PLC的污水处理系统的设计案例.docx
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PLC的污水处理系统的设计案例
摘要
水资源和水环境是生物赖以生存的基础。
随着我国城市化和工业化的快速发展，大量生活和工业废水的排放导致我国现有水源水质急剧下降，水污染日趋严重。
为了保证中国经济的可持续发展，污水处理已成为城市发展不可或缺的支撑手段。
本课设介绍了PLC控制在澄清过程中的应用。
在平台上，采用PLC作为控制器，结合各种在线仪器完成废水水质的检测。
根据澄清过程的特点和系统控制的要求，完成现场设备的控制。
监控系统使人员能够以远程控制方式对污水处理厂进行监控，系统还设计了工作报告功能。
在该系统中，设计了格栅池、控制池、反应池和脱盐池装置，通过对脱盐池的最终浓度检测，可以保证污水中的盐分浓度的达到排放标准。
但是该系统存在一些缺陷，整个系统的设计简单，没有对污水中微生物排放的详细检测。
在将来的设计中需要对此进行改进。
关键词：
污水处理；PLC；工艺技术；
Abstract
WaterResourcesandwaterenvironmentarethebasisofbiologyexistence.Alargenumberofdomesticandindustrialwastewaterdischargehasledtotherapiddeclineofwaterquality,waterpollutionisincreasinglyserious.InordertoensurethesustainabledevelopmentofChina'seconomy,sewagetreatmenthasbecomeanindispensablemeansofurbandevelopment.
ThiscourseintroducestheapplicationofPLCcontrolintheclarificationprocess.Ontheplatform,PLCisusedasthecontroller,andvariouson-lineinstrumentsarecombinedtocompletethedetectionofwastewaterquality.Accordingtothecharacteristicsoftheclarificationprocessandtherequirementsofthesystemcontrol,completethecontrolofthefieldequipment.ThemonitoringsystemenablespeopletomonitortheSewageTreatmentbyremotecontrol,andthesystemisdesignedtoreportonwork.Inthissystem,agridcell,acontrolcell,areactioncellandadesaltingcellaredesigned.Bytestingthefinalconcentrationofthedesaltingcell,thesaltconcentrationinthewastewatercanbeguaranteedtomeetthedischargestandard.
Buttherearesomedefectsinthesystem.Thedesignofthewholesystemissimple,andthereisnodetailedexaminationofthemicroorganismdischargeinthesewage.Thiswillneedtobeimprovedinfuturedesigns.
Keywords:
sewagetreatment;PLC;process;
第一章绪论
世界上每个国家的经济和科技发展都在加快，相应的淡水资源需求和消耗也在增加。
中国水资源的空间分布十分不平衡，在中国有许多城市都缺水。
北方地区的水资源短缺问题尤为严重。
水资源高耗、低回用率、严重污染已成为我国工业系统水资源利用中急需解决的问题。
由于水质污染日益严重，中国大约四分之一的人的饮用水处于不健康水平。
如果全球变暖加剧，三分之一的地球表面，在缺水的同时，水资源问题威胁着世界上一半的生物的生存。
这些都是严重后果的水污染和工业废水建设必须安全。
许多事实表明，缺乏水资源限制了经济的可持续性和合作发展。
利用厌氧和氧气处理工业废水，以达到利用废水中的可再生能源为生产和生活提供能源的目的，并珍惜废水的处理。
随着工业废水处理的增加，对污染的需求和迫切性以及对环境保护工程的需求也越来越大。
各污水处理厂引入标准排放量，已成为政府对所有公司最基本的要求。
1.1污水处理的国内外研究现状
自第七个五年计划以来，中国的工业废水处理一直在接受调查，第七个和第八个五年计划对氧化沟和复杂的生态系统进行了大量的研究。
重负荷污泥处理沟、重负荷生物膜处理沟、氧化沟等技术已经得到广泛研究，经过一段时间的努力，已经应用于多种工业废水处理，掌握了一些重负荷污泥处理工业废水处理的技术。
我国已经准确掌握以下水污染控制处理技术。
例如，传统的活性污泥法加工技术和各种新型的活性污泥法加工技术，如SBR工艺技术和氧化技术，这些技术的发展以及大量的应用，为我国废水处理提供了一个新的水平。
我国的研究方向已从污水处理技术的研究转向污水处理工厂的有效实施。
随着19世纪50年代经济和工业的快速发展，污水处理问题出现了大规模，自60年代城市排水管道和工业污水系统的建设和运行以来，污染开始变得更加严重，对治理水污染发挥了重要作用。
美国投资了数千亿美元，建造了许多城市工业污水系统，而英国、法国、德国和其他国家投资了大量资金，建造了7000到8000个城市工业污水系统。
之所以他们可以控制全国的水污染问题，这些工业污水处理厂的建设起着不可磨灭功劳，同时也作出表率作用为其他国家解决水污染问题提供了丰富可靠的理论和实践基础，在改善水质和保护水资源方面发挥着重要作用。
1.2课题的背景信息
在今后的数年里，中国将投入大量财力和人力的用于建设工业污水处理加工厂，其中工业废水处理设备的购买就需要大量的资金。
较为先进的自动控制技术在环境保护工程中得到了广泛的应用，实现了环境保护与可持续发展战略的重要衔接，取得了社会、环境和经济效益。
我国对污染的问题无比重视，已出台相关文件，工业废水的排放必须达到相关的处理标准。
许多地区和城市用水紧缺，因此在实施工业废水处理时必须考虑环境保护、节水、经济等因素。
有效地结合最新的工艺状况，使用自动检测装置，使用PLC控制系统，从而能够有效地对目前的工业废水处理进行自动控制。
1.3研究目的和意义
世界工农业生产能力的提高将进一步推动社会进步，同时也导致各种污染。
水体的污染衍生了更多环境污染问题，可以说控制水污染就是在改善人类生存环境。
水污染控制和水资源利用问题已提上世界环境组织的议事日程。
根据中国企业信息网络分析统计，以国人正常生活需求来看，我国全年缺水的总量约为350-450万立方米。
这场灾难比海啸还要严重。
水资源短缺和水污染日益严重，严重影响了中国人民的日常生活、建筑和经济发展业。
因此，建立符合中国国情的自动控制系统，对于减少工业废水处理成本、改良生存环境、建立和谐可持续的社会、加速中国经济发展具有重要意义。
1.4课题主要的设计内容
本课题的主要组成部分是工业废水处理过程的组成、工业废水处理及PLC控制系统的规划，其中包括以下内容:
（1）介绍了工业废水处理的基本环节，包括工业废水处理的发展水平和工业废水处理的技术流程;
（2）对工业废水处理硬件系统、主要硬件的选择、PLC主电路的结构和外部接线图进行了分析和设计;
（3）分析和设计了软件系统，编写了程序并说明了系统的工作过程;
（4）污水处理厂的触摸屏操作和模拟。
1.5本章小结
本章主要介绍了污水处理的背景，国内外研究现状以及污水处理的意义。
还简单介绍了污水处理系统设计的主要内容。
第二章污水处理系统的技术介绍
2.1常用的污水处理技术
因为工业污水处理的对象和条件不同，需要选择不同的污水处理程序，所以在选择工业污水处理工序时，一定要小心考虑当地的污水排放量的大小和工业污水处理的实际环境状况。
工业处理工序主要包括物理、化学、物理和化学处理方法。
根据不同情况，这些方法可以单独或与不同的废水混合使用。
通常的工业澄清程序如下：
（1）传统的活性污泥法。
传统的活性污泥工艺是最常见，其中一个最古老的工业废水处理是工业废水处理的重要组成部分:
沼气消化和沉淀池。
当微生物和有机物同时存在于曝气池中时，曝气池中的微生物会将废水中的有机物吸收，废水中的有机物质会被氧化成无机物质。
在污泥池内沉淀部分活性污泥法后，有机物去除率高、生化反应充分、能耗低、运行费用低等优点。
该工艺的缺点是:
普通通风池占地面积大，建设投资大，污水处理达不到国家标准，污泥屏障易于实施、污水中磷、氮的降解效果不明显。
（2）A/O法。
A/O工艺是一种工业澄清工艺，正在传统活性污泥法工艺的基础上逐步发展和应用，其中A指缺氧的，O指好氧的。
这是一种能较好地处理废水中氮浓度和氮含量，达到反硝化效果的硝化反应系统。
然而,生化反应系统必须得到很好的控制，这就对生化反应过程提出了更高的管理要求，也使生化反应过程处于极为不利的地位，增加了管理，增加了人员消耗，造成了经济损失。
这个系统的淤泥首先通过格子池去除大砂岩，砂岩上的生化反应。
最后用沉淀法将废水排出，剩余的污泥会回流。
（3）
法。
法中的
，也就是AA，前面一个A代表厌氧的物质，后一个A代表缺氧的物质；O表示好氧的物质。
是一种厌氧—缺氧—好氧工业污水处理方法。
主要用于处理含磷及含氮废水，尤为适用于对除磷及脱氮有严格要求的工业废水处理，一般首选
方法。
（4）A/B法。
A/B过程是吸附生物降解过程。
在此期间，可以去除一半以上的微生物。
B级污泥处理与传统的污泥去除方法相似，污泥负荷相对较高。
B区的功能是测试水质，污泥处理效果相对较好。
对于浓度较高工业废水的处理，AB法得到了广泛的应用，既节约了能源，又提高了经济效益。
利用污泥净化和利用沼气时，可以优先考虑其优点，但AB工艺的缺点是含有大量的污泥和许多有机物质。
因此有必要建立一个污水污泥处理系统。
然而这增加了投资成本和造成不必要的经济损失，而且还消除了A区的微生物，增加了碳消耗，增加了碳资源的使用，使得脱氮要求无法满足。
由于B段废水浓度不高，因此难以处理和利用其本身的好处。
一般而言，AB法较适合处理高浓度的大中型工业废水和后处理厂（如污泥硝化厂），节能效果明显，但一般不适合有反硝化要求的城市工业污水系统。
2.2本设计污水处理技术
SBR是一种周期性的活性污泥法处理方法，利用曝气器中产生的活性污泥法来处理废水。
与其他工艺不同的是SBR工艺是基于时间的，而传统的废水处理工艺采用室内模式。
无形的生化反应和完全静态的沉积已经用稳定的生化反应取代了传统的生物沉积。
主要特点是保持有序的间歇运行。
SBR工艺的主要部分是将SBR反应池、找平池、主污泥池、生物降解池和二级污泥池整合到主污泥池的慢回流系统中。
SBR工艺的特点如下：
1、理想的推流过程提高了生化反应性能和效率，厌氧和好氧条件处于恒定变化状态，生化反应进行地更彻底，清洗更干净。
2、处理效果好，废水静态，时间短，废水处理能力高，水质好。
3、它可以抵抗冲击。
经处理的水通常贮存在容器内，作为稀释及废水缓冲器
4、各种废水处理工艺能快速有效地适应水质和废水量，运行灵活快捷。
5、该SBR处理池处理设施不多，结构相对简单，便于日常操作和管理。
6、反应器内氧气和微生物浓度较高，可有效控制活性污泥法的增加。
7、SBR系统本身也适用于与其他有利于建设污水处理厂和其他污水处理厂的系统的联合施工。
8、脱氮除磷可以控制工作方式，进行好氧、缺氧和厌氧条件的间断变化。
脱氮除磷成功率高。
9、工艺流程简单，成本低。
主要设备简单，不需要沉淀池和清洗容器即可单独使用。
面积小，投资成本低。
由于上述技术特性，活性污泥法程序的适用范围已经扩大。
中小城市生活污水、工厂污水、工矿企业污水特别是不规则地段和不规则地段，以及污水处理能力变化较大的地段;在污水水质要求较高的地段，还要充分发挥水体中磷、氮的提取作用，防止江河湖泊丰富的生态旅游景观资源。
最后，如果水资源不足，废水处理产生的废水可以回用。
生物处理后的SBR系统可在不增加种植面积的情况下进行物理化学反应，减少经济损失，促进水循环。
该系统主要由格栅池、控制池、SBR反应池和脱盐池组成。
格栅池的主要功能是去除渣，也就是说，它很容易去除较大的污染物。
调节水池的主要任务是调节水质和水量。
SBR反应器的主要任务是测定盐浓度，最终确保废水的安全排放。
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
本章主要介绍了各种污水的处理技术，并详细介绍了污水处理技术及其流程图。
此污水处理工序间歇曝气式的SBR技术为主体，也是一种活性污泥法污水处理方法。
能够将生化反应进行得更加彻底，更好地处理各种有害物质。
第三章污水处理系统的控制设计方案
3.1污水处理系统的控制格式
即使社会和电子技术的飞速发展，控制要求始终是准确的。
由于这种控制系统不能满足污水处理行业的控制要求，它将被DSC、总线终端和PLC等控制系统所取代。
（1）DCS系统。
此系统通过网络技术手段，将现场控制器、检测站、操作站、控制中心等设施结合起来，共同工作一起实现分散分类、集中操作、集中控制等功能，并将其应用于正常生产过程，实现生产控制的自动化，提高了效率。
该系统的主要优点是具有分级分散控制、系统数量减少、信息传输均匀等功能，使得系统使用起来相对容易，并实现真正的分散控制，使系统风险分散，可靠性和广泛的硬件和软件资源能够满足不同的需求。
（2）现场总线控制系统。
现场总线控制是在DSC控制系统和PLC控制系统的基础上发展起来的。
根据地形控制系统，系统的数据传输取决于智能装置与电脑之间的数据传输和交换。
好处是你可以使用许多软件和硬件资源。
（3）PLC系统。
PLC是一种是控制加工系统的可编程序控制器，能够满足控制系统的控制要求。
你的主机通过网络连接到PLC上，依靠PLC和计算机实时监控生产过程，具有很高的可扩展性。
3.2控制方案的确定
1DCS系统与PLC系统的比较
DCS系统的缺点:
（1）从1到1的简单结构。
一对传输线，单向信号。
这种设计结构复杂，施工时间长，安装成本高，维护难度大。
（2）可靠程度不高。
模拟信号传输不仅不准确，而且更容易受到影响产生错误，为了提高抗干扰能力增加了成本。
（3）控制精度低。
在控制室，操作人员了解现场模拟设备的运行状态。
参数无法调整。
操作员失去了控制，因为他无法预测什么会失去操作员的控制。
（4）互用性欠差。
品牌不同的DSC系统之间不能相互替换使用。
PLC系统安全性高，每一个I/O输入输出信号光电分离，每个模块采取了保护措施，减小了噪声污染，引入高质量、高性能的电源开关，虽然控制器的模块结构满足大多数，排除了小型控制器单元类型，各种工业控制得到较好处理。
所述控制器的每个部分用电缆连接到所述框架。
系统规模大，功能强大，用户可根据实际需求进行组合。
2现场总线控制系统与PLC系统的比较
现场总线控制的缺点:
（1）当总线连接时，系统会产生无法预料的结果。
（2）在防爆应用中，现行的防爆规定限制了母线的长度和母线上的装置数量，限制了节能电缆在母线区域的作用。
（3）系统配置参数太复杂，不易被捕获，其设置对系统性能有很大影响。
PLC系统可以在更加恶劣的工业环境下直接操作。
只要将现场所有类型的设备连接到适当的PLCI/O终端，然后启动它。
所有类型的模块都有操作和错误指示器，使用户可以了解操作和发现错误，因此本文选择的系统是PLC系统。
因此，综上所述，PLC系统更适用于本文中。
3.3本设计的总体设计方案
大多数污水处理厂使用的PLC系统是三菱FX2N型。
控制系统的配置可由中央控制室框图中的装置控制。
电网槽、控制槽、反应槽的运行由液位控制，除盐槽的运行由液位控制和余氯计返回的盐浓度控制。
图3-1控制系统的结构图
3.4本章小结
本章简单的介绍了几种常见的控制系统:
DCS系统、现场总线控制系统、PLC系统，因为PLC系统的优点和PLC系统的构成步骤我们选择了PLC控制系统。
第四章硬件的设计
4.1污水处理的硬件组成部分
4.1.1格栅池
人们制造的生活垃圾中含有大量的污水，这些污水未经处理直接排入河流，不仅污染了我们的生存环境，而且会使河床越来越高，阻碍了水流的正常流动。
首先要将污水中的残渣去除，格栅完成主要的除渣任务。
格栅池中的格栅由双杠构成，双杠通常在下水道中成一定角度放置，以拦截废水中的大块废物，如家庭废物、大型工业废物等，然后将它们添加到网络池中，以防止阀门、管道和污水处理厂被划伤或损坏。
流经管网池的速度越慢，越有可能使流经管网池的水过分紧张，并使污泥在管网池中堆积，因此,下水道网塘的流速必须根据污水中污染物的组成、污泥和沙子的组成以及栅栏的距离来确定。
格栅池的作用是满足对炉渣和后续水处理结构的要求。
筛网清洗机的工作原理:
清网机由一套旋转伞链和耙齿组成。
由于所述马达，所述前齿沿逆流方向旋转。
当前的齿链通过折叠自行车的导轨和弯曲的轨道移动到设备的上部时，各组的前齿相对移动，大多数固体物质由于重力而下落下，而另一组落下，重力落下，扫路机向后运动，留在前齿上的碎片会被清除掉。
图4-1格栅除污机图
系统中带有有液位报警器，用于检测网络池中的水位。
一旦网络池中的水位高度超过规定的限度，报警器就立即会响起，系统将会自动停止运行。
工作人员会及时检查问题，如果问题得到解决，系统将重新投入运行。
4.1.2调节池
由于生活污水量的不稳定性和波动性，在污水处理厂前面设置一个调节池是十分必要的，用来调节进水和排水的流量，使管道和结构正常运行，不受工业污水或城市污水和生活污水的峰值流量或浓度变化的影响，每天24小时的水量和水质变化。
水量和水质的调节具有通风、沉降的作用，也可作为事故排水。
图4-2调节池工作示意图
4.1.3SBR反应池
SBR反应器内安装有曝气器，可由编程序控制器自动控制运行。
曝气器可以在每个需要工作的时间段内反应，投入工作。
污泥的厌氧消化特性不仅可以消化和分解有机物质，还可以通过污泥的稳定化过程提高污泥的稳定性，产生高热值的甲烷气体，进一步发挥污泥资源的作用。
处理系统的流程如下：
图4-3反应池处理系统流程图
从开始注水到结束排水是一个循环的过程。
同时对废水中的碳化物进行分解，对氮化物进行硝化和反硝化反应，最后实现脱磷反硝化的目的。
SBR反应池由SBR反应池的进水电机、空气压缩机、渣浆泵和水利用电机等部件组成。
4.1.4除盐池
如果废水在没有脱盐的情况下直接排放，当水的盐度足够高时，水生生物的生存空间就会改变，水生生物的细胞会失去大量的水分，各种生物便无法存活。
脱盐系统在脱盐后完成了脱盐过程。
如果该系统察觉到水中盐的浓度过高，系统自动关闭阀门，因为反渗透特性，水中中和和生化反应产生的多余碳氢化合物会被去除;如果该系统检测到盐浓度低，废水流过沟槽进入清洁水箱。
图4-4渗透原理图
渗透后两侧压力突然变化会损坏膜，为了避免这种情况的发生，应将海水淡化槽分开，这样辅助槽里都有一个部分渗透膜，加强了半渗透膜的使用寿命，从而节省了系统成本。
除盐池中主要部件是排水电机和余氯仪。
4.2设备的控制要求
1.网池中的废水水位由水位指示器确定。
当主井水位高时，关闭进水泵，水位低时，打开进水泵进行过滤。
2.控制池可缓冲废水的影响，储存未能预先处理的废水。
它也是由电平指示器控制的。
3.当污水达到一定水位时，开启SBR反应池进水阀门，停止注水。
中断进水阀门后，空气压缩机开始运转，给池内通气。
经过半个小时的曝气，关闭空气压缩机，反应池用废水沉淀，渣浆泵运行30分钟，将污泥排放到低位，停止排水。
4.脱水的水直接进入海水淡水池去除盐分。
当淡化池塘的排水量达到高水位时，脱水就停止了。
用余氯计测定了海水淡化池中的氯浓度。
当浓度较低时，放电电磁阀开始放电，当浓度较高时，放电停止。
4.3各类硬件的选型
4.3.1PLC选型
三菱FX系统中PLC取代了集成PLC和模块化PLC的优势。
每个模块包括基本单元、扩展单元和扩展模块。
高度和深度都一样，但宽度不同。
使用者不仅可以选择不同系列的部件，还可以选择不同的基本单元、扩展模块、扩展模块，使复杂控制系统具有不同的I/O点和不同的功能，这使得不同的三菱PLC配置成本高昂。
相比之下，它有一个灵活的通用系列设备配置。
例如，基本单元的整个结构采用模块化的PLC，高于模块化的社区PLC的成本性能。
FX2N-48MR型号的FX2N系列，由三菱公司制造，用于设计。
FX系列是三菱PLC系列的扩展，具有快速处理功能，可扩展许多特殊功能模块以满足个人需求，并为相应于最现代货币系列的工业自动化应用提供最大的灵活性和控制设备。
25个入口点，它也可以用来连接几个基本元素。
特殊应用，如模拟控制和位置，是一套能满足多种控制要求的PLC。
图4-5本系统选用的PLC型号图片
4.3.2电动机的选型
根据泵的类型、轴功率、转速和生产过程，根据发动机起动（有负荷或无负荷）、制动、运行和速度控制等要求选择电机的类型。
泵轴功率、扭矩、转速范围和频繁启动频率的条件，考虑到电机温升、过载和输出转矩的限制，必须根据实际条件合理选择电机功率，准确选择冷却通风系统。
根据实际所使用的环境条件，考虑温度、湿度、安装位置、尘埃、雨水等因素，确定所需的保护方法，确定电机的结构，最重要的是考虑电机的爆炸和保护程度。
为了首先确定电动机的电压水平，有必要明确该公司电网的电压标准和功率因数的要求。
电机的标称转速应根据泵组最大转速的确定和转速控制过渡过程的性能要求来选择。
另外，在选择电机时还要考虑电机的节能，并要考虑到简单方便的操作:
供电情况、备件的普遍性、安装维修困难、产品价格、施工费用、运行维修费用等。
就上所述，Y2-200L2-6E电动机可满足要求。
图4-6Y2-200L2-6E型电动机图
4.3.3泵的选型
1.采用独特的单、双轮结构，可以提高去除灰分的能力，实际上可以泵出纤维材料直径的五倍，泵内固体颗粒直径的50%。
机械密封采用新型坚硬耐腐蚀的钛酸钨材料制成。
泵安全工作时间超过8000小时。
整体结构紧密，体积不大，底部面积小，可以在水下长时间工作。
2.自动控制柜必须根据实际需要配置，自动保护水泵的渗水、漏水、过载和温度。
浮控开关可根据所需水位的变化自动控制泵的运行和关闭。
WQ型水泵可满足本系统要求。
图4-7WQ型水泵图
4.3.4曝气空压机的选型
旋转圆盘曝光装置的最大任务是将氧气注入水中，使废水槽内的污水形成流动，这样活性污泥不会沉降到底部，而且还可以让废水与氧气充分接触。
压缩机的生物作用主要是驱动气体输送装置。
在这个系统中使用的空气压缩机也称为通气鼓风机。
为了产生一定量的空气以增加水或液体中的溶解氧，通风空气压
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