基于欧姆龙plc的污水处理系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于欧姆龙plc的污水处理系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

水处理控制系统对我国经济的发展具有重大的现实意义。 本 论文的主要工作 本课题应用先进的工业控制计算机、可编程控制器、工业自动化组态技术、电力电子控制技术以及网络通信技术等，结合污水处理厂的特点，设计出运行状态和参数能够自动检测和自动控制、具有自动故障应急处理能力并且具有网络通信能力的高性能、高可靠性的污水处理厂自动监控系统。 本文的研究内容包括如下几个部分： l)了解污水处理工艺，分析 各设备在污水 处理 厂的 功能 及控制 要求， 确定总体的控制方案。 2)自动控制系统控制柜的设计及各工艺 控制 流程图和 程序的开发。 3)上位机监控软件的开发。 上位机的人机界面采用北京亚控公司的组态王 开发，通过不同协议分别与西门子 PLC、欧姆龙 PLC 进行数据通讯，完成数据采集、处理、监督及控制功能。 本 章小结 本章主要介绍了城市污水处理国外的发展现状，分析了本课题研究的意义，以及介绍了本论文该做的主要工作。 第二章 城市污水处理的工艺流程 污水处理指标 城市污水的主要来源：①生活污水：日常生活中用过并被生活废料所污染的水， 包括：卫生间、厨房、洗衣房，其他还包括公共场所、机关、学校、医院、餐饮业以及工厂中的各种生活用水②工业废水：工业生产过程中排放的水，主要夹带了生产过程中所用的原料，反应的中间体，产物等。 ③降水。 为了检测污水处理系统的处理效果，国家规定了许多水质指标。 水质指标主要包括：温度、色度、浑浊度、溶解性固体和悬浮性固体（ SS）、生化需氧量（ BOD）、化学需氧量（ COD）、总需氧量（ TOD）、总氮（ TN）、总磷（ TP）、氨氮、有毒有害有机污染物、细 菌总数、总大肠杆菌数、 pH 值等。 下面主要介绍几个常用指标 [2]。 (BOD) 生化需氧量 (BOD)，是表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标，是目前城市污水和大多数有机废水广泛采用的污染指标。 它说明水中有机物因微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量，单位为mg/L。 其值越高，说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。 污水耗氧速度一般在开始时最快， 5 天内能降低 BOD68%左右，因此目前实际应用中常规定，将污水在20℃温度下培养 5天，作为 BOD 检验的标准，在此条件下测得的结果称作 5 日生化需氧量，记作。 一般要求经过污水处理后的废水，其 BOD 必须小于或等于 40mg/L。 (COD) 化学需氧量 (COD)，是指在酸性条件下，用强氧化剂将有机物氧化为 二氧化碳 和水 所消耗的氧量，单位为 m留 L。 与 BOD 相比， COD 能在较短时间内，较精确地测出废水中耗氧物质的含量，而不受水质的限制，但它不能像 BOD 那样表示出微生物氧化的有机物量。 在城市污水处理分析中，常用 BOD/COD 的比值来分析污水的可生化性。 可生化性好的污水 BOD/COD≥。 (SS) 悬浮固体是水中未溶解的非胶态的固体物质，在条件适宜时可以沉淀。 悬浮 固体可分为有机性和无机性两大类，反映污水汇入水体后将发生的淤积情况，其 含量的单位为 mg/L。 酸度和碱度是污水的重要污染指标，用 pH 值来表示。 一般生活污水呈中性或弱碱性，工业污水多呈强酸或强碱性。 一般污水的 pH 值均在 ，当 pH6 或者 pH9都会影响生物处理，并对混凝上和金属有腐蚀作用，这时需要进行污水预处理并对处理设备进行防腐蚀处理。 废水温度过高而引起的危害叫做热污染，废水温度过高，使水体溶解氧浓度降低，相应含氧量随之减少，另一方面，水温升高会导致生物耗氧速度加快，促使水中溶解氧更快耗尽，水质恶化。 因此必须控制废水温度，一般废水温度控制在 35℃以内。 污水处理的基本工艺方法 现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类 [3]。 如下图 21 所示。 一级处理，又称物理处理。 主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。 经过一级处理的污水，可去除 50%的悬浮物，BOD 一般可去除 30%左右，达不到排放标准。 二级处理，又称生化处理。 主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质( 物质 )，去除率可达 90%以上，污水中 BOD 值可降至 2030mg/L，使有机污染物达到排放标准。 三级处理，又称深度处理。 进一步处理难降解的有机物，氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。 主要方法有生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、砂率法、活性炭吸附法、离子交换法和电渗分析法等。 格 栅 + 沉 砂 池 雨 水 处 理一 级 处 理二 级 处 理三 级 处 理消 毒高 级 处 理未 处 理 污 水 及 雨 水处 理 后 雨 水 排 入 水 体出 水 适 合 排 入 敏 感 性 较 差 的 水 体出 水 适 合 排 入 通 用 水 体出 水 设 和 排 入 敏 感 性 水 体 及 农 用出 水 适 合 排 入 游 泳 水 体 （ 稀 释 / 自 然 死 亡 能 达到 细 菌 标 准 ）出 水 适 合 于 质 量 要 求 高 的 再 利 用栅 渣 与 沉 沙 卫 生 填 埋污 泥 处 理工 艺 流 程 线到 受 纳 水 体到 污 泥 处 置污 泥 处 置 或 再 利 用上 层 清 液 图 21 污水的三级处理 本系统采用的 工艺介绍 本文设计的污水处理系统采用 OA/2 (厌氧 缺氧 好氧 ) 工艺， OA/2 工艺是 20世纪 70 年代由美国专家在厌氧 好氧除磷工艺（ A/O）的基础上开发出来的 [4]，它具有同步脱氮除磷功能。 由于将脱氮除磷统一在一个系统中，所以简化了污水处理的操作，又增加了处理工艺的功能。 该工艺为污水回用和资源化开辟了新的途径，具有良好的环境效益和经济效益。 它是生物脱氮除磷工艺中应用较多的一种方法。 其总体工艺流程图如图 22所示。 污水处理流程：污水进入厂区 ,先通过进水井（让厂能处理的污水进入厂区进行处理）进入粗格栅（打捞较大的渣滓）到进水泵房（提升污水的高度）到细格栅（打捞较小的渣滓）到曝气沉沙池（在旋流的离心力作用下，这些密度较大的砂粒被甩向外部沉入集砂槽，而密度较小的有机物随水流向前流动被带到下一处理单元。 另外，在水中曝气可脱臭，除泡以及加速污水中油类和浮渣的分离，改善水质，有利于后续处理，还可起到预曝气作用）到生化池（采用 OA/2 法去除污水里的 BOD SS和以各种形式的氮或磷）进入终沉池（排除剩余污泥和回流污泥）进入 D型滤池（进一步减少 SS，使出水达到国家一级标准）进入紫外线消毒（杀灭水中的大肠杆菌）然后出水。 生化池、终沉池出的污泥一部分作为生化池的回流污泥，剩下的送入污泥脱水间脱水外运。 进水井粗格栅进水泵房细格栅曝气沉砂池厌氧缺氧好氧二沉池紫外线消毒污 泥 回 流 泵 房脱水机房污泥贮池鼓 风 机 房污 水 出 水泥 饼 外 运卫 生 填 埋A 178。 / O 生 化 反 应 池 图 22 城市污水处理工艺流程图 本章小结 本章 首 先介绍了 污水处理的主要指标，然后介绍了污水处理的基本工艺方法，最后对本系统采用工艺进行了介绍，阐述了整个工艺流程。 第三章 城市 污水处理控制系统方案设计 设计原则 污水处理控制系统的设计要结合我国国情，设计时按照以下原则进行： (1) 严格执行环境保护的各项规定，确保经处理后的污水的排放水质达到有关排 放标准 ； (2) 采用的系统应技术先进、运行可靠、操作维护管理简单 ； (3) 在保证处理效果的前提下尽量降低工程投资和运行成本 ； (4) 采用的系统必须是开放的，可扩展的。 设计思想 根据污水处理的工艺要求及现场环境，本系统主要采用了工业控制计算机 (IPC)+可编程控制器 (PLC)+现场检测仪表的监控模式。 本控制系统通过现场检测仪表采集工艺参数， PLC 作为主要现场控制单元，根据污水处理工艺流程读取现场仪表信号及各被控设备状态信号，同时将控制信号传至各控制设备。 利用 IPC 作为上位机，进行复杂的数据处理。 通过工业以太网将各控制站、中央控制室的工程师站相连，形成一个完整的通讯网络，实现监控。 整个自动化监控系统完成数据采集、处理、监视及对现场设备进行控制的功能。 系统构成 系统结构图 整个系统由中央控制室、各分布 PLC 控制站和现场仪表及电控柜构成三级 监控网络。 系统结构如图 31所示。 工 业 控 制 计 算 机以 太 网 交 换 机P L C 1P L C 2P L C 3温 度 计传 感 器风 机阀 门离 心 泵 图 31 系统结构图 各单元功能描述 一、中央控制级 中央控制级工业控制计算机构成，既能完成系统组态、调试及控制参数的在线修改和设置等，又能完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能。 二、分布式控制站 监控系统共设 PLC1PLC3 三个分布控制站，现场 PLC 完成对各点信号的采集及控制。 现场 PLC 站通过工业以太网与中央控制室的 工控机 连接。 当控制模式选择置于“远程”位置时，操作人员将不能利用电气控制柜或电控箱上的启 /停按钮对设备进行运行 /停止操作，此时设备的控制权交给 工业控制 计算机控制， PLC 将根据操作员站的控制指令，由 PLC 控制程序“自动”或“手动”控制设备的运行。 三、现场控制柜及仪表系统 各现场控制柜具有两部分功能，一是进行现场的手动操作，二是与各个 PLC 站连接，将各设备状态信号传送到 PLC 的相关采集模块。 现场手动操作具有比分布控制站和中央控制室更高的优先权，只有将状态选择开关打到自动状态，远程控制程序才起作用。 仪表系统用来连续测量污水处理厂工艺流程中的主要工艺参数，并将测量数据送入计算机数据采集及监控系统。 整个污水厂的过程检测仪表分散设置于各个工艺处 理构筑物内及工艺管道上。 本章小结 本章首先介绍了本系统设计的原则和思想，主要说明了系统的构成及各个单元的功能，将整个设计思路解释清楚。 第四章 控制系统硬件设计 要构成一个控制系统，首先应根据控制要求对硬件进行选型配置，然后通过网络把各部件连接起来，形成控制系统的框架。 再通过软件编程、组 太 ，从而形成一个能实现一定功能要求的系统。 本系统的硬件设计包括仪表的选型、各 PLC 站的具体设计、中央监控室的设计及数据通讯网络的选择等。 仪表系统 仪表选型原则 仪表选型应根据工艺装置的规模、工艺流程特点和操作要求等因素确定的控制方式进行，主要有以下几个原则 [5]: (1) 选用的仪表必须性能先进、运行稳定可靠 ； (2) 量程选择应保证仪表长期工作在满量程的 2/3 左右。 在满足工艺要求的前提下，不必追求过高的测量精度，以节省投资； (3) 仪表的防护等级应不低于 IP65，在短时浸水场合，防护等级为 IP67，在长期 浸水场合，防护等级为 IP68； (4) 仪表应便于安装、检修； (5) 在同一工程项目中，仪表品种规格不宜过多，应力求统一。 本系统主要仪表 根据控制要求，本系统主要选择以下仪表对参数进行检测 : 表 41 主要仪表及分布位置 位置 仪表 进出水管道 智能明渠流量计 格栅 差压式液位计 弹簧式液位计 提升泵房 超声波液位计、压力变送器、 COD 测定仪 鼓风机房 压力计、温度计 曝气沉砂池 pH 计（带温度计） 溶氧仪 生化反应池 溶氧仪、污泥浓度计、氧化还原电位检测仪 二沉池 污泥浓度计 污泥回流泵房 流量计、超声波液位计、污泥浓度计 污泥贮池 超声波液位计、污泥浓度计 出水渠 流量计（超声波时差流量计）、 COD 测定仪 PLC1 站设计 PLC 1 站主要负责粗格栅、提升泵、细格栅、曝气沉砂池等位置仪表的数据采集及设备控制。 粗格栅 在粗格栅间共设有 2 个粗格栅，粗格栅的主要作用是除污水中大块漂浮物。 粗格栅能够根据 PLC 程序或上位机设定的时间实现轮流自动启停。 粗格栅的启停可由上位机直接远程控制机，也可以通过现场控制柜实现手动控制。 与粗格栅关联的设备螺旋压榨机负责将粗格栅过滤出的悬浮物脱水、粉碎。 在控制时，为确保设备安全，应使粗格栅与螺旋压榨机联动，以防止螺旋压榨机空转。 联动顺序为：螺旋压榨机、粗格栅，关机顺序相反。 螺旋压榨机在粗格栅停止之再运行3060s。 螺旋压榨机故障时，粗格栅停止运行。 提升泵房 提升泵房水泵主要用来将 粗格栅间流出的污水提升到细格栅间。 在提升泵房，需要测量和控制。