基于PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題名稱：PLC在工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)系部：_機(jī)電系____________班級(jí)：_機(jī)電一班________姓名：_張宇_____________指導(dǎo)教師：_李老師__________基于PLC的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要目前，我國大多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平不高、安全性低、管理不當(dāng)，效率普遍低于世界標(biāo)準(zhǔn)。污水處理系統(tǒng)中的曝氣過程控制、數(shù)據(jù)通訊和監(jiān)控管理是急需解決的主要問題。中國污水處理自控系統(tǒng)相對(duì)落后，污水處理成本居高不下，污水廠排放的處理過的污水的水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立有效的自控系統(tǒng)，優(yōu)化運(yùn)行效果，減少運(yùn)行費(fèi)用，具有重要意義。本文介紹了工廠污水處理的基本工藝和流程，并通過研究設(shè)計(jì)一套基于PLC控制的污水處理系統(tǒng)。文章首先介紹了基于PLC污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)、工作原理以及設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來說明PLC在污水處理過程中的應(yīng)用。先根據(jù)污水處理要求設(shè)計(jì)了設(shè)備的電器控制與自動(dòng)控制線路，主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)信號(hào)故障信號(hào)、和信號(hào)采集等，最后按照工藝要求設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)，其中包括PLC的選型、系統(tǒng)資源配置以及按照污水處理工藝編制PLC程序。關(guān)鍵詞：污水處理，PLC，工藝流程目錄緒論 41.1工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀 51.2課題的背景 51.3PLC的發(fā)展趨勢 6第二章工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹 72.1工業(yè)污水處理基本概念 72.2常用的工業(yè)污水處理工藝 102.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述102.4工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 112.5工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求 12第三章污水處理控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置 103.1控制系統(tǒng)構(gòu)成圖 133.2遠(yuǎn)程I/O框架配置圖 133.3模塊功能概述 14第四章污水處理控制系統(tǒng)流程圖 154.1編程軟件164.2流程圖174.3I/O對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器地址17第五章污水處理控制系統(tǒng)的PLC程序 185.1系統(tǒng)外部接線圖185.2程序流程圖195.3梯形圖如圖225.4程序仿真圖及系統(tǒng)說明26第六章設(shè)計(jì)小結(jié)27參考文獻(xiàn) 28致謝 29緒論水與人的生活息息相關(guān)，特別在現(xiàn)代社會(huì)生活及生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量與日俱增。然而，水資源是有限的。據(jù)報(bào)道我國人均擁有淡水量為2400噸，為世界平均值的1/4，在全球149個(gè)國家（參與統(tǒng)計(jì)國家中），我國人均淡水資源位居110位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國水資源時(shí)空分布極不均衡，全國500多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量僅有240噸。令人擔(dān)憂的是淡水總量日益減少，用水成本不斷升高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水?dāng)嗔?、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺己經(jīng)成為我國急需解決的問題。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求越來越高。但是我國工業(yè)用水耗費(fèi)高，重復(fù)利用水少，中水使用率不高，有關(guān)資料顯示，我國的工業(yè)用水重復(fù)利用率平均為40%~50%。目前全國城市污廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）僅有10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。嚴(yán)重的環(huán)境污染使有限的水資源日益減少、水質(zhì)日益惡化，無疑是“雪上加霜”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水質(zhì)污染，我國已有大約3億人的飲水發(fā)生不安全現(xiàn)象，其中1.9億人的飲水是超標(biāo)水。氣象學(xué)家預(yù)測，2100年全球變暖加劇，地表將有1/3的面積變?yōu)樯衬?，那時(shí)，干旱將威脅全球一半的大陸人類的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。眾多跡象表面，水資源的短缺無疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國越來越重視水處理和水的再利用，通過各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)污水處理過程中，經(jīng)過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來越高，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。在工廠的工業(yè)污水處理過程中，污水來源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。1.1工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀我國工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五”國家科技攻關(guān)開始逐步進(jìn)行研究?！捌呶濉焙汀鞍宋濉惫リP(guān)項(xiàng)目在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，以這些成果為設(shè)計(jì)依據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面，“八五”對(duì)高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究成果己被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠。污水廠污泥處置問題在“九五”科技攻關(guān)中受到重視，并配套開發(fā)成套的污泥處理。經(jīng)過“七五”、“八五”和“九五”期間的努力，我國在工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術(shù)上，我國已能提供下列工藝技術(shù)傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工藝如：SBR法和氧化溝技術(shù)等、酸化水解好氧技術(shù)和多種類型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些污水治理技術(shù)已經(jīng)在水體污染、改善水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標(biāo)志著我國工業(yè)污水處理事業(yè)發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段。現(xiàn)階段，我國工業(yè)污水處理的工作重點(diǎn)已經(jīng)從工藝技術(shù)的研究轉(zhuǎn)移到具體項(xiàng)目的實(shí)施。國際上，大規(guī)模的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著50年代經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展帶來的60年代日益嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開的。工業(yè)污水處理設(shè)施中，城市排水管線和工業(yè)污水處理廠的興建和運(yùn)行在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。至70年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了18000余座城市工業(yè)污水處理廠，英國、法國、德國更耗費(fèi)了巨額資金興建了7000至8000座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的投入對(duì)國家的水體污染改善起了關(guān)鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在，這些國家的工業(yè)污水處理水平又有了進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對(duì)水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大的作用。1.2課題的背景未來10年，中國工業(yè)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)投資將超過2500億元，其中工業(yè)污水處理設(shè)備投入約300億元。采用先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。對(duì)于環(huán)境保護(hù)問題，國務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排放標(biāo)。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個(gè)水資源匱乏的國家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。所以水資源也是一種保護(hù)。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對(duì)于工業(yè)污水處理非常有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計(jì)量自控檢測儀表使用、PLC控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。1.3PLC的發(fā)展趨勢PLC具有可靠性高、使用方便、編程簡單、體積小、重量輕等特點(diǎn)。目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約為200家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。作為控制裝置，它在許多工業(yè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。隨著微處理器技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，PLC也得到了迅速發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。PLC的主要發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）高速度、高I/O容量、功能強(qiáng)大隨著CPU處理速度的提高，PLC程序執(zhí)行的速度也越來越快；大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，相應(yīng)地使I/O的容量也得到增加；智能模塊的增加，使PLC能夠?qū)崿F(xiàn)的功能越來越多。（2）強(qiáng)大的PLC聯(lián)網(wǎng)能力隨著人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，人們已經(jīng)不再滿足對(duì)幾個(gè)設(shè)備、幾條生產(chǎn)線的PLC控制，而是要求實(shí)現(xiàn)對(duì)全工廠的自動(dòng)化，所以提高PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能成為PLC的發(fā)展趨勢。以后人們不僅能通過通信模塊進(jìn)行PLC與PLC、PLC與上位機(jī)之間的連接，還能通過撥號(hào)或者無線的方式使PLC聯(lián)網(wǎng)。（3）編程軟件多樣化PLC的梯形圖語言、助記符語言和功能模塊語言雖然使用方便，而且也能很好地實(shí)現(xiàn)控制要求，但是在處理一些高級(jí)功能（BASIC、C、FORTRAN等）、圖形語言、匯編語言兼容。這樣不僅可以通過梯形圖語言、助記符語言和功能模塊語言來編寫程序，也可以通過高級(jí)語言來編程。第二章工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹2.1工業(yè)污水處理基本概念城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：=1\*GB3①排放水體；=2\*GB3②灌溉田地；=3\*GB3③重復(fù)使用。污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。好氧有機(jī)污染物的性質(zhì)穩(wěn)定，在微生物的作用下，借助微生物的新陳代謝功能而降解為無機(jī)物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無機(jī)物。有機(jī)物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時(shí)，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實(shí)際中，采用以下的幾個(gè)綜合污染指標(biāo)來表述：生物化學(xué)需氧量或生化需氧量（Bio-chemicalOxygenDemand,BOD）mg/L、化學(xué)需氧量(ChemicalOxygenDemand,COD)mg/L、總有機(jī)碳(TotalOrganicCarbon)mg/L、總需氧量(TotalOxygenDemand)mg/L。雖然BOD20。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時(shí)間太長，需20天?？紤]到好氧分解速率一般在開始的幾天最快，在20℃溫度下，污水五日生化需氧量(BOD5)，約占BOD20的70%～80%，因此把BOD5作為衡量污染水的有機(jī)物濃度指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量(COD)的特點(diǎn)是能夠精確的表示污水中有機(jī)物的含量，并且測定時(shí)間短，但它不能像BOD那樣表示出微生物氧化的有機(jī)物量。2.2常用的工業(yè)污水處理工藝不同的工業(yè)污水處理對(duì)象，不同的工業(yè)污水處理環(huán)境，將需要有不同的工業(yè)污水處理工藝來處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時(shí)候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以及實(shí)際的工業(yè)污水處理的環(huán)境。工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學(xué)、物理化學(xué)，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以針對(duì)不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學(xué)處理法。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。（1）傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最古老的工業(yè)污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關(guān)鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關(guān)系框圖如圖2-1所示。曝氣池曝氣池（微生物吸附有機(jī)物氧化為無機(jī)物）沉淀池（活性泥下沉）回流活性泥原污水清水排出圖2-1傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖污水中的有機(jī)物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機(jī)物，并且在曝氣池中被氧化成無機(jī)物，然后在沉淀池中經(jīng)過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點(diǎn)有：有機(jī)物去除率高，污泥負(fù)荷高，池的容積小，耗電省，運(yùn)行成本低。該工藝的缺點(diǎn)有：普通曝氣池占地多，建設(shè)投資大，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍小、易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。（2）A/O法。A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A代表Anoxic（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一種缺氧好氧生物工業(yè)污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化反硝化反應(yīng)系統(tǒng)，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化反硝化反應(yīng)系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對(duì)該工藝提出了更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺點(diǎn)。其工藝流程圖如下：圖2-2A/O法工藝流程圖（3）A2/O法。A2/O法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A2，即A-A，前一個(gè)A代表Anaerobic（厭氧的），后一個(gè)A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的）。A2/O是一種厭氧—缺氧—好氧工業(yè)污水處理工藝。A2O法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對(duì)除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對(duì)除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般首選A2/O工藝。其工藝流程圖如圖2.3所示。圖2-3A2/O法工藝流程圖（4）A/B法。A/B法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負(fù)荷兩段，并分別有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負(fù)荷段停留時(shí)間約為20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時(shí)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除BOD達(dá)50%以上。B段與常規(guī)活性污泥法相識(shí)，負(fù)荷較低。AB法中A段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力。B段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。對(duì)于高濃度的工業(yè)污水處理，AB法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時(shí)，優(yōu)勢最為明顯。但是，AB法污泥產(chǎn)量較大，A段污泥有機(jī)物含量極高，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費(fèi)用。另外，由于A段去除了較多的BOD，造成了碳源不足，難以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝的要求。對(duì)于污水濃度低的場合，B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢?？傮w而言，AB法工藝較適合于污水濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設(shè)施的大中規(guī)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對(duì)于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。（5）SBR法。SBR法是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時(shí)間順序間歇式操作的污水生物處理技術(shù)，也是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。其反應(yīng)機(jī)理及去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運(yùn)行操作方式不盡相同。SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時(shí)間順序來分割流程各單元，以時(shí)間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替生化反應(yīng)，靜置理想沉淀代替動(dòng)態(tài)沉淀等。整個(gè)過程對(duì)于單個(gè)操作單元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過多個(gè)單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運(yùn)行上實(shí)現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合。2.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述：本工業(yè)污水處理工藝流程圖圖2-4工藝流程圖污水由進(jìn)水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機(jī)進(jìn)行初步排除大塊雜質(zhì)物體，到達(dá)除砂池中。在除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)進(jìn)一步凈化污水中的細(xì)小顆粒物體，將污水中的細(xì)小沙粒濾除后進(jìn)入氧化溝反應(yīng)池。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學(xué)藥劑來加強(qiáng)處理效果，如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等。對(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整PH值。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測，根據(jù)其反饋到PLC的值來控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應(yīng)更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經(jīng)處理的污水進(jìn)入沉淀池中，在刮泥機(jī)的作用下進(jìn)行物理沉淀，為了加強(qiáng)沉淀效果，同時(shí)加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用更加容易沉降。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。2.4工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器——接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是DCS、現(xiàn)場總線控制、PLC等控制方。（1）DCS系統(tǒng)。DCS是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。由計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、檢測站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產(chǎn)過程，可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，其主要特點(diǎn)如下：采用分級(jí)分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散，可靠性提高。擴(kuò)展能力較強(qiáng)。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快。（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：可以用計(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。（3）PLC系統(tǒng)。PLC是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便?？刂乒δ軓?qiáng)。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。2.5工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對(duì)城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過程，采用PLC作為核心控制器是個(gè)較好的方案。PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計(jì)過程變得更加簡單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機(jī)界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶可通過操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。由于PLC的CPU強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個(gè)方面：一是信號(hào)輸入；二是控制輸出信號(hào)。信號(hào)輸入工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測方面主要涉及四類信號(hào)的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。（1）按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動(dòng)按鈕、手動(dòng)按鈕、格柵機(jī)啟動(dòng)按鈕、清污機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水泵啟動(dòng)按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機(jī)工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。（2）液位差輸入檢測。檢測粗細(xì)格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機(jī)的啟動(dòng)與停止。（3）液位高低輸入檢測。檢測進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動(dòng)和停止，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。（4）含氧量輸入檢測。以上三種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。通過將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)位置上，將檢測值反饋到PLC中，通過運(yùn)算輸出控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)。當(dāng)溶解氧值偏低時(shí)，降低了微生物分解的效果，延長了處理時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當(dāng)溶解氧值偏高時(shí)，導(dǎo)致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)?？刂戚敵鲂盘?hào)信號(hào)輸出部分主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是數(shù)字量輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個(gè)是模擬量輸出，用來控制曝氣機(jī)變頻器。（1）數(shù)字量輸出。控制各類設(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：格柵機(jī)啟停、清污機(jī)啟停、潛水泵啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼！⑽勰嗷亓鞅玫仍O(shè)備。（2）模擬量輸出通過PLC中PID運(yùn)算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制污水中含氧量的要求。第三章污水處理控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置3.1控制系統(tǒng)構(gòu)成圖（1）監(jiān)控系統(tǒng)圖上位監(jiān)控機(jī)打印上位監(jiān)控機(jī)打印機(jī)模擬顯示屏主控PLC遠(yuǎn)程I/O水泵鼓風(fēng)機(jī)DO儀液位計(jì)圖3-1污水處理監(jiān)控系統(tǒng)圖（2）主控PLC框架配置圖主控PLC框架配置圖圖3-2主控PLC框架配置圖3.2遠(yuǎn)程I/O框架配置圖遠(yuǎn)程I/O框架配置圖：U-02RSU-05TQ100-Q117U-05TQ120-Q137U-05TQ140-Q157圖3-3遠(yuǎn)程I/O框架配置圖3.3模塊功能概述（1）U-01DM專門為華光SU-5/SU-6系列PLC而生產(chǎn)的數(shù)據(jù)通信模塊，使用U-01DM就可以與其他PLC或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信。（2）U-55N數(shù)字量輸入模塊，輸入點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，主要用來將外部一些信號(hào)輸入到PLC，如行程開關(guān)信號(hào)等。（3）U-05T數(shù)字量輸出模塊，輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，主要用來將控制信號(hào)輸出到相應(yīng)的器件，實(shí)現(xiàn)控制。（4）U-01AD模擬量輸入模塊，用于將模擬量信號(hào)（電壓、電流）變換成數(shù)字信號(hào)。本模塊具有4個(gè)通道，各通道將模擬輸入信號(hào)分時(shí)變換成（0~4095）或（-4095~+4095）的數(shù)字信號(hào)，并逐個(gè)向CPU輸出。（5）U-02RM和U-02RS遠(yuǎn)程I/O模塊，主控PLC利用U-02RM模塊，采用串行通信的方式控制擴(kuò)展I/O。（6）U-DMY填空模塊，它的外形尺寸和輸入/輸出模塊一樣。第四章污水處理控制系統(tǒng)流程圖4.1編程軟件編程軟件采用華光公司為其生產(chǎn)的PLC而設(shè)計(jì)的編程軟件DirectSOFT2.3。DirectSOFT2.3是ＷINDOＷS環(huán)境下的PLC編程軟件，使用方便、簡單、功能強(qiáng)大，利用它可進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)、編寫注釋說明文檔、語法檢查及與PLC進(jìn)行通訊等。4.2流程圖程序主要依據(jù)SBR法污水處理工藝（進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水）、根據(jù)各環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行編制。具體一個(gè)SBR池、一個(gè)周期的流程圖如圖6所示。而整個(gè)工程有4個(gè)SBR池，整個(gè)工程的進(jìn)程時(shí)序圖如圖5所示。程序主要有以下幾種模式：自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、報(bào)警模式等。（1）自動(dòng)模式在這種模式下，PLC將運(yùn)行已經(jīng)設(shè)置好的程序和參數(shù)（適用于一切都工作正常的情況）。（2）手動(dòng)模式此模式主要是針對(duì)測試或出現(xiàn)問題時(shí)適用的（如水泵出現(xiàn)故障、閥門開不到位等情況）。本工程中，所有設(shè)備都具有手動(dòng)功能。在手動(dòng)模式下，設(shè)備運(yùn)行不再按照PLC程序運(yùn)行，完全是通過人的操作來完成。（3）報(bào)警模式為了確保整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，特設(shè)置了此模式。當(dāng)SBR池水位過高時(shí)，開始報(bào)警，防止SBR池內(nèi)水溢出。1#SBR1#SBR池進(jìn)水沉淀反應(yīng)排水進(jìn)水反應(yīng)2#SBR池進(jìn)水沉淀反應(yīng)排水進(jìn)水反應(yīng)進(jìn)水沉淀反應(yīng)排水進(jìn)水進(jìn)水沉淀反應(yīng)排水3#SBR池4#SBR池圖4-1整個(gè)工程的進(jìn)程時(shí)序圖低低開始集水池水位高進(jìn)水SBR池水位反應(yīng)（曝氣等）沉淀排水結(jié)束曝氣3小時(shí)沉淀1小時(shí)低高時(shí)間未到時(shí)間未到時(shí)間到時(shí)間到圖4-2一個(gè)SBR池子、一個(gè)周期的流程圖4.3I/O對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器地址輸入量對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器地址范圍R40400~R40423，所以對(duì)應(yīng)的寄存器地址從R40400開始。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。表1數(shù)字輸入量對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器地址數(shù)字輸入量內(nèi)部寄存器地址數(shù)字輸入量內(nèi)部寄存器地址101～117R40400120～137R40401140～157R40402160～177R404031100～1117R404041120～1137R404051140～1157R404061160～1177R40407模擬量輸入模塊采用32點(diǎn)輸入方式，3個(gè)模擬量輸入模塊對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)依次為1200~1237、1240~1277、1300~1337。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。表2模擬輸入量對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器地址模擬輸入量內(nèi)部寄存器地址模擬輸入量內(nèi)部寄存器地址1200～1237R4041R404111240～1277R40412R404131300～1337R40414R40415輸出量對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器地址范圍為R40500~R40523。所以對(duì)應(yīng)的寄存器地址從R40500開始。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。表3數(shù)字輸出量對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器地址模擬輸入量內(nèi)部寄存器地址模擬輸入量內(nèi)部寄存器地址Q0～Q17R40500Q20～Q37R40501Q40～Q57R40502Q60～Q77R40503遠(yuǎn)程I/O只有輸出量，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4所示：表4遠(yuǎn)程I/O輸出量對(duì)應(yīng)的內(nèi)部寄存器地址模擬輸入量內(nèi)部寄存器地址模擬輸入量內(nèi)部寄存器地址Q100～Q117R40504Q120～Q137R40505Q140～Q157R40506第五章污水處理控制系統(tǒng)的PLC程序5.1系統(tǒng)外部接線圖圖5-1圖5-1系統(tǒng)外部接線圖開始5.2程序流程圖開始檢測液位檢測液位排水0.5h重置排污0.5h曝氣50min進(jìn)水0.5h高停止排水低濃度進(jìn)水電機(jī)進(jìn)水SBR池液位除鹽池液位高高濃度污水鹽濃度排水低高位報(bào)警低高低圖圖5-2流程圖5.3梯形圖圖圖5-3系統(tǒng)梯形圖5.4程序仿真圖及系統(tǒng)說明當(dāng)X000閉合時(shí)，輔助繼電器M0接通，檢測液位，格柵池低液位時(shí)X001接通，格柵池進(jìn)水電機(jī)Y000運(yùn)行，格柵池進(jìn)水。當(dāng)格柵池液位到高液位時(shí)X002接通，高液位報(bào)警燈Y001接通，第三步中的Y001斷開，格柵池停止進(jìn)水。調(diào)節(jié)池中低液位X003時(shí)，調(diào)節(jié)池進(jìn)水電磁閥Y003接通，調(diào)節(jié)池進(jìn)水。調(diào)節(jié)池高位時(shí)高液位檢測計(jì)X004接通，高液位報(bào)警燈Y002接通，第10步中的Y002斷開，調(diào)節(jié)池停止進(jìn)水。輔助繼電器M0接通時(shí)，輔助繼電器M1也接通。M1接通，定時(shí)器T1開始計(jì)時(shí)，當(dāng)液位沒有超過高液位警戒時(shí)，反應(yīng)池的進(jìn)水電磁閥開始進(jìn)水。當(dāng)T1計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，第19步中的T1關(guān)斷，反應(yīng)池停止進(jìn)水，T2開始計(jì)時(shí)，在T2計(jì)時(shí)的時(shí)間段中，空壓機(jī)Y006運(yùn)行，向反應(yīng)池中充氣，進(jìn)行曝氣。當(dāng)T2計(jì)時(shí)結(jié)束后，第27步中的T2關(guān)斷，空壓機(jī)Y006停止向反應(yīng)池中充氣，同時(shí)T3開始計(jì)時(shí)，在這T3的時(shí)段中排污泵Y007運(yùn)行，排出污泥。當(dāng)T3計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，第34步中的T3關(guān)斷，排污泵Y007停止，同時(shí)T4開始計(jì)時(shí)，在這時(shí)段中，排水電池閥Y010開始運(yùn)行，反應(yīng)池排水。當(dāng)T4計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，由第50步，進(jìn)行重置各定時(shí)器。反應(yīng)池重新運(yùn)行。當(dāng)反應(yīng)池中的液位到達(dá)高液位時(shí)，X006接通，Y005高位報(bào)警接通，第19步中的Y005關(guān)斷，Y004關(guān)斷，反應(yīng)池停止進(jìn)水。當(dāng)反應(yīng)池的液位到達(dá)低液位時(shí)X005接通，輔助繼電器M2接通，第41步中的M2關(guān)斷，排水電池閥Y010關(guān)斷，反應(yīng)池停止排水。當(dāng)除鹽池中的液位到達(dá)高液位時(shí)，X010接通，高位報(bào)警Y011接通，第41步中的Y011關(guān)斷，反應(yīng)池停止排水。T4仍然進(jìn)行計(jì)時(shí)，給工人以處理的時(shí)間。當(dāng)除鹽池中余氯儀檢測污水中鹽濃度低時(shí)，X011接通，排水電磁閥Y013接通，除鹽池開始排水。當(dāng)除鹽池檢測到污水中鹽濃度為高時(shí)，X012接通，Y012高濃度報(bào)警接通，第68步中的Y012關(guān)斷，排水電磁閥Y013關(guān)斷，除鹽池停止排水。當(dāng)控制柜上手動(dòng)按下格柵池電機(jī)按鈕X014時(shí)，自動(dòng)程序中的格柵池進(jìn)水電機(jī)Y000關(guān)斷，啟動(dòng)手動(dòng)格柵池進(jìn)水電機(jī)。當(dāng)控制柜上手動(dòng)按下調(diào)節(jié)池進(jìn)水電機(jī)按鈕X015時(shí)，自動(dòng)程序中的調(diào)節(jié)池進(jìn)水電機(jī)Y003關(guān)斷，啟動(dòng)手動(dòng)調(diào)節(jié)池進(jìn)水電機(jī)。當(dāng)控制柜上手動(dòng)按下反應(yīng)池進(jìn)水電機(jī)按鈕X016時(shí)，自動(dòng)程序中的反應(yīng)池進(jìn)水電機(jī)Y004關(guān)斷，啟動(dòng)手動(dòng)反應(yīng)池進(jìn)水電機(jī)。當(dāng)控制柜上按下空壓機(jī)按鈕時(shí)，啟動(dòng)手動(dòng)空壓機(jī)。當(dāng)控制柜上按下排污按鈕時(shí)，啟動(dòng)手動(dòng)排污泵。當(dāng)控制柜上按下排水按鈕時(shí)，啟動(dòng)手動(dòng)排水泵。當(dāng)按下控制柜上除鹽池排水按鈕時(shí)，啟動(dòng)手動(dòng)除鹽池排水泵。第六章設(shè)計(jì)小結(jié)工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，它包括與之相關(guān)的生產(chǎn)工藝流程、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，現(xiàn)場計(jì)量自控檢測儀表的選用、控制流程的模型建立、對(duì)PLC系統(tǒng)軟硬件應(yīng)用研究等。本文詳細(xì)闡述了工業(yè)污水處理工藝流程、控制系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬