了丰富的经验。现在，这些国家的工业污水处理水平又有了进一步提高，兴建了一批具有脱氮除磷功效的设施，对水体质量改善和水环境保护起了重大的作用。
1.2课题的背景
未来10年，中国工业污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，其中工业污水处理设备投入约300亿元。采用先进、实用的技术改造传统工艺，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。
对于环境保护问题，国务院明确规定所有工业污染源都必须达到排放标。其中处理过的污水还可以循环再利用，由于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。所以水资源也是一种保护。因此，从环保、注水等多方面的因素考虑，对于工业污水处理非常有必要。因此，有效的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、PLC 控制系统技术，将为当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。
1.3研究目的和意义
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度的环境污染，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最为28000 亿m2，居世界第6 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5O个。据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总里约为300 亿～400 亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达2300 亿。超过洪涝灾害。水资沟的匮乏和水资源的污染，己经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了我国的经济建设和发展。因此建设符合我国国情的污水厂自动控制系统对降低工业污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会和和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。
1.4课题主要设计的内容
本课题主要设计的内容是工业工业污水处理工艺及工业污水处理系统的组成和PLC控制系统设计,主要由以下内容组成：
1.了解研究工业水处理的背景、国内外在这方面的发展现状；
2.确定工业污水处理控制系统的工艺流程，同时进一步学习可编程控制器组成、工作原理、应用领域；?
3.设计整个控制系统的思路，并设计出电器原理图；
4.外围电路设计；
5.系统PLC软件的设计；
二、污水处理系统工艺流程
2.1 SBR的结构及工作原理
本论文中的污水处理采用SBR污水处理工艺，即序批式间歇活性污泥法。SBR采用时间分割的操作方式替代传统的空间分割方式，可以适应工业生产连续产生大量污水的特点。SBR废水处理系统分别由粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池、水泵、鼓风机和电动阀门等部分组成，在粗细格栅除污池、集水池、SBR反应池、储泥池中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的液位。
本文采用4个SBR池循环处理的工艺，并结合PLC技术，以期实现污水处理过程的实时检测和控制，保障生产过程的连续性，降低劳动强度。此工艺由4个池组成，每个SBR处理周期包括进水、生化反应（曝气）、沉淀、排放等工序，污水在SBR中按序列间歇地进入每个反应工序。曝气使好氧、缺氧和厌氧状态交替进行，最终达到脱碳、脱氨和脱氮的目的。此外还有保证SBR的用风量。
参考文献
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