毕业设计（论文）基于PLC的工业污水处理控制系统的设计.docx

河北化工医药职业技术学院毕业论文PLC的工业污水处理控制系统作者姓名：刘兴华专业班级 学 号 指导教师 马少丽 高恒志 成 绩 基于PLC的工业污水处理控制系统的设计摘要门前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当, 效率普遍低于世界标准污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理 是急需解决的主要问题污水处理口控系统相对落后，污水处理成本居高不 下，污水厂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，减少运行费用，具有重要意义本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于PLC 控制的污水处理系统文章首先介绍了基于PLC污水处理控制系统的工艺及相关 流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计PLC控制系统的基本原则和 步骤，來说明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 电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号、和信号采 集等，最后按照工艺要求设计PLC控制系统，其中包括PLC的选型、系统资源配 置以及按照污水处理工艺编制PLC程序关键词：污水处理，PLC,工艺流程1污水处理控制系统总体介绍 11.1工业污水处理基本概念 11.2常用的工业污水处理工艺 11. 3工业污水处理系统控制形式 41.4工业污水处理系统的功能要求 52硕件系统配置 72. 1主要组成部分 72. 2电气控制系统 82. 3工业污水处理系统的工作原理 92.4 PLC 选型 112.5 PLC的I/O资源配置 112・6其他资源配置 143软件系统设计 203. 1总体流程设计 203. 2曝气过程控制的任务 283. 3氯气投加环节 293・4絮凝剂投加环 303.5 PID 控制 303.6 PLC和变频器通讯 314调试和运行结果 324.1破件系统的调试 324. 2软件系统的调试 324.3运行结果 33结论 34参考文献 35致谢 36工业污水处理控制系统1工业污水处理控制系统总体介绍1.1工业污水处理基本概念城市污水、生活污水、生产污水或经过工业企业局部处理后的生产污水，往 往都排入排水系统。

这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、 尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物 经处理后的污水，最后出路有三种：①排放水体；②灌溉田地；③重复使用污水污染物可根据化学性质和物理形态进行不同的分类按化学性质，污水 中的污染物质可分为无机性物质和有机性物质，其化学元素以炭、氮、磷为主 按物理形态，污水中的污染物质可分为固体悬浮物即呈颗粒状的污染物质、胶体 污染物质和溶解性污染物质好氧有机污染物的性质稳定，在微生物的作用下，借助微生物的新陈代谢功 能而降解为无机物，如二氧化碳、水、硝酸根离子等稳定的无机物有机物的种 类很多，其共性是在微生物的作用下被降解时，都要消耗水中的溶解氧，所以在 工程实际中，采用以下的几个综合污染指标来表述：生物化学需氧量或生化需氧 量(Bio-chemical Oxygen Demand, BOD) mg/L> 化学需氧m (Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、总有机碳(Total Organic Carbon) mg/L、总需氧量(Total Oxygen Demand) mg/Lo虽然BOD20o能较精确地描述污水的生化需氧量，但其测定的吋间太长，需 20天。

考虑到好氧分解速率--般在开始的几天最快，在20C温度下，污水五日 生化需氧量(BOD5),约占BOD2O的70%〜80%,因此把BOD5作为衡量污染水的有机 物浓度指标化学需氧量(COD)的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1.2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半 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H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2-1所示原污水清水排出图2-1传统活性污泥法工艺流程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，满足国家标准和关指标范围小、易产生污泥膨胀现象，磷和氮的去除率 低2) A/0法A/0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)，0代表Oxic (好氧的)A/0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 果但是此硝化一一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如下：混合液回流剩余污泥图2-2 A/0法工艺流程图（3） A2/0法A2/0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I1 A2,即A-A,前一个A代表Anaerobic （厌氧的）,后一个 A代表Anoxic （缺氧的）；0代表（好氧的）A2/0是一种厌氧一缺氧一好氧工 业污水处理工艺A20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A2/0工艺其工艺流程图如图2. 3所示图2-3 A2/0法工艺流稈图（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吋间 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吋，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B0D,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。

5） SBR法SBR法是歇式活性污泥法的简称，是一•种按照一淀的吋间顺 序间歇式操作的污水生物处理技术，也是一•种按间歇曝气方式来运行的活性污泥 工业污水处理技术，乂称序批式活性污泥法其反应机理及去除污染物的机理与 传统的活性污泥法基本相同，只是运行操作方式不尽相同SBR法与传统的水处 理工艺的最大区别在于它是以吋间顺序来分割流程各单元，以吋间分割操作代替 空间分割操作，非稳态生化反应代替生化反应，静置理想沉淀代替动态沉淀等整个过程对于单个操作单元血言是间歇进行的，但是通过多个单元组合调度后又 是连续的，在运行上实现了有序和间歇操作相结合1. 3本设计系统工业污水处理工艺及描述：本工业污水处理工艺流程图如下图2-4所示:图2-4工艺流稈图污水由进水系统通过粗格栅和清污机进行初步排除大块杂质物体，到达除砂 池中在除砂池系统中细格栅和转鼓清污机进一步净化污水中的细小颗粒物体, 将污水中的细小沙粒滤除后进入氧化沟反应池在该氧化沟系统中进行生化处 理，分解污水中的有害物质，此环节用到一些化学药剂来加强处理效果，如复合 碱、氯气、油絮凝剂等对污水进行除油、消毒、调整PH值同时在该系统小 设置有溶解氧仪超声波检测器，通过它对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈 到PLC的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。

潜水搅拌机 的作用是推进水流，使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈搅拌充分混合接触，使 生化反应更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分经处理的污水进入沉 淀池中，在刮泥机的作用下进行物理沉淀，为了加强沉淀效果，同时加入混凝剂 和絮凝剂利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用更加容易沉降污水经沉淀池处 理最后到达脱水环节，离心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水1. 3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，该类控制方法己不能满足现代工业污水处理系统的 控制要求，因此己逐渐被淘汰，取而代Z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 Z间，以及智能设备与计算机Z间进行数据传输和交换，从血实现控制与管理一 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1.4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，输岀符合国家标准的水质长期以來，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、 设备运转率低等极人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。

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 。