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污水处理论文
污水处理论文
本科毕业论文
题目:
基于PLCSBR污水处理
学生:
聂伟
专业:
自动化
年级:
10级
指导教师:
张帆
日期:
2014年5月17日
基于PLC的污水处理设计与实现
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;
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上海第二工业大学本科毕业设计（论文）
MCU-basedPLCDesignandImplementation
ofSBRSewagetreatment
ABSTRACT。
MymainresearchisthePLCcontrolsystemofsewagetreatment.Withtherapiddevelopmentofcities,theenvironmentbecomesmoreandmoreimportant.Wastewaterisoneofthemajorfactorofpollutetheenvironment.TheautomaticcontrollingsystemofwastewatertreatmentisnotveryadvancedinChina.Thewaterqualitiesofthetreatedwastewaterareunstable.Sohowtosolvetheproblemsisverymeaningfultoourcountry.
Thispaperintroducedthehardwarestructure,workprincipleofPLCcontrolthesystemanddesignPLCcontrolsystem’sbasicprincipleand
step,thenwiththeSBRwastewatertreatmentcraftforexampletoillustratethePLCintheapplicationinthewastewatertreatmentprocess.Designedtheelectricitycontrolofequipmentsandautomaticallycontrolcircuitaccordingtothesewagetreatmentrequirements,mainlyincludethestartandstopofequipments,thestateofthesignalandsoon.FinallydesignPLCcontrolsystemaccordingtothetechnologicalrequirements,includethePLCtypeelection,theallocationofsystemresourcesanddraw
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upPLCprocedureaccordingtothewastewatertreatmentcraft.
Establishahighlyautomatedofsewagetreatmentplant,notonlymaystrengthenthesystem’sreliabilitybutalsomayreducethelabor
intensityandreduceprocessingcostsandsaveenergy.Theestablishmentofsewagetreatmentplant’sautomaticcontrolsystemwillreducethe
productionandmaintenancecosts,alsocanreduceproductionandmaintenanceworkersinthelaborintensity.
Keywords:
sewagetreatment;PLC;Hardwaredisposition;Softwaredesign
1绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
2介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
2.1SBR法介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
2.2单片机的历史„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
2.3单片机的应用领域„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
3液晶显示1602„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
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上海第二工业大学本科毕业设计（论文）3.1硬件的介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„43.1.1液晶显示优点………………………………………………………………5
显示认识………………………………………………………………63.1.2液晶
3.1.3液晶显示1602端口功能……………………………………………………73.2液晶显示器1602基本指令„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„94程序设计与实现„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„144.1芯片AT89S52………………„„„„………………………………………144.1.1主要功能……………………………………………………………………144.1.2功能特性描述………………………………………………………………144.2键盘串口的编写„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„174.3时钟的显示„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„214.3.1键盘函数……………………………………………………………………244.3.2按键功能……………………………………………………………………255结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„266心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。
随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大，在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。
虽然由于国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。
但目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段。
一方面，中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污水处理等配套设施建设严重滞后。
另一方
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面，中国的污水处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低。
因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创建合理的污水处理收费体系，扶植国内环保产业发展，推进污水处理行业的产业化和市场化。
污水处理行业是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。
中国污水处理行业由此迎来高速发展。
因此建设符合我国具体情况的污水厂自动控制系统对降低污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。
SBR工艺的介绍
SBR工艺即序批式活性污泥法，是常规活性污泥法的一种变体。
SBR工艺采用可变容积间歇式反应器，省去了回流污泥系统及沉淀设备，曝气与沉淀在同一容器中完成，利用微生物在不同絮体负荷条件下的生长速率和生物脱氮除磷机理，将生物反应器与可变容积反应器相结合，形成一个周期性间歇运行的活性污泥系统。
SBR工艺在同一生物反应池中完成进水、曝气、沉淀、撇水、闲置四个阶段，其所经历时间周期，根据进水水质水量预先设定或及时调整。
实践证明，这种工艺过程，其处理效果可达到常规活性污泥法处理标准。
具有工艺简单，运行可靠，管理方便等优点，但对设备、阀门、仪表及自动控制系统的可靠性要求高。
SBR反应池的不同之处是运行按流入，反应，沉淀，排放，待机五个工序，依次在同一SBR反应池中周期性运行，从废水流入开始到待机时间结束为一个周期性运行，一切过程都在一个有曝气和搅拌装置的SBR反应池内运行，不必另设沉淀池和污泥回流泵等装置。
SBR工艺是一种简易快速且低耗的废水生物处理工艺它主要有以下几个特点:
工艺简单，造价低，运行方式灵活，可脱氮除磷，良好的污泥沉降性能，不易产生污泥膨胀现象。
SBR工艺具有以下优点:
（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好;
（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好;
（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗
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上海第二工业大学本科毕业设计（论文）水量和有机污物的冲击;
（4）脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。
PLC的介绍
PLC（ProgrammableLogicController，可编程序控制器）是目前一种新兴的自动化控制装置，本身强大的程序汇编性使其在目前的自动化控制领域应用极为广泛，本身所含的通信功能可以与计算机很好的通信，基于其良好的逻辑性PLC在进行各种运算时速度很快，自带存储功能，可以读取或输出开关量信号以及各类模拟量信号，用以控制工业设备的运行。
PLC的体积小，汇编语言函数简单，运行性能好，对控制人员专业要求性不高，在各种环境下均可使用，因此在自动化控制领域中非常重要。
利用PLC自动化控制装置对污水处理系统进行控制，可以增强污水处理系统的可管理性，相应的提高了污水处理的程度，还可以为企业节约大量的人力财力资源，具有极大的经济效益和科技价值，因此，研究开发PLC自动化控制装置在污水处理系统中的应用成为了当下热门的课题，PLC虽然在自动化控制系统作用很大但其在上位机监控层表现不足，只能参与控制，不能显示实时监控及储存大量历史数据，因此，需要对组态软件在上位机进行研究开发，设计出能与现场PLC进行数据交互的监控界面，真正达到“集中管理，分散控制”的目的，如何构建PLC的自动化控制系统，创建多台PLC之间的通信网络，设计整套工艺的监控界面，是现阶段众多学者研究的主要课题。
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用设计，它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计算和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
三菱系列PLC的特点是:
可靠性高;控制能力强;编程方便，易于使用。
适用恶劣工业环境，抗干扰能力强，具备各种接口，与外部设备连接方便。
具有较大的灵活性和可扩展性;维修方便，可在线修改程序。
变频器的介绍
变频调速器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流
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电再逆成交流电。
按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
在此毕业设计中用到变频器主要是通过改变频率来改变电机的转速，从而实现控制的目的。
系统总体设计
SBR控制系统流程图
污水处理的工艺流程图
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上海第二工业大学本科毕业设计（论文）控制系统的设计
SBR系统分为进水、反应、沉淀、排水与闲臵五个阶段运行
进水进水工序是反应池接纳污水的过程。
在污水注入之前，反应器处于前一个周期的排水或闲臵状态，处理后的废水已经排放，反应器内残存着高浓度的活性污泥混合液。
污水注满后进行反应，从这个意义上说，反应器起到调节池的作用，因此，反应器对水质、水量的变动有一定的适应性。
反应这是本工艺最主要的一道工序，当废水注入达到预定容积后进行曝气或搅拌，以达到处理目的（如去除BOD、硝化、脱氮除磷）（如通过好氧反应（曝气,进行氧化、硝化，再通过厌氧反应（搅拌）来脱氮。
在本工序的后期，进入下一步沉淀工艺之前，要进行短暂的微量曝气，以吹脱污泥近旁的气泡或氮，保证沉淀过程的正常进行。
沉淀停止曝气和搅拌，使混合液处于静止状态，活性污泥与水分离。
由于是静止沉淀，沉淀效果一般良好。
本工序相当于活性污泥法连续系统的二次沉淀。
排水经过沉淀后产生的上清液，作为处理水排放。
一直到最低水位在反应器底部的大部分活性污泥作为下个周期使用的泥种。
过剩的污泥引出排放。
反应器中剩余的处理水可在下个周期起到稀释作用。
闲置也称待机工序，即在处理水排放后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期开始的阶段。
曝气系统限制性曝气，即进水停止后再曝气;采用限制性曝气方式曝气方式能耗最低，冲水期末基质浓度将达到最大值。
本系统共一个SBR反应池，共设一台曝气机。
曝气机的运行是由可编程序控制器来实现自动控制，在每个反应周期内，曝气机在相应的时间段内运行，并根据SBR反应池内水质调整曝气量，实现节能运行。
排水系统本系统采用旋转式滗水器，它具有良好的水力机械性能，能实现滗水过程中进入出水堰的水流呈层流状态，下降速度平衡，使出水量保持不变。
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主电路图的设计
（1）主回路中交流接触器KM3、KM2、KM6分别控制1#清水泵M1、2#污水泵M2、曝气风机M3;交流接触器KM4，KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。
（2）电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。
电动阀动机M4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M4实现双重保护。
（3）QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用方便。
（4）熔断器FU1实现各负载回路的短路保护和完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。
程序的流程图
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上海第二工业大学本科毕业设计（论文）
I/O分配表
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