基于PLC的污水处理系统的设计说明书

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1、SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕业 设 计 说 明 书题目： 基于PLC的污水处理系统的设计 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专业： 自动化 动化 班级： 09自一 学生： 鹏 学号： 09020425 指导教师： 王雁平 职称： 副教授 评阅教师：职称： 2013年 9 月53 / 61摘 要目前，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。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。

2、 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与相关流程，控制系统硬件结构与设计、工作原理以与设计PLC控制系统的基本原则和步骤，来说明PLC在污水处理过程中的应用。本系统设计了格栅池，调节池，反应池和除盐池，通过除盐池的最后的浓度检测保证了污水的盐浓度的达标排放。然而本系统也存在一定的缺陷，整个系统的设计偏于简单，最后对于污水中的微生物的排放也没有详细的检测。这就需要在以后的设计中不断改善。关键词：污水处理； PLC； 工艺流程AbstractCurrently, the majority of our

3、 sewage treatment control system automation level is not high, low security, mismanagement, efficiency is generally lower than the world standards. China is relatively backward automatic control system of sewage treatment, sewage treatment and the high cost of wastewater treatment plant discharge of

4、 the treated effluent quality is unstable, so how to establish an effective automatic control system to optimize operating results, reduce operating costs, has important significance.This article describes the basic process of sewage treatment plants and processes, and through the research and desig

5、n of a PLC-based control of sewage treatment systems. The article first introduces the PLC-based control system for wastewater treatment technology and related processes, control system hardware architecture and design, operating principles and design of the basic principles of PLC control system an

6、d steps to illustrate PLC in the application of the sewage treatment process. The system was designed grille pool, regulation pool, in addition to the reaction tank and Yanchi, Yanchi through except final concentration detection ensures the salt concentration of sewage discharge standards.However, t

7、he present system, there are some flaws, overall system design are somewhat simpler, and finally for the microorganisms in wastewater discharge there was no detailed testing. This requires continuous improvement in the design of the future.Keywords: sewage treatment; PLC; process目 录摘要IAbstractII第一章绪

8、论11.1 污水处理的国外研究现状11.2 课题的背景21.3 研究目的和意义21.4 课题主要设计的容31.5 本章小结3第二章污水处理系统的工艺介绍42.1 常用的污水处理工艺42.2 本设计污水处理工艺52.3 本章小结6第三章污水处理系统的控制方案73.1 污水处理系统的控制形式73.2 控制方案的确定73.3 本设计的总体设计方案83.4 本章小结8第四章硬件的设计94.1 污水处理的组成部分94.1.1 格栅池94.1.2 调节池94.1.3 SBR反应池94.1.4 除盐池104.2 设备的控制要求104.3 各类硬件的选型114.3.1 PLC选型114.3.2 电动机的选型1

9、14.3.3 泵的选型124.3.4 曝气空压机的选型134.3.5 浮球式液位计的选型144.3.6 余氯仪的选型154.3.7 模拟量模块的选择154.3.8 阀门的选择164.3.9 按钮的选型174.3.10 接触器的选型174.3.11 空气开关的选型184.4 I/O分配表194.5 污水处理系统的主电路图204.6 污水处理系统的外部接线图204.7 本章小结22第五章软件的设计235.1 系统软件设计概念235.2 系统软件的设计原则235.3 系统软件的介绍245.4 本系统的总流程图255.5 程序的分段解释265.6 本章小结30第六章触摸屏316.1 触摸屏的简介316

10、.2 触摸屏的主要特性316.3 台达触摸屏人机界面的特点326.4 触摸屏设计的界面解释326.5 本章小结36第七章三菱PLC的仿真377.1 程序377.2 本章小结39第八章小结40致41参考文献42附录A 主电路图43附录B PLC外部接线图44附录C 主程序45附录D 元器件清单51第一章 绪论水与人的生活是密不可分的，特别是在现代社会生活与生产中对水的需求量与日俱增。据报道我国人均淡水资源拥有量为2400吨，为世界平均值的1/4，在全球如此多个国家中，我国人均淡水资源拥有量位居后位，属于淡水资源贫乏的国家。我国水资源空间分布极不均衡，全国很多个城市缺水，包括几个城市严重缺水，北方

11、地区缺水现象甚是堪忧，人均拥有淡水量只有240吨。令人担忧的是淡水总量的不断减少，然而用水成本却在不断升高，淡水资源的浪费十分严重。我国北方地区淡水资源的超采，已形成漏斗地势、水位下降、湖泊干涸、河水断流、生态恶化等现象。淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。我国不但淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。水资源已经成为影响工业发展的重要因素，现代工业生产中生产工艺和生产设备对水质要求不断严格。我国工业用水耗费高，重复利用率低。目前全国城市污废水的处理率仅有10%以下，其余的都完全不经处理排入河流湖泊等，造成了非常大的环境污染。耗水量高、重复利用率低、污染严重已经成为我国工业系统水资源利用

12、的急需解决的问题。环境污染问题大的不断加剧使有限的水资源日益减少、水质日益恶化。由于水质污染问题的不断加剧，我国已有大约四分之一人的饮水发生不安全现象。气象学家预测，22世纪全球变暖加剧，地表将有1/3的面积将严重缺水，乃至变为沙漠，那时，水资源的问题将威胁全球一半的生物的生存。这些都是水污染产生的严重后果，因此工业污水处理安全排放项目的实施已经刻不容缓。众多事实说明，水资源的短缺将制约经济可持续协调发展，因此各国已经越来越重视污水处理和污水处理后水资源的二次利用的问题，并建立各种污水处理的技术来提高供水的质量。并且在处理工业污水问题时，经过厌氧以与好氧办法，污水中的可再生能源可以为生产生活提

13、供可利用的能源，从而实现变废为宝的目的。随着环境污染的日益严重，环境保护项目的呼声日益提高，工业污水处理已经体现出其必要性和紧迫性，对于各种污水处理后达标排放实施成为政府对各企业最基本的要求。在工厂的工业污水处理过程中，污水来源的不确定以与工厂中各种污水成分的复杂性，对工业污水处理的工艺和控制方式提出了非常高的要求。1.1 污水处理的国外研究现状我国工业污水处理技术从“七五”科技攻关时期开始进行研究。“七五”和“八五”在氧化沟方面和复合生态系统等处理技术方面的研究较多，设计依据这些研究成果，建立了一系列污水处理示工程，如氧化沟，对负荷性高的污泥以与负荷性高的生物膜，氧化沟技术方面有了比较深入的

14、研究。研究成果目前已被应用于大批工业污水处理厂。污水处理中的污泥问题在“九五”科技攻关中受到重视，并配套开发成套的污泥处理。经过一段期间的努力，我国在工业污水处理技术方面掌握了一定的技术。目前在水污染问题的整治技术上，我国已掌握了以下的一些工艺技术：如比较传统的活性污泥法技术以与各种新型的活性污泥工艺，如：SBR法和氧化沟技术法等，这些污水处理的方法已经在污水的处理与处理污水环境方面有了很大的作用，这些技术的发展以与大量应用标志着我国污水处理事业一个新阶段的到来。现阶段，我国已经把重点由对污水处理工艺的研究转移到污水处理项目的有效实施问题上。国际上，大规模的水污染治理开始于第二次世界大战后，随

15、着19世纪50年代经济的蓬勃发展，工业逐渐发展强大，污水排放问题的大规模出现，60年代日益严重的环境污染开始了。工业污水处理设施中，城市排水管线和工业污水处理厂的兴建和运行在当时控制水体污染的问题上发挥着至关重要的作用。至70年代末，美国投入了数千亿美元兴建了很多座城市工业污水处理厂，英国、法国、德国等国家更耗费了巨额资金兴建了7000至8000座城市工业污水处理厂。国家水体污染的问题能够得到控制，这些工业污水厂的兴建起到了决定性的作用，也为其他各国对水污染的治理问题提供了强大的实践依据。现在，这些国家的工业污水处理水平又在进一步提高，兴建了一批具有脱氮除磷功效的设施，对水体质量改善和水环境保

16、护起了重大的作用。1.2 课题的背景未来10年，中国将撤资数千亿元建立工业污水处理项目工程建设投资，其中工业污水处理设备投入约三百亿元。采用先进、实用的技术改造传统工艺，以与在环保工程中广泛采用的先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保与经济可持续发展战略的重要环节。在这种形势下工业污水处理的自动化控制系统毫无疑问将是一个具有巨大的社会效益、环境效益与经济效益的研究课题。对于环境污染的问题，国务院明确规定所有工业废水的污染源都必须达排放标，而有些经过处理的污水还可以变废为宝，循环再利用。由于我国是一个水资源稀缺的国家，而且水资源时空分布极不均匀，许多地区和城市严重缺水。因此，从环保、节

17、水、经济等多方面的因素考虑，对于工业污水处理的实施非常有必要。因此，有效的结合目前最新的工艺状况、自控检测仪表使用、PLC 控制系统技术的使用，将为当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。1.3 研究目的和意义世界任何国家工农业生产能力的增强，都会推进社会进步、促进社会经济的发展，使人民生活条件得到进一步改善，但是也随之带来大的却是不同程度的环境污染，污水便是造成环境污染的主要来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染，实现水资源的循环利用的课题迅速被列入世界环保组织的工作日程。我国就是一个严重缺水的国家，目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水城市有5O个。据中国经济

18、信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为300 亿400 亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达2300 多个亿，以至于缺水灾害超过洪涝灾害。水资源的匮乏和水资源污染日益严重的问题，已经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了我国的经济的建设和发展。因此建立符合我国国情的污水处理厂自动控制系统对降低工业污水处理成本、改善环境发挥着重要作用，并对建立可持续发展的和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。1.4 课题主要设计的容本课题主要设计的容是工业污水处理工艺与工业污水处理系统的组成和PLC控制系统设计,主要由以下容组成：（1）介绍了工业污水处理的基本容，包括工业污水处理的发展现状以

19、与工业污水处理的工艺流程；（2）具体分析设计工业污水处理的硬件系统，主要硬件的选型以与主电路和PLC外部接线图的设计；（3）具体分析设计工业污水处理的软件系统，对系统工作流程的编程与解释；（4）工业污水处理系统的触摸屏与仿真。1.5 本章小结本章主要是介绍了污水处理的背景，国外研究现状以与研究污水处理的意义。还大体介绍了污水处理系统的主要的设计容。第二章 污水处理系统的工艺介绍2.1 常用的污水处理工艺不同的工业污水处理对象和不同的工业污水处理环境，是需要有不同的工业污水处理工艺来处理的。因此，在选择工业污水处理工艺的时候必须要认真考虑当地污水排放的情况，以与实际的工业污水处理的环境条件。工业

20、污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学等主要的几种处理方法。这些方法根据实际情况，可以单个使用，也可以针对不同的污水多个一起使用。目前，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普遍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。污水中的微生物与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有机物，并且在曝气池中发生生化反应，污水中的有机物被氧化成无机物，然后在沉淀池中经过沉淀后的部分回流活性泥的作用需要回流到曝气池中。该工艺的优点有：有机物去除率高，

21、池的容积小，发生的生化反应比较彻底，耗电省，运行成本较低。该工艺的缺点有：普通曝气池占地面积，建设投资成本高，满足国家标准的污水排放低、易产生污泥膨胀现象，污水中磷和氮的去除率低。（2）A/O法。A/O法是在传统的活性污泥法的基础上逐渐发展应用起来的一种工业污水处理方法，其中A具体是指缺氧的，O具体是指好氧的。A/O法是一种缺氧好氧生物工业污水处理工艺。该工艺是通过增加建设好氧池与缺氧池，然后使好氧池与缺氧池发生生化反应，也就是硝化反硝化反应，这就形成了硝化反硝化反应系统，它能够很好的处理污水中的氮浓度以与氮含量，能够较好地达到脱氮的效果。但是此生化反应系统需要进行非常好的控制，这样就对该工艺

22、提出了更高的管理要求，这也成为了该工艺的一大缺点，管理量增加，人员消耗和经济损失增加。本系统的污泥首先经过格栅池，去除大块沙石，经过沉淀池的沉淀，通过好氧和厌氧的反应，对沙石进行生化反应。最后再经过沉淀将污水排出，其余的污泥回流。（3）法。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，其中，即AA，前一个A代表厌氧的，后一个A表示缺氧的；O表示好氧的。是一种厌氧缺氧好氧工业污水处理工艺。主要用于除磷脱氮的污水处理中，非常适合用于对除磷脱氮有严格要求的工业污水处理系统中。因此，在对除磷脱氮有特别要求的城市工业污水处理厂，一般首选工艺。（4）A/B法。A/B法是吸附生物降解法的简称

23、，该工艺没有初沉淀池，将曝气池分为高负荷和低负荷两段，两段分别有各自的沉淀以与污水污泥的回流系统。在高负荷是持续的时间约为二十到四十分钟，此时间中主要进行生物絮凝吸附，并进行不完全氧化的反应，能达到去除一半以上的微生物。B段污泥处理方法与常规去污泥法类似，对污泥的负荷比较低。AB法中A段中去除污泥的效率比较高，缓冲能力也比较强。B段的作用是在出水时检验，对污泥的处理比较好。对于浓度比较高的工业污水的处理，AB法被广泛运用，并能节约能源，提高经济效益。尤其在采用污泥消除和利用沼气的工艺时，最能突出优势。但是，AB法的缺点就是产生的污泥较多，A段污泥中含有很多的有机物高，因此必须建立污泥有机物处理

24、的工艺，然而这样投资费用就会增加，增加了不必要的经济损失。而且，由于微生物在A段消除的比较多，使得碳的消耗量增加，导致了碳资源的利用增多，从而对脱氮大的要求难以实现。对于污水浓度低的场合，B段也比较难于发生作用，也难以发挥本身的优势。总体而言，AB法工艺较适合于浓度高的污水，且具有污泥硝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。2.2 本设计污水处理工艺SBR是间歇式活性污泥法，是一种使用曝气机间接释放曝气的方式来处理活性污泥的技术。SBR处理与其他的污水处理方式不同的是，SBR技术是依靠时间的分割的方式，而传统的污

25、水处理工艺是采用的空间分割的操作方式，不稳定的生化反应和理想的静置沉淀替代稳态生化反应和传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行时，保持有序和间歇操作，SBR处理工艺的主要部分是SBR反应池，该池集均化、初次沉淀、生物降解、二次沉淀等功能于一池的无污泥回流系统。正是SBR工艺这些特殊性使其具有以下特点：1、理想的推流过程使生化反应动力增大，效率提高，池厌氧、好氧处于不断交替状态，生化反应进行得更加彻底，净化效果好。 2、运行效果好，污水在静止的状态下沉淀下来，所需要时间短、污水处理效率高，出水水质好。 3、 耐冲击负荷，池一般都有有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，处理水能有效抵抗水量和有机污

26、染物的冲击。4、污水处理的各过程可根据污水的质量和污水的体积进行快速有效大的调整，运行灵活快速。 5、SBR处理池的处理设备较少，构造简单，便于进行日常的操作和管理。 6、反应池有氧和微生物的浓度比较大，能够有效控制活性污泥的增多。 7、SBR法系统本身也适合于与其他系统的结合式构造方法，有利于很好地建立污水处理厂，适应其他的污水处理系统。 8、脱氮除磷，能够在一定程度上控制好运行的方法，实现好氧、缺氧、厌氧三种状态的交替，脱氮除磷具有很好的效果。 9、工艺流程简单、造价低。主体设备简单，可单独使用，无需沉淀池，除污池。占地面积小，投资费用低。由于上述技术特点，SBR系统拓展了活性污泥法的使用

27、围。就SBR系统近期的技术条件而言，SBR系统更适合以下情况：中小城镇生活污水和厂区，工矿企业的工业废水，尤其是间歇不定期排放和污水排量变化较大的地方；需要较高出水水质的地方，不但要去除有机物，还要实现水中除磷脱氮的作用，防止生态旅游景区河湖富营养化；最后就是水资源紧缺的地方，要通过污水系统的处理排出的废水可以循环使用。SBR系统可在生物处理后进行物化反应处理，不需要增加设施，减少了经济损失，便于水的回收利用。本系统主要设有格栅池，调节池，SBR反应池和除盐池四个池，格栅池的作用主要是除渣，也就是简单的去除的大块的杂质，调节池的作用主要是调节水质和水量，SBR反应池的作用主要是脱磷，脱氮，除盐

28、池的作用是检测盐的浓度，最后确保污水的安全排放。本文所研究的污水处理流程如图2-1所示图2-1 污水处理流程图2.3 本章小结本章容主要介绍了各种污水的处理工艺，并详细介绍了本课题污水处理工艺，与其流程图。本次污水处理的主要工艺是SBR法，是按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，能进一步处理生化反应，更好地处理各种有害物质。第三章 污水处理系统的控制方案3.1 污水处理系统的控制形式最开始大家多采用继电器接触器控制系统，但随着社会以与电子技术的快速发展，控制要求不断精密，此类控制方法已经完全不能满足工业污水处理系统的控制要求，所以逐渐被DCS、现场总线控制、PLC等控制方式所取代。（1）

29、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、通信网络技术等技术相互作用形成的。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、控制站等多种设备连接起来，完成控制的分散分类和集中操作、集中管理的功能，适用于平时的生产过程，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控制系统和PL

30、C控制系统发展而来的，是立足于现场总线的自动控制系统。该系统的数据传输是依靠在智能设备和计算机间的数据的传输和交换，智能设备间的通讯原则依据公开和规的原则。通过现场总线的控制，从而实现控制和管理结合的控制系统，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，它是用来控制处理系统的，能够实现控制系统所要完成的控制要求，其上位机可依靠计算机，计算机通过网络与PLC连接，并依靠PLC和计算机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

31、强。3.2 控制方案的确定1 DCS系统与PLC系统的比较DCS系统的缺点：（1）1对1结构。1台仪表，1对传输线，单向传输1个信号。这种结构造成接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难。（2）可靠性差。模拟信号传输不仅精确度低，且易受干扰。为此采用各种措施提高抗干扰性和传输精确度，其结果是增加了成本。（3）失控状态。操作员在控制室既不了解现场模拟仪表的工作状况，也不能对其进行参数调整，更不能预测事故，导致操作员对其处于失控状态。因操作员不能与时发现现场仪表故障，而发生事故已屡见不鲜。（4）互操作性差。不同品牌仪表无法互换。而PLC系统的可靠性高，所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，各模

32、块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰，采用性能优良的开关电源。为了适应各种工业控制需要，除了单元式大的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件由机架与电缆将各模块连接起来，系统大的规模和功能可根据用户的需要自行组合。2 现场总线控制系统与PLC系统的比较x现场总线控制系统的缺点：(1)总线切断后，系统有可能产生不可预知的后果。(2)在防爆应用中，现有防爆规定限制总线长度和总线上所挂设备数量，同时也限制了现场总线节省线缆优点的发挥。(3)系统组态参数过于复杂，不易掌握，而其设定的好坏对系统性能影响很大。PLC系统可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC

33、相应的I/O端相连接，即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。所以，综上所述，本文所选用的系统为PLC系统。3.3 本设计的总体设计方案本污水处理系统采用的可编程控制器为三菱FX2N型。控制系统的结构框图如下所示。框图中的各设备可以在集中控制室控制。通过液位的高度来控制格栅池，调节池和反应池的运行，通过液位的高度以与余氯仪所反馈的盐浓度来控制除盐池的运行。图3-1 控制系统结构框图3.4 本章小结本章容主要介绍了常用的几种控制方式：DCS系统，现场总线控制系统，PLC系统，并根据PLC系统的优点最终确定本设计所选用PLC的控制系统。并简要介绍了PLC系统

34、，PLC系统的工作原理与设计步骤。第四章 硬件的设计4.1 污水处理的组成部分4.1.1 格栅池生活污水中含有大量的废渣，如果不经处理直接排入河中，不仅污染环境，而且会提高河床高度，阻塞河道。除渣系统主要由格栅完成。格栅池的格栅是由平行的金属栅条构成的,一般都是倾斜地放在污水渠道中,用来拦截污水中的大块废弃物,如生活垃圾，大块工业垃圾等,加入格栅池以防止阀门、管道以与污水处理设备的刮伤或者损坏。污水流过格栅池的速度越慢，则说明拦截污染物的效果越好。但是流过格栅池的速度越缓慢也极易造成流过格栅池的水流激增，以与格栅池钱污泥的堆积。因此，污水流过格栅池应根据污水中污染物的组成，含有污泥污砂的成份以

35、与格栅池中格栅条之间的间距来确定格栅池的速度。格栅池的作用是既要满足除渣要求，又要满足后续水处理构筑物与设备的要求。格栅除污机的工作原理：格栅除污机是由一种耙齿配成一组回转格栅链，在电机减速器的驱动下，耙齿进行逆水流方向回转运动；当耙齿链运动到设备的上部时，由于槽轮和弯轨的导向，使每组耙齿之间产生相对运动，绝大部分固体物质靠重力落下，另一部分则依靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清刷干净。图4-1 格栅除污机图本系统设有液位报警模块，由液位计来测量格栅池的水位，当格栅池的水位超过给定的界限时，报警器发出报警，同时，系统停止工作。工作人员应与时清查问题所在，当该问题解决后，系统重新投入运行。格

36、栅池中包含格栅池进水电机、排污泵和液位计。4.1.2 调节池由于生活污水水量的不稳定性和波动较大，为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，需在废水处理设施之前设置调节池，用以调节进、出水的流量。无论是工业废水，还是城市污水和生活污水，水量水质在一天24小时都有变化，对水量和水质的调节，有预曝气，沉淀作用，还可用作事故排水。设置液位计检测调节池的液位，以免高液位污水溢出。调节池中包含调节池进水电机、曝气空压机和液位计。图4-2 调节池示意图4.1.3 SBR反应池SBR反应池中有一台曝气机。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，曝气机在相应的时间段运

37、行。污泥的厌氧消化不但使有机物消化分解，提高污泥稳定性，而且随着污泥稳定化过程产生大量高热值的沼气作为能源利用,使污泥资源化。处理系统其过程包括：图4-3 反应池处理系统过程图从充水开始到排水结束为一个周期。在分解污水含碳化合物的同时,相继进行含氮化合物的硝化和反硝化,最终达到脱磷、脱氮的目的。SBR反应池中包含SBR反应池进水电机，曝气空压机，污泥泵和SBR反应池出水电机。日处理水量1500m3进水水质COD850mg/L（原水1700mg/L经沉淀、气浮、水解后）出水水质COD120mg/L去除率85.8%，是可以达到的运行周期取140分钟，（30分钟充水、50分钟曝气、30分钟污泥泵、3

38、0分钟排水）采用水解池出水自流入SBR池，因为设4个SBR池。计算单池体积一个SBR池一天处理水1500/4=375m3一个SBR池一天进水3次，每次进水125m3单池体积V单=V进+V泥V进=125m3QLjNwFwV泥= 式中Q单池每天进水量1500/4=375m3Lj进水BOD=504mg/L(原水800 mg/L)Nw污泥负荷 取0.2kgBOD/KGMLSS.dFw混合液污泥浓度 取4300mg/L375*0.5040.2*4.3V泥= =220m3V单=125+220=345m3（按350m3计）nQCNv单池体积 V= 式中n1日的周期数 3Q1个周期进水量 125m3C平均进水

39、BOD浓度0.504 kgBOD/m3Nv污泥容积负荷0.5kgBOD/m3池容.d3*125*0.5040.5V= =375（按375m3计）选有限水深5.2m则面积为72.1m2根据厂区用地情况，平面尺寸可定为6.0m*12.5m设超高为0.8m，则总高为6m单池总尺寸为6.0m*12.5m*6m4个池子的总长24m总宽12.5m池水比= =15006*12.5*5.2*41560 1.04150014.1.4 除盐池若污水不经除盐程序，直接排出，当水中的盐类物质含量达到一定的浓度时，就会改变水中生物的生存环境，导致水中生物的细胞里的水分大量流失，从而，使各种生物脱水而死。除盐系统经过除盐

40、池完成除盐程序。除盐时由余氯仪检测，当系统检测到水中含有高浓度盐类物质时，关闭阀门，利用反渗透膜的特性来除去水中经过中和反应与生物化学反应所产生出来的多余的盐类物质；当系统检测到低浓度盐类物质时，则污水通过沟渠流入清水池。图4-4 渗透原理图为了防止反渗透膜两侧的压力突变造成渗透膜破损，应对除盐池进行划分，使每个分支都有一个半透膜，从而，提高半透膜的使用时间，节省成本。除盐池中包含除盐池排水电机和余氯仪。4.2 设备的控制要求1、格栅池的污水由液位计进行检测液位的高低，当格栅井液位高时，关闭进水水泵，为低液位时开启水泵进水过滤。2、调节池用于缓冲污水的冲击，可以储存来不与深度处理的污水，同样由

41、液位计控制，高液位时停止进水。3、SBR反应池进水阀门开启，当污水到一定液位时停止进水。进水阀门关闭后，空压机开始运行，进行曝气，在曝气50分钟后，关闭空压机。在反应池由污水进行沉淀，污泥泵运行30分钟，排出污泥。打开排水阀，反应池开始排水，到低液位时，排水停止。4、排水直接进入除盐池中进行除盐。除盐池中污水到达高液位时，排水停止。除盐池中由余氯仪检测浓度，低浓度时排水电磁阀开始排水，高浓度时停止排水。4.3 各类硬件的选型4.3.1 PLC选型三菱公司的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的各单元模块，包括基本单元，扩展单元和扩展模块，他们拥有一样的高度和深度，但是他们的宽度不

42、同。FX系列PLC的优点是系统配置比较灵活，用户不但可选不同的子系列外，还可以选用多种其他的基本单元，扩展单元和扩展模块，以便组成的控制系统拥有不同的I/O点和不同的功能，所以三菱PLC的各种配置大的性能价格比都很高。FX系列的硬件配置的灵活性就如模块式PLC，他采用整体式结构作为它的基本的单元，而且它的性能价格比却比模块式PLC更高。本系统一共需要24个输入/出点，设计中用到的是三菱公司出产的FX2N系列中的FX2N-48MR型号。FX2N系列是三菱PLCFX家族中比较先进的系列。具有高速处理与可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力，FX2N高

43、速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置.除输入出1625点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。图4-5 FX2N-48MR4.3.2 电动机的选型根据水泵的形式，轴功率，转速以与生产工艺对电动机的启动（是否带负荷），制动，运转，调速等要求，选择电动机的类型。根据泵组的轴功率，转矩，转速的变化围和频繁启动的次数等要求，并考虑电动机温度升高的限制，电动机的过载能力和它的启动转矩，按要求准确合理地选择电动机的容量，并准确确定冷却通风的方式。根据使用场合的环境条件，我们应该考虑温度，湿度，安装位

44、置，灰尘，雨水等，并设置好所需要的保护方式，以与确定好电机的结构形式，最主要的是要考虑好电动机的防暴等级和防护等级。确定电动机的电压的等级，首先要明确清楚企业电网电压标准，以与对功率因数的要求。选择电动机的额定转速，要在明确泵组的最高转速以与调速系统的过渡过程的性能要求的前提下进行选择。除此之外，选择电动机还必须考虑的是电动机的节能，并考虑运行操作的简单方便性。供货情况，备品备件的通用性，安装检修的难易。产品价格，建设费用，运行和维修费用等。在该工业污水处理系统中需要用到许多电机，Y2系列三相异步电机是专为欧洲市场设计的三相异步电动机、电机出线盒置于电机机壳顶部、整机结构紧凑、外形美观大方，安

45、装尺寸符合IEC标准，具有高效、节能、起动转矩大，使用维护方便等特点。主要性能有：绝缘等级：F；防护等级：IP54或IP55；电压：380V或415V；频率：50Hz或60Hz；冷却方式：IC411。Y2系列电动机满载时有较高效率，更适用于长期运行和负载率较高的使用场合，如水泵、风机配套，此设计称为Y2-E系列，中心高80280mm，功率从0.5590kW。电动机符合/T8680.2-1998 Y2系列(1P54)三相异步电动机（机座号80280）技术条件。 型号含义：如Y2-200L2-6E：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计，“200”表示中心高，“L”表示机座长短号，“2”表示铁心长度

46、序号，“6”表示极数，“E”表示第二种设计。根据上述分析，选择Y2-200L2-6E即可满足要求。图4-6 Y2-200L2-6E电动机4.3.3 泵的选型1.采用的独特的单片或双片式叶轮结构，大大提高了污物通过能力。能有效通过泵口径的5倍纤维物质与直径为泵口径约50%的固体颗粒。机械密封采用新型硬质耐腐的钛化钨材料，可使泵安全连续运行8000小时以上。整体结构紧凑，体积小占用面积小，潜入水中即可工作。2.可根据用户需要配备全自动控制柜，对泵的漏水，漏电，过载和超温等进行自动保护。浮球开关可以根据所需液位变化，自动控制泵的走动和停止。3.可根据用户需要配备双导轨自动耦合安装系统，人可不必进入污

47、坑。4.主要应用于化工，造纸工业，石油，炼钢厂,制药，采矿，水泥厂，电厂以与城市的污水处理系统，也可用于市政工程，建筑工地等行业中具有输送带颗粒的污物。抽送清水，抽送带腐蚀性的介质同样也可以使用。该系统所选用的水泵就是江林泵业的WQ型水泵。图4-7江林泵业WQ型水泵4.3.4 曝气空压机的选型曝气是通过空气压缩机提供动力。转碟曝气机的主要作用是向水中充氧，推动污水在沟中的循环流动，以与防止活性污泥的沉淀，使污水和氧充分接触，完成生化反应。空气压缩机的作用主要是用于驱动一些气动的设备。本系统所选用的曝气空压机也称为曝气鼓风机，它能产生一定的风量，使水体或液体中增加足够的溶解氧，以满足好氧生物对氧

48、气的需求。为了使气体在液体中充分扩散和接触，并阻止液体中悬浮物下沉，曝气空压机必须能够产生足够的压力，使氧气在液体中充分搅拌和溶解。本系统中所选用的曝气空压机的型号是LZSR80，它的风量是2.0-5.5，升压是9.8-78.4kpa，电动机功率为2.2-11kw。它具有结构合理，体积小，升压高，效率高，风量大，噪音低，运行平稳，性能优良，使用寿命长，维修简单等特点。且广泛应用于污水处理，水产养殖，建材等领域。图4-8 LZSR80曝气空压机4.3.5 浮球式液位计的选型1. 液位计的定义液位计是一种测量液位的压力传感器，静压投入式液位变送器是基于所测液体静压与该液体的高度成比例大的原理，采用

49、国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正转化成标准的电信号。液位传感器分为两类，一类为接触式，包括单法兰静压以与双法兰差压液位变送器，电动浮球液位变送器，浮球式液位变送器，投入式液位变送器，磁性液位变送器等。第二类为非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。2. 浮球式液位计本处理系统对液位的控制采用浮球液位传感器，浮球连续式液位传感器是利用浮球磁铁随液位变化，来改变连杆的电阻与磁簧开关，磁簧开关的间隙愈小，精度愈高。指示计可配合其它表头作远距离指示，是一种原理简单，可靠性极佳的液位指示计。它具有结构简单，调试方便，可靠性好，精

50、度高等特点。浮球液位计可广泛适用于高温，高压，粘稠，脏污介质，沥青，含腊等油品以与易燃，易爆，腐蚀性等介质的液位的连续测量。图4-9 浮球式液位计4.3.6 余氯仪的选型1.废水中盐的危害废水是由水和各种杂质组成的一种成份复杂的混合分散体系，它的性质可以通过水质的指标来表现。其中，水中所含的溶解性盐越多，离子的强度就越大。高浓度的含盐废水主要是来自化学加工业、石油和天然气的回收过程、海产品和皮革加工业。这些工业废水中的高浓度的溶解性的盐和比较高大的离子强度不但会给废水的生化处理带来较大的困难，还会对污水大的排放产生不利的影响。当盐浓度比较高时，会引起系统的失稳。高浓度的盐促进了细胞的溶解，而且

51、在高浓度盐环境下一些具有较好的絮凝功能的原生物的生长受到抑制。根据国家污水排放标准，污水中的盐浓度的标准是不能高于0.5mg/l。2.余氯分析仪的主要特点余氯分析仪是中文液晶显示，中文菜单式，采用中文记事。它有预制的长寿命渗透膜，易于更换。此分析仪采用防水防尘的设计，防护等级为IP65 ，适宜户外使用。它是按照欧洲标准EN50081/50082设计制造的，是电磁兼容性设计。它的报警信号隔离输出，报警上，下限可任意设定，报警滞后撤销。它的网络功能是隔离的电流输出和RS485通讯接口。历史曲线连续记录一个月数据，五分钟为一个点。它能记载200条信息。采用的是手动电流源，方便记录与检测装置的测试。置

52、实时时钟，提供各种功能的时间基准等。工业控制式看门狗，确保仪表不会死机。它的参数设置和维护均有密码保护。本设计所选用的余氯仪的型号为诺博科技NSC100，它的余氯检测围为020mg/l。图4-10 余氯分析仪4.3.7 模拟量模块的选择本系统选用了余氯分析仪，所以需要加入一个模拟量模块。FX2N系列PLC模拟量输入模块有：2、4、8通道电压/电流模拟量输入模块，其型号是FX2N-（2/4/8）AD，本系统所选用的模拟量模块为FX2N-4AD。FX2N-4AD为4通道12为A/D转换模块，它可以将模拟电压或电流转换为最大分辨率为12位的数字量，并以二进制补码方式存入部16位缓冲寄存器中，通过扩展

53、总线与FX2N基本单元进行数据交换。常用的压力、温度、流量、速度、位移和碱度等工业检测都是对应电压、电流的大小模拟量。在控制生产过程中，模拟量的输入应用非常广泛。它的电平大多是经过传感器变换后得到的，模拟量输入信号按IEC标准为420mA电流信号或05V、-10V10V，010V的直流电压信号。模拟量输入模块的基本功能就是将输入PLC的外部模拟量转换为PLC所需的数字量，以供给主控模块进行数据处理和控制。图4-11 FX2N-4AD4.3.8 阀门的选择1.电磁阀的定义与工作原理电磁阀是一种基础元件，它是用来控制流体的基础元件，属于执行器，液压，气动不受限制。液压流动方向是由电磁阀控制的，然而

54、控制工厂的机械装置一般都是液压钢，所以就会用到电磁阀。 电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，不同的油管都有不同的孔通入，密闭的腔中间是阀，两面是两块电磁铁，阀体会被吸引到哪边就说明哪边的磁铁线圈通电，排油孔被挡住或露出不同的孔是靠控制阀体的移动来实现的，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。2.电磁阀的选型依据根据管道参数选择电磁阀的通径规格与接口方式；根据流体参数选择但电磁阀大的材质，温度组；根据压力参数选择电磁阀的品种结构；根据电气选择，电压规格应尽量优先选用AC

55、220V，DC24V较方便；根据持续工作时间长短来选择常闭，常开或可持续通电；根据环境要求选择辅助功能，防爆，止回，手动，防水雾，水淋，潜水。此设计所选得电磁阀的型号为ZQDF-40。图4-12 电磁阀4.3.9 按钮的选型在这个控制系统的自动操作中，采用三种机械按钮，控制污水处理系统的启动和停止，手动/自动按钮使用旋钮，即旋到一边接通，旋到另外一边就断开；自动启动按钮采用触点触发式按钮；急停按钮使用旋转复位按钮，按下后系统停止，旋转后自动弹起复位。在手动控制状态时，对于每个设备都对应设置一组按钮，采用触点触发式按钮，即按下接通，松开复位。本系统采用尤提乐LA110-A1-11型按钮。图4-1

56、3 LA110-A1-11按钮4.3.10 接触器的选型接触器主要用于通断电气设备的电源，可以远距离控制动力设备，在接通但断开设备电源时避免人身伤害。交流接触器的选用对动力设备和电力线路正常运行非常重要。1.接触器的选型原则接触器作为通断负载电源的设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作低电压与被控设备的额定工作电压一样外，被控设备的负载功率，使用类别，控制方式，操作频率，工作寿命，安装方式，安装尺寸以与经济性是选择的依据。选用原则如下：交流接触器的电压等级要和负载一样，选用的接触器类型要和负载相适应；负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电

57、流。接触器的接通电流大于负载的启动电流，分断电流大于负载运行时分断需要电流，负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况，对于启动时间长的负载，半小时峰值电流不能超过约定发热电流；按短时的动，热稳定校验，线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动，热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校验接触器的分断能力。在控制系统中，所有设备是根据控制面板上的按钮情况或者根据传感器的反馈值进行动作的，因此需要PLC根据当前的工作情况，以与按钮的情况来控制所有设备的启停，在此用到了大量接触器：格栅井电磁阀接触器，调节池进水阀接触器，SBR反应池进水阀接触器，空压机接触器，污泥泵接触器，SBR排水阀接触器，除盐系

58、统排水阀接触器，手动格栅池进水电机接触器，手动调节池进水电机接触器，手动反应池进水电机接触器，手动空压机接触器，手动排污泵接触器。为此该系统选用施耐德LC1-D0901M5C交流接触。图4-14 LC1-D0901M5C交流接触4.3.11 空气开关的选型1. 空气开关的工作原理空气开关是用来做电路保护的，一旦出现短路事故就会断开电路，因为采用空气作为灭弧介质，所以称为空气开关。空气开关的基本原理是短路电流很大于正常的负载电流，短路电流导致脱扣器脱扣，动触头在弹簧作用下与静触头分开，使得电路断开。短路电流导致脱扣器脱扣有多种实现方式，一般是电磁铁的原理实现的，线圈中经过负载电流时电磁铁吸力小，

59、经过短路电流时侯吸力足以使衔铁动作，带动脱扣器脱扣。本系统所选的电机为Y2-200L2-6E，电压为380V，功率围为0.5590KW。所以三相电动机的最大的额定电流为I=164.9A，电流取整，三相电动机的最大额定的电流I=170A，所以空气开关电流I=1702=340A，所以所选大的空气开关的型号为GMB800M 2408R 400A。图4-15 空气开关4.4 I/O分配表表4-1 I/O输入输出分配表输入名称符号输入地址名称符号输入地址启动开关SB1X000停止开关SB2X013格栅池高位开关SV1X001手动格栅池进水启动SB3X014格栅池低位开关SV2X002手动调节池进水启动S

60、B4X015调节池高位开关SV3X003手动反应池进水启动SB5X016调节池低位开关SV4X004手动空压机启动SB6X017SBR反应池低位开关SV5X005手动排污泵启动SB7X020SBR反应池高位开关SV6X006手动反应池排水启动SB8X021除盐池低位开关SV7X007手动除盐池排水启动SB9X022除盐池高位开关SV8X010输出名称符号输出地址名称符号输出地址格栅池电磁阀YV1Y000空压机接触器KM1Y012调节池进水阀YV2Y001污泥泵接触器KM2Y013SBR反应池进水阀YV3Y002手动格栅池进水接触器KM3Y014SBR排水阀YV4Y003手动调节池进水接触器KM

61、4Y015除盐池排水阀YV5Y004手动反应池进水接触器KM5Y016格栅池高位报警HL1Y005手动空压机接触器KM6Y017调节池高位报警HL2Y006手动排污泵接触器KM7Y020SBR反应池高位报警HL3Y007手动反应池排水接触器KM8Y021除盐池高位报警HL4Y010手动除盐池排水接触器KM9Y022高浓度检测报警HL5Y0114.5 污水处理系统的主电路图由主电路可以看出，本次设计的污水处理系统共有9个电机，分别是空压机、污泥机、格栅池电机、调节池电机、反应池进水电机、手动空压机、手动排污泵、手动反应池排水电机和除盐池电机。分别由接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、K

62、M6、KM7、KM8和KM9来控制。图4-16 污水处理系统的主接线图4.6 污水处理系统的外部接线图由污水处理系统的外部接线图可以看出，这个系统共有18个输入点，其中有1个为模拟量输入点，有19个输出点。图4-17 PLC外部接线图4.7 本章小结本章主要介绍了本设计的各个硬件的选型，包括PLC的选型，电动机的选型，变频器的选型，液位传感器，余氯仪，数字显示仪的选型等，并根据所选硬件，确定了系统的输入输出端口，根据系统所要完成的工作绘制了PLC外部接线图。第五章 软件的设计5.1 系统软件设计概念系统软件是控制和协商计算机以与外部设备，支持应用的软件开发和运行的系统，是不需要用户干预的各种程序的集合。主要功能是调度、监控和维护计算机系统，负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它