基于plc控制的城市污水处理系统设计-毕业论文

基于plc控制的城市污水处理系统设计-毕业论文内容摘要：

处理概述 所谓城市污水，就是指生活污水和生产污水的混合污水。 这些污水不仅含有碳水化合物、各种氨基酸、动植物脂肪、尿素、蛋白质和合成洗涤剂等物质，还含有各种使人致病甚至丧命的微生物。 经过处理后的污水，最后出路有三种：排放；灌溉田地；循环利用。 水处理的目的有三种 [1]： (1)去除水中的杂质以及污泥，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。 (3)改变水的物理性质。 常用的工业污水处理工艺 我们常用的污水处理的方法主要有物理法、化学法、物理化学法以及生物法等几种。 这些方法根据实际情况，可以单独使用，也可以针对不同的污水混合使用。 目前，工业污水处理的方法主要用生物处理法 [2]，并且加上物理法和化学法结合使用。 常用的工业污水处理的方法有： （ 1）传统活性污泥法 传统活性污泥法又称普通活性污泥法或推流式活性污泥法，是最早成功应用的运行方式， 传统的活性污泥法污水治理的主要部分包括反应池（也叫曝气池 ）和沉淀池，关系框图如图 21 所示。 XXX 本科毕业设计（论文） 4 图 21 传统活性污泥法工艺流程图 该工艺的 主要优点 有： 处理效果好 ， BOD5 的去除率可达 9095%；对 废水 的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。 该工艺的 主要问题 有 ：为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；对冲击负荷的适应性较弱。 （ 2） A/O 法 A/O 法是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处理工艺， A/O 法是一种缺氧 好氧生物工业污水处理工艺。 其工艺流程图如图 22： （ 3） A2/O 法 A2/O 法也是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处理工艺，其中 A2，即 AA，前一个 A代表 Anaerobic（厌氧的），后一个 A 代表 Anoxic（缺氧的）； O 代表（好氧的）。 A2/O 是一种厌氧 — 缺氧 — 好氧污水处理工艺因此，在对除磷脱氮有特别要求的城市工业污水处理厂，一般首选 A2/O 工艺。 其工艺流程图如图 23 所示。 隔栅 沉砂池 初沉池 厌氧池 好氧池 二沉池 回流淤泥 混合液回流 进水 剩余污泥 图 22 A/0 法工艺流 程图 曝气池 （微生物吸附有机物氧化为无机物） 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水排出 基于 PLC 控制的城市污水处理系统的设计 5 （ 4） A/B 法 A/B 法是吸附生物降解法的简称，该工艺没有初沉淀，将曝气池分为高低负荷两段，并分别有独立的沉淀和污泥回流系统。 对于高浓度的工业污水处理， AB法具有很好的适用性，并有较高的节能效益。 但是， AB 法污泥产量较大，因此必须添加污泥后续稳定化处理，这样就将增加一定的投资和费用。 （ 5） SBR 法 间歇式活性污泥法，简称 SBR。 SBR 独特的优点，使间歇式活性污泥法逐渐在国内外受到重视。 该工艺的 优点 有： 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效 率提高 ， 净化效果好。 运行效果稳定 ， 需要时间短、效率高，出水水质好。 耐冲击 负荷， 运行灵活。 处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。 反应池内存在 DO、 BOD5 浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。 脱氮 和 除磷效果 好而且 造价 相对比较 低。 而且 主体设备 中 只有 而且仅有 一个间歇反应器 ， 面积 也比其他设备小。 该工艺的 缺点 有： 自动化控制要求高。 排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高。 后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水管道 也很大。 由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决 SBR 工艺是一种简易、快速且低耗的废水生物处理工艺 [3]。 工业污水处理系统控制形式 早期的控制系统多采用继电器 —— 接触器控制系统，但随着电子技术的飞速发展，控制要求的不断提高，该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要求，因此已逐渐被淘汰，取而代之的是 DCS、现场总线控制、 PLC 等控制方法 [4]。 （ 1） DCS 系统 DCS 是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等 相互渗透形成的。 由计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。 实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，可靠性提高。 厌氧池 缺氧池 好氧池 二沉池 进水 出水 混合液回流 活性污泥回流 图 23 A2/0 法工艺流程图 XXX 本科毕业设计（论文） 6 扩展能力较强。 软硬件资源丰富，可适应各种要求。 实时性好，响应快。 （ 2）现场总线控制系统 现场总线控制系统是由 DCS 和 PLC 发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。 该系统按照公开、规 范的通信协议在智能设备之间，以及智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点：可以用计算机丰富的软件、硬件资源。 响应快，实时性好。 通信协议公开，不同产品可互连。 （ 3） PLC 系统 PLC 是可编程逻辑控制器的简称，用它作为处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为其上位机，通过网络连接 PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：编程方便，开发周期短，维护容易。 通用性强，使用方便。 控制功能强。 模块化结构，扩展能力强。 工业污水处理系统的功能要 求 工业污水处理系统的主要功能是完成对城市污水的净化的作用，将城市中排除的污水通过该系统处理后，输出符合国家标准的水质。 长期以来，工业污水处理技术虽然经过了迅速发展，但仍滞后于城市发展的需要，工业污水处理率低、设备运转率低等极大地影响了城市发展。 为实现工业污水处理技术的简易、高效、低能耗的功能， 并且实现自动化的控制过程，采用 PLC 作为核心控制器是个较好的方案。 PLC 作为工业污水处理系统的控制系统可实现的功能变得更多。 原因正是由于 PLC的 CPU 强大的网络通信能力，使得工业污水处理系统的数据传输与通 信变得可能，并且也可实现其远程监控。 利用 PLC 作为控制器的工业污水处理系统主要涉及两个方面：一是信号输入；二是控制输出信号。 信号输入 工业污水处理系统信号输入检测方面主要涉及四类信号的监测，主要包括：按钮的输入检测、液位差的输入检测、液位高低的输入检测，以及曝气池中含氧量的输入检测。 （ 1）按钮输入检测 大多数为人工方式控制的输入检测，主要有自动按钮、手动按钮、格栅机启动按钮、清污机启动按钮、潜水泵启动按钮、潜水搅拌机启动按钮、污泥回流泵按钮、曝气机工频、变频按钮，以及变频加速减 速按钮等。 （ 2）液位差输入检测 检测粗细格栅两侧液位差，用来控制清污机的启动与停止。 （ 3）液位高低输入检测 检测进水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用来控制潜水泵或污泥回流泵的启动和停止，以及投入运行的潜水泵的数量。 （ 4）含氧量输入检测 以上三种都为数字量输入该输入为模拟量输入。 曝气过程是工业污水处理系统中最重要的环节为了保证微生物所需要的氧气。 ；当溶解氧值偏高时，导致微生物过氧化，降低了其活性，也不利于处理，因此减小曝气机转速以减少供氧量，最终使污水中的溶解氧保持在一定的范围内。 基于 PLC 控制的城市污水处理系统的设计 7 控制输出信号 信号输出部分主要包括两个方面：一个是数字量输出，即各类设备的接触器；另外一个是模拟量输出，用来控制曝气机变频器。 （ 1）数字量输出 控制各类设备的启动和停止，包括：格栅机启停、清污机启停、潜水泵启停、潜水搅拌器启停、污泥回流泵等设备。 （ 2）模拟量输出 通过 PLC 中 PID 运算后的数据，通过其功能模块输出控制信号，该控制信号输入到变频器的控制端子上，改变变频器的输出频率，从而控制曝气机的转速，最后达到控制污水中含氧量的要求。 3 设计方案的确定 PLC 控制系统的设计分析 PLC 的结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的电子系统，其硬件结构大概与我们的微型计算机一致。 根据结构形式的不同， PLC 分为模块式和整体式两种模式 [5]。 (1)整体模式的 PLC 整体模式的 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。 这种结构的特点是结构简单、价格低、输入 /输出点数固定、实现的功能和控制规模固定 [６ ]。 基。