基于plc的污水处理控制系统设计毕业论文

基于plc的污水处理控制系统设计毕业论文内容摘要：

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。 常用的工业污水处理工艺 不同的工业污水处理对象，不同的工业污水处理环境，将需要有 不同的工业污水处理工艺来处理。 因此，在选择工业污水处理工艺的时候必需要认真考虑当地污水的情况，以及实际的工业污水处理的环境。 工业污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学，以及生物等几种。 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，工业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法。 常用的工业污水处理工艺有以下几种。 辽宁科技大学本科生毕业设计 5 第 5 页 （ 1）传统活性污泥法。 传统活性污泥处理法是一种最古老的工业污水处理工艺，其工业污水处理的关键组成部分为沼气池与沉淀池，主要处理部分关系框图如图 所示。 图 污水中的有机物在曝气池停留的过程中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分有机物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中经过沉淀后的部分活性泥需要回流到曝气池中。 该工艺的优点有：有机物去除率高，污泥负荷高，池的容积小，耗电省，运行成本低。 该工艺的缺点有：普通曝气池占地多，建设投资大，满足国家标准相关指标范围小、易产生污泥膨胀现象，磷和氮的去除率低。 （ 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，其中 A 代表 Anoxic（缺氧的）， O 代表 Oxic（好氧的）。 A/O 法是一种缺氧 好氧生物工业污水处理工艺。 该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化 反硝化反应系统，很好的处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。 但是此硝化 反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了更高的管理要求，这也成为了该工艺的一大缺点。 其工艺流程图 所示。 图 A/O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 辽宁科技大学本科生毕业设计 6 第 6 页 （ 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 —好氧工业污水处理工艺。 A2O 法的除磷脱氮效果非常好，非常适合用于对除磷脱氮有要求的工业污水处理。 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 所示。 图 A2/O法工艺流程图 （ 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。 高负荷段停留时间约为 20~40min， 以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，去除BOD 达 50%以上。 B 段与常规活性污泥法相识，负荷较低。 AB 法中 A 段效率很高，并有较强的缓冲能力。 B 段起到出水把关作用，处理稳定性较好。 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。 尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时，优势最为明显。 但是， AB 法污泥产量较大，A 段污泥有机物含量极高，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。 另外，由于 A 段去除了较多的 BOD，造成了碳源不足，难以实现脱氮工艺的要求。 对于污水浓度低 的 场合， B 段也比较困难，也难以发挥优势。 总体而言， AB 法工艺较适合于污水浓度高，具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市工业污水处理厂，且有明显的节能效果，而对于有脱氮要求的城市工业污水处理厂，一般不宜采用。 本设计系统工业污水处理工艺及描述 ： 辽宁科技大学本科生毕业设计 7 第 7 页 本设计污水处理工艺流程如图 所示。 图 工艺流程图 污水处理采 用 SBR 污水生物处理工艺，是按 ―进水、反应（曝气等）、沉淀、排水 ‖步骤周期性进行生化反应。 从污水流入开始到排水 结束算做一个周期 [4]。 进水 进水阀们打开， 污水连续不断地进入集水池， 污水通过粗格栅过滤，经过水泵，然后细格栅过滤到达 SBR池。 反应 进水到一定液位后，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。 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。 SBR 的沉淀是在理想静沉条件下进行的，没有进出水流的干扰，可以避免短流和异重流的出现，是一种理想的静态沉淀，因此固液分离效果好，容易获得澄 清的出水。 剩余污泥含水率低，浓缩污泥含固率可达到 %～ 3%，这为后续污泥的处置提供了良好的条件。 排水 SBR 池水位达到最高水位，并经过沉淀工艺以后，上清液（上面的清液）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。 集水池 水泵 SBR 池 SBR 池 鼓风机 储泥池 处理后的污水 肥料 污水 辽宁科技大学本科生毕业设计 8 第 8 页 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。 （ 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。 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。 本系统采用西门子 S7300 型 PLC 作为中心控制单元，通过主程序，远程 I/O 程序，和模拟量输入程序的结合，除去水中的杂物，从而使污水得到净化，达到污水处理的目的。 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。 [3] 辽宁科技大学本科生毕业设计 9 第 9 页 PLC 作为工业污水处理系统的控制系统使得设计过程变得更加简单，可实现的功能变得更多。 与各类人机界面的通信可完成 PLC 控制系统的监视，同时使用户可通过操作界面功能控制 PLC 系统。 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。 SBR 作为一种新型的 废水处理技术，在运行方式和反应过程上有别于传统的活性污泥法，它集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池，可以灵活地变换运行方式以适应不同类型废水的处理要求。 SBR 工艺采用间歇运行方式 [2],污水间歇进入处理系统，间歇排出，一般来说，它的一个运行周期包括 5 个阶段。 第 1 阶段，进水期 (Fill)污水在该时段内连续进入处理池，直到达到最高运行液位，并且借助于池底泵的搅动，使废水和池中活性污泥充分混合。 此时活性污泥中菌胶团 (由细菌、藻类、原生动物、后生动物等组成 ) 将对废水中的有机物产生吸附作用。 第 2 阶段，反应期 (React)，进水达到设定的液位后 ,开始曝气，采用推流曝气或完全混合曝气方式，使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气，水中的溶解氧 (DO) 达到最大值。 第 3 阶段，静置期 (Settle)，既不曝气也不搅拌，反应池处于静沉状态，进行高效的泥水分离，随着水中的溶解氧不断降低，厌氧反应也在进行。 第 4 阶段，排水期 (Decant)，上清液由滗水器排出。 第 5 阶段，闲置期 (Idle)，活性污泥中微生物充分休息恢复活性，为了保证污泥的活性防止出现污泥老化现象，还须定期排出剩余污泥，为新鲜污泥提供足够的空间生长 繁殖。 SBR 工艺污水处理适用性 实践证明 SBR 法是一种处理高浓度有机污水及工业污水行之有效且能耗低的生物处理工艺。 它具有工艺系统组成简单，一池多用，无须设污泥回流设备，建设费用与运行费用都较低等特点。 在运行时，对冲击负荷适应能力强，一般不产生污泥膨胀现象管理较简单；并且具有运行方式灵活多变，通过对运行方式的调节，在曝气池内能进行脱氮和除磷反应，处理水质优于传统活性污泥法。 在实际工作中，当处理规模大时，需多套 SBR 池并联运行，使控制系统及维护管理趋于复杂，故 SBR 法特别适合于一般中、小型规 模，有机浓度较高、可生化性好的工业废水处理，具有较大的推广应用价值 [5] 辽宁科技大学本科生毕业设计 10 第 10 页 3 设备控制要求 系统构成 系统在中央控制室设有一台上位监控器，一个模拟显示屏。 在值班室设有一个 PLC 控制箱，负责对所控设备状态监控及有关模拟量的采集工作。 监控管理机与 PLC 通过通信电缆（屏蔽双绞线）连接。 设备控制原理 1）两台粗格栅除污机，由时间间隔来控制其开或者停。