污水处理厂自动化监控系统设计.doc

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污水处理厂自动化监控系统设计

摘要

随着人民生活水平的提高和可持续发展战略的需要，污水处理越来越受到社会的重视。

污水处理既可以起到环保作用，又可以实现水的重复利用，节约水资源。

为了提高污水处理的质量和效率，同时节省人力、物力，设计一套自动化监控系统是十分必要的。

本文介绍了中小型污水处理厂自动化监控系统的整体设计方案。

本污水处理厂设计采用倒置A²/O处理工艺，设计处理污水规模为4万吨/天。

整个监控系统分为三部分：

一是现场数据采集部分，完成数据采集功能；二是现场控制单元，分现场控制柜和PLC站，现场控制柜主要完成手动控制，PLC站主要完成数据处理、自动控制及通讯功能；三是上位机监控部分，主要监视现场各工艺流程运行状况并实施远程控制功能。

本文以工艺流程为线索，介绍了系统的总体设计方案、各PLC站的设计、重要参数的监测、通信网络和上位机监控界面的开发。

关键字：

可编程逻辑控制器,自动化控制,组态软件

Abstract

Withtheimprovementoflivingstandardsandtheneedsofsustainabledevelopment,sewagetreatmenthasarousedmuchattentionofthesociety.Itcanplayaroleinenvironmentalprotection,andCandealwithwaterreusetoconservewaterresources.Inordertoimprovethequalityandefficiencyofsewagetreatment，andsavemanpowerandrawmaterials,designinganautomaticmonitoringsystemisverynecessary.ThisthesisintroducingtheoveralldesignplanofmiddleandsmallscaleSewagetreatmentplants’automaticmonitoringsystems.

SewagetreatmentplantusesinvertA²/Oprocessingtechniqueandconductssewagetreatment40,000tonsperday.Thewholesupervisorysystemconsistsofthreeparts.Thefirstpartisfielddatacollection,whichcompletesthedataacquisitionfunction.Thesecondpartisscenecontrolunit.Itisdividedintotwoparts-scenecontrolcubicleandthePLCstation.Scenecontrolcubiclemainlycompletesthetaskofhandcontrol;PLCstandsmainlycompetesthetasksofdataprocessing,automaticcontrolandcommunication.Thethirdpartissuperiormonitoring.Themainfunctionofitistomonitortheoperationofvarioustechnicalprocessesandimplementremotecontrol.

Thisthesisintroducedtheoverallprojectdesign,thedesignofeachPLCstation,themonitorofkeyparameter,thesequenceoftechnicalprocess,communicationnetworkandPCmonitoringsoftware.

Keywords:

ProgrammableLogicalController,AutomaticsControl,SoftPanel.

目录

1绪论 1

1.1污水处理国内外发展现状 1

1.2课题的意义及背景 2

1.3课题的研究内容 3

1.4章节安排 4

2工艺流程介绍 5

2.1污水处理指标 5

2.2污水处理的基本工艺方法 7

2.3本系统采用的工艺介绍 7

2.3.1倒置A²/O工艺介绍 8

2.3.2本系统工艺流程 9

3控制系统方案设计 10

3.1污水处理自控系统的难点 10

3.2设计原则 11

3..3设计思想 11

3.4系统构成 12

3.4.1系统结构图 12

3.4.2各单元功能描述 12

4控制系统硬件设计 14

4.1仪表系统 14

4.1.1仪表的选型原则 14

4.1.2本系统主要仪表 15

4.2PLC01站设计 15

4.2.1粗格栅 15

4.2.2提升泵房 16

4.2.3细格栅 17

4.2.4沉砂池 18

4.2.5氧化沟 18

4.2.6二沉池 19

4.2.7污泥回流泵房 19

4.2.8鼓风机房 20

4.2.9消毒出水池 20

4.2.10控制柜设计 21

4.3其他PLC站设计 30

4.4中央监控室 31

4.5数据通讯系统 31

4.5.1以太网简介 32

4.5.2工业以太网在本系统的应用 34

5控制系统软件开发 35

5.1PLC编程 35

5.1.1编程软件 35

5.1.2PLC编程 36

5.2上位机监控画面设计 42

5.2.1组态软件介绍 43

5.2.2组态王6.52在本系统中的应用 45

6总结与展望 53

6.1总结 53

6.2对未来研究的展望 53

参考文献 55

致谢 56

附录 57

4

1.绪论

随着经济的高速增长，水需求在不断增加，而地球上的水资源却在萎缩。

可利用水源特别是城市周围水源污染等因素使得水资源缺乏和水体污染己经成为各国面临的严峻问题。

水污染造成了巨大的经济损失，水资源的短缺制约了经济的可持续性发展。

水资源的缺乏将是21世纪人类面临的最大挑战之一，如何更好地减少水污染以及污水的回收利用，已经成为科学家们研究的课题。

1.1污水处理国内外发展现状

美国、日本、西欧等一些发达国家，较早的实现了工业现代化，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的显现出来。

19世纪以来，经济发达国家相继出现了环境污染和社会公害问题。

这些国家政府高度重视，投入了大量的人力、物力、财力进行污水处理的研究，建设了大量污水处理厂【1】。

美国是目前世界上污水处理厂最多的国家，平均5000人就有1座，其中78%为二级生物处理厂；英国共有处理厂约8000座，平均7000人l座，几乎全部是二级生物处理厂；日本城市废水处理厂约630座，平均20万人l座，但其中二级处理厂及高级处理厂占98.6%；瑞典是目前污水处理设施最普及的国家，下水道普及率99%以上，平均5000人1座污水处理厂，其中91%为二级生物处理厂。

这些国家的经验表明，大力兴建二级污水处理厂对改善水体卫生情况起了很大的作用。

这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究，先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。

一些发达国家经过几十年的努力，污水处理率已经达到了80%，成功的解决了来自于城市和工业的水污染问题。

同时一些国家开始重视污水的回用，如以色列的污水回用率达到了90%。

水资源短缺是我国的基本国情之一，我国人均水资源占有量只有世界人均水平的四分之一，解决水资源短缺问题就必须对污水进行处理和再利用。

我国目前城市污水处理率还相当低。

据统计，目前全国年排污量约为350亿立方米，全国超过80%的城市污水未经任何有效的收集处理就直接排放到附近的水体。

全国90%以上的城市水域受到不同程度地污染，近50%的重点城镇集中饮用水源不符合取水标准。

近年来，各地不断发生水体污染影响生产、生活的事故。

近年来国家和地方政府对污水处理事业也越来越重视，先后启动了治理“三河三湖”工程，取得了明显的效果。

2000年统计，全国城镇的污水处理率为25%，根据建设部“到2010年中国城镇污水处理率要达到60%”的规划目标，到“十一五”末，中国将需新建1000座污水处理厂，全国城镇污水集中处理能力将达到10000万立方米/日左右。

然而，同发达国家相比，我国城市污水处理事业无论数量、规模、普及率还是机械化、自动化程度，都存在着较大的差距。

1.2课题的意义及背景

我国的污水处理事业起步较晚，目前还处于发展阶段，对水处理的研究，特别是自动化控制设备方面的研究远远落后于发达国家。

前几年国家环境保护总局曾对我国55个城市的5000多套工业废水处理设施进行了大规模的调查。

结果表明，运行效果好和比较好的只占24%，而建成后没能运行或处理能力达不到设计能力一半的设施竞占63.8%。

可见我国的污水处理技术仍处于较低的水平。

另外，我国经济发展水平还比较低，资金匮乏，投资力度不足等诸多因素，导致目前发达国家大批水处理企业大举进军我国水处理市场。

国内某些城市污水处理厂全套引进了国外的设备和技术，虽然取得一定效果，但全部引进国外技术存在以下问题：

1.引进费用昂贵；2.维护费用昂贵，维护不方便；3.没有结合我国的国情；4.不利于培养我国的相关专业的工程技术人员。

为了改变我国污水处理技术现状，中央政府、有关决策职能部门和研究机构都倾注了较大的注意力，非常重视开展这方面的研究。

2001年国家自然科学基金列出专项，支持开展污水处理厂自动控制系统的研究。

因此，对于我国这样一个污染严重、水资源短缺的国家，研制出一批能满足排放要求、处理效果好、运行费用低、国产化程度高且自动化水平较高的污水处理控制系统对我国经济的发展具有重大的现实意义。

为更好的落实国家环境保护的基本国策和可持续发展战略，改善城市环境，促进经济发展，投资兴建污水处理厂十分必要。

本文以此对污水处理厂自控系统进行了研究。

1.3课题的研究内容

本课设计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化监控系统。

本文的研究内容包括如下几个部分：

1）了解污水处理工艺，分析各设备在污水厂的地理位置分布及控制特性，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段控制程序的开发；

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6.52开发，与西门子PLC、进行数据通讯，完成数据采集、处理、监督及控制功能。

1.4章节安排

1.绪论，介绍了污水处理的国内外发展现状，课题的意义、背景及研究内容等；

2.介绍了污水处理的工艺流程；

3.介绍了控制系统的总体设计；

4.介绍了控制系统的