污水处理PLC控制.doc

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污水处理PLC控制

目录

1引言 1

2系统概述 2

2.1污水处理工艺流程概述 2

2.2活性污泥法污水处理工艺 2

2.3控制任务和要求 5

3系统整体方案 7

3.1系统控制对象 7

3.2整体方案 7

4硬件设计 11

4.1主要设备 11

4.2主电路设计 11

4.3PLC选型 13

4.4控制电路设计 15

5软件设计 17

5.1PLC软件设计 18

5.2INTOUCH软件设计 28

6系统仿真调试分析 35

6.1下位机PLC程序的调试分析 35

6.2上位机监控界面的调试分析 35

6.3系统总体调试分析 35

结论 36

致谢 37

参考文献 38

附录A污水处理控制系统PLC程序 39

附录B上位机应用程序脚本 44

36

1引言

全球经济的发展极大地推动了社会的进步，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。

污水是造成环境污染的主要原因之一，污水处理引起了世界各国政府的关注，治理水污染的课题已被列入世界环保组织的工作日程。

我国政府历来高度重视资源节约和环境保护，“十一五”规划纲要把节能和减排作为约束性目标。

近两年，又提出并实施节能减排综合性工作方案，建立节能减排指标体系、监测体系、考核体系和目标责任制，颁布了应对气候变化国家方案。

我国政府在2008年“两会”中强调，2008年是完成“十一五”节能减排约束性目标的关键一年，务必增强紧迫感，加大攻坚力度，力求取得更大成效，提高城镇污水处理能力，力争用两年时间在36个大城市率先实现污水的全部收集和处理，建设资源节约型、环境友好型社会。

随着现代控制技术、计算机技术和通信技术的飞速发展和广泛应用，使得整个污水处理过程实现了计算机监测、控制和管理，完成了高质量、低成本、稳定可靠的运营方式。

如何提高污水处理的自动化程度，保障控制系统的稳定、可靠运行已经成为一个重要的研究内容。

根据污水处理工艺流程的特点，本课题设计了下位机系统和上位机系统两部分。

下位机系统采用可编程控制器PLC和常规仪表构成可靠的自动监测和安全联锁系统；选用Wonderware公司的InTouch工控组态软件创建上位机监控界面，最终实现对污水处理的工艺过程参数、电气参数和设备运行状态进行监视、控制。

与传统的继电器－接触器控制系统相比，PLC控制系统具有通用性好，可靠性高，安装灵活，扩展方便，性价比高等一系列优点，而且其总线与网络能力越来越强，可方便地与上位机组成控制系统；另外，污水处理过程的共同特点就是开关量多，模拟量少，以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅，因此PLC在污水处理行业得到了广泛应用，实现了对污水处理过程的实时监测和控制，从而保障了生产过程的连续性，降低了劳动强度，实现了少人或无人值守的目标。

2系统概述

2.1污水处理工艺流程概述

本次设计采用的污水处理工艺为活性污泥法污水处理工艺。

活性污泥法是处理生活污水、工业废水最广泛使用的方法。

它能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解的有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。

无机盐类（磷和氮的化合物）也能部分地被去除。

活性污泥法是早在1914年就由英国学者Ardern和Locket发明了的污水处理工艺。

70年代初，美国NatreDame大学的R.Irvine教授采用实验室规模对活性污泥法工艺进行了系统深入的研究，并于1980年在美国环保局（EPA）的资助下，在印第安那州的Culwer城改建并投产了世界上第一个活性污泥法污水处理厂。

国内外对活性污泥法研究的结果表明该工艺具有下列一些优点：

工艺简单，多数情况下不必设调节池，从而节省费用；活性污泥法反应池生化反应推力大，处理效率高；运行方式灵活可靠，管理简单；脱氮除磷效果好；反应池中污泥活性高；沉降性能好，能有效地防止污泥膨胀，耐冲击负荷能力强；工作稳定性好。

活性污泥法适应的进出水水质要求变化范围较大，不仅适合于城市生活污水的处理，而且适合于不同的工业废水处理。

因此，国际上近年来对活性污泥法的研究随着污水治理标准的提高，越来越引起人们的重视。

目前，活性污泥法污水处理工艺主要应用在以下几个污水处理领域：

城市污水；工业废水，主要有味精、啤酒、制药、焦化、餐饮、造纸、印染、洗涤、屠宰等工业的污水处理。

2.2活性污泥法污水处理工艺

2.2.1活性污泥法的基本原理

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理废水的一类好氧生物处理方法，生物絮体称活性污泥。

由好氧微生物（包括真菌、细菌、原生动物及后生动物）及其代谢和吸附的有机物，无机物组成，显示生物化学活性，具有降解废水中有机污染物的能力。

活性污泥法处理废水中有机污染物的处理可分为两个阶段，即生物吸附阶段和生物氧化阶段。

（1）生物吸附阶段

废水与活性污泥微生物充分接触，形成悬浊混合液，废水的污染物被比表面积巨大，且表面含有多糖类黏性物质的微生物吸附和黏连，呈胶体的大分子有机物被吸附后，首先在水解酶作用下，分解为小分子物质，然后这些小分子与溶解性有机物在酶的作用下或浓度差推动下选择性渗入细胞体内，使废水中的有机物含量下降而得到净化。

（2）生物氧化阶段

被吸附和吸收的有机物质继续被氧化，这个阶段需要很长时间，进行非常缓慢。

在生物吸附阶段，随着有机物吸附量的增加，污泥的活性逐渐减弱。

当吸附饱和后，污泥失去吸附能力，经过生物氧化阶段吸附的有机物被氧化分解后，活性污泥又呈现活性，恢复吸附能力。

2.2.2活性污泥法中的微生物群落

废水生物处理工艺后出水的好坏同活性污泥生物的种类、数量及其代谢活力有关，活性污泥中的微生物由分解有机物的细菌、原生动物、后生动物等。

（1）细菌

按其外形可分为球菌、杆菌、和弧菌三种类型。

活性污泥中除一般细菌外，还存在一些较高等的细菌，如放线菌、丝状菌。

（2）真菌

真菌具有单细胞和多细胞两种形态。

单细胞真菌多呈圆形或椭圆形。

常见的有酵母菌，多细胞真菌呈丝状，统称霉菌。

（3）原生动物

生物处理中，主要的原生动物有肉足虫类、鞭毛虫类、纤毛虫类等。

其中的纤毛虫类原生动物与废水处理的关系密切

（4）后生动物

又称多细胞动物。

主要有轮虫、线虫等。

（5）藻类

藻类是一种单细胞或多细胞的植物。

富含蛋白质、脂肪等营养物质。

藻类细胞内有叶绿体，能进行光合作用，放出氧气。

2.2.3活性污泥法的基本流程

由于城市污水主要是工业企业和居民生活所排放的，所以污水中含有大量的有机物，这种污水称为生化污水。

活性污泥法污水处理工艺是利用微生物的吸附、氧化和分解作用来降解污水中有机物含量，形成可以沉淀的污泥，从而使净化水质达到规定的排放标准。

活性污泥法污水处理工艺的主要处理单元有粗格栅、细格栅、沉砂池、曝气池、二沉池及污泥输送机等，如图2.1所示。

污水首先经过粗格栅去除体积较大的固体废弃物及部分漂浮物，以保证后续污水处理单元安全运转。

细格栅进水水泵提升后的污水进入细格栅。

细格栅用于去除细小颗粒的无机物、漂浮物。

曝气池利用污水中的微生物净化污水，而污泥输送机将污泥送出。

各组成部分的功能如下：

（1）粗格栅用于除掉污水中大块杂物和污物，进而保护细格栅进水水泵。

（2）细格栅用于除去污水中小块杂物，吸砂桥除砂和漂浮油脂。

（3）沉砂池初步沉淀水中污泥，用砂水分离机收集污泥并送至污泥输送机。

（4）曝气池为生化处理区，通过投放回流活性污泥搅拌和曝气供氧，培养微生物大量繁殖，形成更多活性污泥。

（5）二沉池彻底澄清污水，使泥水分离。

曝气池与二沉池是活性污泥系统的基本构筑物，二者组成了污泥的微生物处理单元。

由沉砂池流出的废水与从二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，其混合体成为混合液。

在曝气池的作用下，混合液得到足够的溶解氧，并使活性污泥和废水充分接触。

废水中的可溶性有机污染物为活性污泥所吸附，并被微生物群体所分解，使废水得到净化。

在二次沉淀池内，活性污泥与已被净化的废水分离，并以较高浓度回流曝气池。

由于活性污泥不断增长，部分污泥作为剩余污泥从系统中排出，通过除污机将污泥送至污泥输送机。

在用活性污泥法处理污水的过程中，良好的活性污泥和充足的氧气是有效处理污水的必要条件。

因此，在污水处理控制系统中，要保证有充足的氧气和足够的活性污泥进入曝气池，否则，将不能很好地处理污水。

图2.1污水处理工艺流程图

2.2.4活性污泥法的净化过程

（1）初期吸附作用

在许多活性污泥系统里，当废水与活性污泥接触后3~5分钟内，就有很大一部分有机物被去除。

这种初期高速去除现象是吸附作用引起的。

由于污泥表面积很大且表面具有多糖类粘质层，因此污水中悬浮和胶体的物质能被絮凝和吸附而迅速去除。

（2）微生物的氧化分解作用

微生物分解初期吸附或吸收有机物。

同时也继续吸附前阶段未吸附和吸收的物质，主要是溶解有机物。

这一阶段进行得很缓慢，微生物一方面将一部分有机物合成新的细胞物质，进行合成代谢，一方面对另一部分有机物进行分解代谢，即氧化分解，以获取合成新细胞所需的能量，并最终形成CO和HO等稳定物质。

吸附达到饱和后，污泥失去活性，不再具有吸附能力。

但通过氧化阶段，除去了所吸附的大量有机物后，污泥又重新出现活性，恢复它的吸附氧化分解能力。

（3）絮凝体形成及凝聚沉降作用

污水中有机物通过生物降解，一部分氧化分解成CO和HO等稳定物质，一部分合成细胞物质形成菌体，因此，必须把形成的菌体有机物从混合液中分离出去，这样才能彻底净化。

目前菌体与水的分离，多是采用重力沉淀法，即菌体先形成比重较大的凝絮体，再凝聚沉降。

活性污泥中的菌胶团以及常见的产碱杆菌、无色杆菌、黄杆菌、假单胞菌等，都易形成絮凝体。

但也必须有一定的适宜条件。

通过上述三个过程，废水中的有机物就基本得到了净化。

正因为活性污泥与废水能充分混合接触，具有较大的表面积和活性，所以，活性污泥法处理效率是很高的。

2.3控制任务和要求

根据活性污泥法污水处理工艺，为了实现对污水的处理，在控制系统中将实现以下控制功能：

（1）粗格栅的控制：

粗格栅单元的主要被控对象有进水电磁阀以及链条格栅除污机。

系统启动后，进水电磁阀应根据粗格栅进水池液位自动打开和关闭，以实现对粗格栅进水池液位的控制。

链条格栅除污机也要根据粗格栅进水池液位自动启动和停止，以实现粗格栅的功能。

（2）细格栅的控制：

细格栅单元的主要被控对象有进水水泵以及回旋式格栅除污机。

系统启动后，进水水泵应根据粗格栅出水池液位和细格栅进水池液位自动打开和关闭，以实现对细格栅进水池液位的控制。

回旋式格栅除污机根据细格栅进水池液位自动启动和停止。

（3）沉砂池的控制：

沉砂池的主要被控对象有进水电磁阀以及砂水分离机。

进水电磁阀应根据沉砂池液位自动打开和关闭，以实现对沉砂池液位的控制。

砂水分离机根据沉砂池液位以及沉砂时间自动启动和停止。

（4）曝气池的控制：

曝气池的主要被控对象有进水电磁阀、鼓风机以及气冲阀等。

和其它进水电磁阀一样，曝气池的进水电磁阀也应根据曝气池液位的大小自动打开和关闭。

当开始曝气时，就打开鼓风机及气冲阀，以调节曝气池中的溶解氧的含量。

通过控制溶解氧的含量，来控制曝气池中微生物的好氧性，从而净化污水。

（5）二沉池的控制：

二沉池中需要控制的对象有进水电磁阀、出水电磁阀、泵吸式吸泥机以及污泥回流装置。

进水电磁阀也应根据液位大小自动打开和关闭。

（6）污泥输送机的控制：

系统运行后，污泥输送机以一定的时间间隔自动间歇运行。

此外，为了实现远程监控污水处理工业现场的各种被控参数，控制系统中还要有上位机监控界面，并在上位机监控界面中实现对工业现场的被控对象的控制。

3系统整体方案

3.1系统控制对象

污水处理过程的