基于PLC的SBR污水处理系统文档格式.doc
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关键词：
SBR，污水处理系统，自动控制
TheSBRSewageTreatmentSystemBasedonPLC
Abstract
Economicdevelopmentisadoubleedgedsword,inrecentyears,China'
srapideconomicdevelopmenthasbecomethesecondlargestworldpower.Waterforthepeoplelivinggettinghigherandhigher,andgraduallymovetowardsawell-offlife,butmoreandmoreseriousenvironmentalpollution,especiallypollutionofwaterresources.People'
shealthisgettingworse,howtodealwiththepollutionofwaterresourcesisveryimportant.SBRwastewatertreatmentisidealforthetown.Fastsafeandreliableareitsmainfeatures.MeanwhilePLCcontrolsystemwithautomaticcontrolcangreatlyreducecostsandreducelabor.Convenientisitsmainadvantage.
Keywords:
SBR,sewagetreatmentsystems,automaticcontrol
1绪论
水和人们的生活，尤其是越来越多的人对水和生命的需求在现代社会的生产。
然而，水资源是有限的。
据了解，中国的水资源平均占有2450吨，其中淡水约占有112间，在世界140个国家（参与调查的国家），中国仅占世界的1/4,属于世界水资源最贫乏的国家之一。
水资源在我国时空分布也很不均匀，500多个城市的全国短缺，其中多个严重缺水，尤其是严重缺水的中国北方，人均拥有量仅为240吨新鲜水。
令人堪忧的是：
水资源越来越贫乏，浪费却越来越恐怖。
过度开发水资源在中国北方，已形成一个漏斗地形，水位下降，干涸，河流断流，生态恶化的湖泊。
淡水资源的短缺已成为一个迫切需要解决我们的问题。
序批式活性污泥法（序批式反应器，简称SBR），满足中小城市（镇）污水处理，操作条件，小城市（镇）生活污水接近的基本特征的基本要求。
SBR工艺设定调整，初级沉淀，曝气，二次沉淀，并在单元格中其他进程，根据不同业务的不同时间序列，在体内细胞，而不另建二沉池，也并非所有的流程都需要特殊的回报污泥泵房，污水处理工艺简单，容易使结构占地面积小，布局紧凑合理，节省投资。
SBR工艺具有很好的稳定性，能够脱去水中的氮和磷，是一个很高端的科技系统。
SBR工艺这些优势展现了其强大的生命力和广阔的应用前景。
同时，SBR法本身也有一些缺点，主要表现为操作相对复杂，实现自动化控制高走。
因此，设计一个可靠，高效节能，低成本的控制系统是必要的。
可编程控制器是专为工业环境下应用，它可以使用的内存进行编程，PLC具有：
1可靠性高，抗干扰能力强；
2通用灵活；
3编程简单方便；
4功能完善，有非常强的扩展能力；
5易维护的设计，建造，调试周期短。
SBR建立使用PC和PLC控制网络的基于PLC的控制网络。
工控机作为上位机，PLC作为下位机，运用这种系统操作，可以大大的提高系统的稳定性。
PLC编程使用一个简单而实用的方法。
接收中央系统的命令，可以传输数据与中央系统联系，实现全智能化，快速准确稳定的运行。
不仅缩小成本减少劳动力，而且提高了工作效率。
2系统总体设计
格栅SBR曝气沉沙污水处理组成污水处理系统。
处理后的水可以再循环，以满足回收废水的要求。
粗格栅，细格栅可以用来处理污水中的滤悬浮物。
污染度严重的污水进入格栅曝气沉砂池后，预备曝气。
发挥预曝光曝气沉砂池曝气，沉淀，水的数量和质量的监管。
一个预曝气污水进入SBR池缺氧后后，需氧过程，如氮与磷此外，同时调节PH值，在标准反应污水通过滗析器排出。
反应偶然放电过程中产生的过量污泥
污水处理系统的工艺流程见图1。
污水
格栅
调节池
SBR反应池
排放
脱水
提升泵
外运
废渣
污泥
剩余污泥
电动阀门
图1工艺流程图
3控制系统设计
3.1格栅除污系统
生活污水中含有固体悬浮物，如饭盒，死鱼等，不及时对悬浮物进行处理会对污水处理系统的设备造成损坏。
格栅除污机主要作用是去除污水中杂物，防止设备受到损坏[2]。
3．2格栅除污机特点
1设备采用格栅可以起到过滤的作用，滤去大的物体，起到防止阻塞
2设备采用不锈钢材质栅条可用于高温高浓度液体筛选过滤。
3设备是彭形结构，面积大，利用率较高，缩减成本，性能佳的特性。
4设备不仅可以手动还可以自动，运用反冲喷嘴清洗格栅的堵塞杂物。
3.1.2转鼓格栅除污机工作原理
格栅除污机是由特殊齿轮组合而成。
在电机减速运动的带动下，齿轮逆水而行。
齿连运到设备的上部，槽轮及弯轨的指引，齿连之间会自动的清理，大部分因地球的引力落地。
清扫器逆向运动自动清扫剩余的部分。
耙齿链与格栅很相似，在水流方向上，在耙齿链轴上安装的耙齿间隙可以随机选择。
耙齿可以清楚水中的悬浮物体，保证水顺利的通过。
工作的过程可持续也可间断。
图3-1格栅除污机原理
3.1.3性能参数选择
根据实际需求，选择GSGZ1000型格栅除污机，电机功率1.1kw。
3.2调节池
调节池起到了越来越重要的地位。
污水的水流量不可能永恒不变，人们使用的水量也不可能是稳定的。
他们都具有随机性，所以不采用调节池会严重影响污水处理设备。
调节池调整水的量，甚至在游泳池水，污水可以更加均匀地进入后续处理单元。
曝气池系统的设施，快速的提高系统的稳定性，减少厌氧基础下的污水恶臭，减少了处理单元的未来的设计的工效，潜水污水泵设置为污水池的污水提升装置的后续处理
3.3SBR反应池
3.3.1SBR工艺简介
SBR是间断的控制系统污水处理。
SBR由曝气池沉淀池组成，这个系统会在一定的时间里充满污水，间断式的运做。
通过处理和沉淀一定时间后，从池中排除一定精液。
SBR由充水反应沉淀排闲置组成。
SBR六大特性：
1SBR处理工艺由曝气池沉淀池合成，不需要调节池，设置严谨，因此。
基建运行管理费用大大减少
2SBR系统对污泥的沉淀效率高，活性污泥菌胶团多，能够很好的预防污泥膨胀，出水的水质比较好。
3可以实现硝化，反硝化，具有脱氮除磷功效。
4操作很容易，多种运行方式并存，通过调节方式改变各阶段运行时间。
5耐冲击负荷强，由于高浓度污水是逐渐进入反应器，进反应器的原污水占感应器的左右，具有稀释作用。
6智能化优越，运用电动阀液位计电动计时器及可编程序控制器等自动仪表，使得工艺智能化，由中心控制室控制。
3.3.2曝气系统
多年来对曝气的研究。
能耗问题一直未能解决对曝气系统的改革与创兴迫在眉睫。
曝气设备络绎不绝的出炉,总体上可以分两种：
第1种是运用空气喷嘴产生空气泡将氧气传输进水溶液的方法,另称为射流曝气。
第2种是通过手动方式搅动污水产生气泡,称谓机械曝气系统.微孔曝气，曝气扩散头的布局和曝气系统具有节能的作用。
相较于传统的方式，现在的创新起到了很好的节能减排的作用。
这个改变节能达到21%。
算上混合用能,节能耗13%,自动控制系统运用于污水处理系统。
这个系统只有一个SBR反应池和一个曝气机来实现自动控制，在每个反应周期内，曝气机在相应的时间段内运行，并根据SBR反应池内水质调整曝气量，实现节能运行。
3.4排水系统
合理的控制排水，不仅把反应器的有效容积的优势，出水悬浮物SS键或控制。
如果漏过多或过快速排水，水会在排水更多SS的后半部分被夹带，因而不仅影响有机物质的治疗效果和影响磷的处理效果。
研究表明，如果污泥至6％的总磷含量（一般为6％至8％），如果SS10mg/L时，磷在水中的浓度使出0.6毫克/升。
合理的容量控制，排水需要提升，以确定一个合理的深度。
排水工作不仅与深度h的深度，而且还对污泥浓度和相关的特征。
在工程应用中H值为一般不超过反应器的总高度的40％。
排水结束后，进入空闲阶段。
在空闲周期中，活性污泥重新激活，以用于下一个循环作准备，同时不时根据污泥浓度污泥。
空闲期时随机性的，根据废水流量的大小来确定的空闲运行到下一个循环重新开始。
此系统运用旋转式滗水器，它拥有良好的性能，能通过滗水过程中使水呈现层叠的状态，下滑速度平稳，使出水量保持稳定。
结构：
滗水器驱动器由电机，减速器组成;
蜗轮，蜗杆，丝杆升降装置组成的;
四连杆机构，支管和水管排水，出水堰槽，浮标和排渣装置，根据轴承等组成的水。
滗水器通过旋转驱动器和四连杆机构，以直螺纹向上，向下运动转化为旋转运动堰沥去上清液倒出。
排渣装置浮在水面上，水下堰前面和侧面，形成浮渣的水面积，浮标漂浮在水面上，并能自动调节堰之间的距离。
驱动机构采用优质电机和减速机，也可以采用进口精密伺服电机和驱动器。
提升提升机构由蜗轮丝杆完成，拖放功能。
机架和中间部件为不锈钢棒及其他水面焊接，热镀锌。
水下部分和标准件为304不锈钢，排水管，排水干线等酸洗，钝化。
工作过程：
在曝气和沉淀阶段，滗水器位于主曝气区的最高液位之上。
滗水时，下降到水面以下进行排水当水位下降到最低水位，滗水器返回到初始位置。
性能特点：
滗水器不仅能够自动变速而且调整的范围广。
水位下降均匀不变与设备运行速度相同。
滗水行动速度是随机变化的。
与滑块升降装置不同，与气动或液压的升降装置也不相同。
可以防止水中杂物进入出水堰。
水下转动的部件密封性很好，使用寿命非常长，更换简易。
滗水器采用限位释放。
以防止仪器受到损害。
驱动机器稳定，耗能低，节能减排。
3.5系统所需设备仪表
实现系统的智能化必备几种仪器：
（1）液位计：
主要用来测量水位的高低，这个系统采用超声波液位计可以防止水中的杂质对其的影响，超声波测量的方式是发出信号到水的表面，计算其来回所需要的时间，从而知道水面的高度。
此方式快捷智能精准高速。
格栅前明渠内，调节池内和SBR反应池内分别需要一个液位计。
（2）污泥浓度计：
主要功能是检测污泥的混合度，用来调整运行所需要的时间。
（3）pH计：
主要功能是量出水性的酸碱度，当处于不正常的的范围时需要调节，防止水中的微生物发生死亡，影响处理效果．选用LP-3000C型pH计，该表解析度0.02pH，精确度等级±
0.04pH。
（4）溶解氧（DO）仪：
主要功能是测量溶解氧的含量在这个系统有着不可替代的作用，曝气机鼓风量是根据它来调整。
薄膜法和碘量法是溶解氧测定的主要方法，薄膜电极法是这次实验的方法。
（5）氧化还原电位检测仪：
。
以氧化还原电位测定的值作为脱磷除氮的依据，调整控制时间以达到所需效果。
（6）温度计：
基于活性污泥法原理是氧化还原反应，温度影响其反应，所以需要温度计对其监测。
温度传感器满足其需要，可以单独设置。
3.6参量的选择与测量
溶解氧，温度，酸碱度的值，氧化还原在污水处理起到了不可取缔的作用。
有机物的降解依据溶解氧或氧化还原电位。
事实证明：
SBR法反应过程中，ORP和DO这两个参数与COD浓度息息相关，在空气量稳定时，COD达到一定的浓度时，ORP和DO值急速升高，幅度逐渐趋于稳定，在特定值时会趋于直线。
SBR是依据ORP与DO数据变化而变化的11]。
ORP和DO物美价廉，反应迅速，易于与计算机接口相连接．SBR是以ORP和DO作为控制参数，在水无规则变化能够保证水质的质量同时能够在快速的曝气沉淀。
污水处理的主要原理是除去水中的有机物。
控制系统设计因为好氧菌，如氧气过小，以形成微生物絮凝物容易沉淀于直接的治疗效果的效果是很难做到的，微生物，需氧菌不会有助于微生物的生长降低的活性，它是太低了。
可能性，即不仅是高能耗，运行成本增加不仅增加了，絮状物混合物分散，过量的氧引起的虚线固液分离变得很难做到的。
因此，在水中的氧含量的控制是控制废水处理过程的更重要的任务之一。
其他重羊毛同一水质，温度，压力和通风溶解氧浓度，有着非常密切的关系呃。
这些变化的外部条件，溶解氧浓度也随之变化。
它是在污水处理过程控制系统，可自动调节，控制氧气的曝气池的方法的关键挑战之一。
4系统实现——PLC部分
4.1PLC选型
PLC是可编程控制器的简称，有下列优点:
1可靠性高，抗干扰能力强
2通用灵活
PLC控制系统是以程序控制的，改变程序很简单，工作量小。
3编程简单方便
PLC应用程序的编制和调试非常方便，编程可采用与继电接触器控制电路十分相似的梯形图语言，非常直观容易掌握。
4功能完善，扩展能力强
PLC输入输出非常简单，运用范围广泛，功能齐全。
5设计施工调试的周期短，维护方便。
4.2SBR控制系统流程图
开启SBR反应池进水阀门
关闭SBR反应池进水阀门
SBR反应池达到高水位
打开鼓风机
关闭鼓风机
曝气量达到要求
沉淀
开启滗水器
关闭滗水器
SBR反应池降至低水位
沉淀达到要求
图3控制流程图
4.3PLC梯形图程序
以S7—200系列PLC开发的STEP7—Micro/WINSP8为编程的软件，编程语言采用梯形图。
程序非常复杂，现在简要说明下栅格的梯形图。
其中，运用的输入输出地址如下图所示。
地址
注释
M0.3
自动方式启动标志
T38
粗格栅机停止时间定时
T37
粗格栅机运行时间
I0.0
急停
M2.6
粗格栅机停止标志
I3.0
粗格栅液位差机
I3.7
粗格栅机过载
I4.1
1#清污机过载
M0.4
粗格栅机运行标志
M0.5
1#清污机运行标志
C1
粗格栅机2h定时中间计数器
Q0.0
粗格栅机接触器
M2.7
粗格栅机定时脉冲计数
Q0.1
1#清污机接触器
5上位机与下位机的设计
5.1污水处理系统的上位机的监控系统
监控系统连接PLC和XP系统，使用显示器屏幕图形3DMAX制作工业控制计算机监视器。
其主要功能是控制主机参数污水站的数据采集和自动控制系统设置，监视状态下设备的操作和控制，绘制曲线的重要参数。
当主机PC监控机启动时，先输入管理员登录界面，输入正确的登入码，进入污水处理过程的监控界面，其中包括过程监控屏控制操作画面的过程中，实时曲线显示参数设置画面，报警画面等。
可以在这些屏幕之间自由切换。
在退出系统时，系统会要求您确认退出，以防止误操作
关于上位机的设计。
上位机是一种惯用的计算机。
为了更好的展现各种仪器运行操作,分为调节池，曝气池等画面。
参数的依据是由PLC控制的。
操作人员可以依据画面对系统进行全面监控，方便简洁，能够缩减劳动成本实现全智能化。
软件的启动初始时是主界面,可以很清晰地看见各种仪器运行情况和仪表的数据值。
同时可以观察各个分画面的情况,分画面可以观察传感器情况以及仪器的数据，同时还可以观察报警情况。
如“DO系统”,在反应过程中，溶解氧达到一定的数值时，曝气池反应可以依据其数值进行曝气，沉淀等一系列的操作。
5.2下位机设计
污水处理下位机软件的设计方式。
松下FP0型PLC是下位机软件设计的主要控制系统,它与现场的传感器、变送器、自动化仪表相连,进行数据的链接、数据处理和数据管理。
根据污水处理要求,PLC自我检查没有问题,外部信号通过传感器，仪表等传送给PLC,当电路出现问题时电动机将停止,同时发出信号。
PLC接受信号，处理后的数据用作阀门开关的重要依据,用自动控制系统的前馈和反馈系统作为出水的系统,系统准确无误保证水质的输出PH、DO等都采用闭环系统控制。
逻辑复杂的污水处理系统,阀门和液位之间息息相关,确定连锁和阀门之间的关系,采用控制点的方式将其连接,即可实现工艺要求。
模块化编程主要由信号获取处理、信号控制、故障模块的设计组成,与上位机通信的设计。
每个系统设备的功能模块都编制好后,在组织块中放入功能模块,PLC程序运行时,有规律的执行组织块中的所有功能模块,就可以实现对所有设备的自动或手动控制[8]。
5.3上位机与下位机之间的通信
5.3.1PLC的通信功能
PLC与计算机的联系方式主要运用计算机的串口来实施的。
计算机与PLC通信总数由差异，计算机与PLC联系以1：
1模式，一台计算机与多台PLC通信采用1：
N的模式。
本文采用1：
N的方式[9]。
同时，电脑运用RS-422/RS-232C适配器经过RS-422口和PLC连接，图形如下。
图6计算机与PLC连接图
5.3.2PLC的通信协议
松下电工的通信协议是FP系列PLC系统,由两个部分组成：
一部分是由PLC跟计算机的通信协议的MEWTOCOL-COM，另一部分是基于数据传输协议的MEWTOCOL-DATA[15]。
（1）MEWTOCOL-COM的中文翻译叫通信协议
①发送命令帧格式
电脑首先发出信号信息，输出的信号包括一些特殊标志码、PLC站号和呼叫字符等，具体格式如图7。
图7
②响应帧格式
，如PLC电脑接到呼叫后，首先判断是不是一个完整的信息，然后检查主叫分机号码不属于自己的站号，如果叫你自己，然后发送一个响应消息，否则忽略。
如果正常，PLC发送以下信息图8。
图8
在数据传输发生错误路径，会有PLC发出下面信息，如图9。
图9
（2）通信数据协议
主要应用于PLC和PLC之间或计算机之间发生数据传送的通信协议。
①发送命令帧格式，如图10。
图10
正确响应，如图11。
图11
错误响应，如图12。
图12
6通讯网络控制
中央监控管理级（工业计算机）、区域现场级、检测执行级（现场监测仪表）构成智能化系统且由三级计算机分散控制系统。
6.1中央控制室
一般来说,工控计算机、工业电视监控系统、不间断供电电源、打印机、网络控制设备、大型屏幕显示设备等构成核心控制室。
核心控制室的主要作用是接收现场控制的工艺参数和设备状态子站传输的各个阶段，为生产管理提供基础;
根据工艺要求的流程管理，现场控制分站发出，通过工控机的控制命令;
另一种工业计算机与数据记录，报表打印，趋势查询，如警方的询问和确认功能;
工业计算机监控软件，数据变化也可以在这里;
这也是卓越的企业管理和通信网络将信息提供给生产单位的上级管理等工作[16]。
核心控制室以工控机为大脑，101M交电脑局域网络，通过光纤冗余环网和工业以太网交换机，为每个枝干的控制室提供有效地数值。
采用监控系统对每个生产车间及各个监控系统进行监控。
可以采用摄像模式对其进行监督。
热红外线监控系统是目前最高端的监控仪器，可以24小时无间断的摄像监控，并且可以切换窗口进行多地区的监控。
安全可靠，高速精准，智能化程度高，减少劳动力。
6.2控制分站
可编程PLC是由一组分站控制的，当地的运营商系统的连续电源UPS，分布式或远程I/O单元。
控制子站随着区域生产工艺设备布局变化而变化。
中小型污水处理厂一般设置2-4个控制子站。
每个控制站，负责控制所有自动化设备的相应区域，控制分站的主要作用是接收现场采集上传到通过网络中央控制室的生产数据和生产数据，接收由发出控制指令中央控制室内完成对现场设备的控制操作。
6.3现场监测仪表
在处理过程中现场监测仪器是在线测量操作，监控，显示过程参数的关键数据链路运行自动化的智能型仪表，数据采集是最基础的来源[17]。
现场监测仪器，可分为两类：
（1）反映了仪器的物理参数，包括压力计，流量测量仪器，温度测量仪器，液位测量仪器。
（2）反映水质的仪器，主要由溶解氧分析仪，酸度，污泥浓度计，检测器和其他设备组成。
仪表的维护应该按照生产厂家提供的维修与维护说明书、手册进行。
每天查看、按时清洗、留意校验标定,做好维修计划,保证仪表的正常运行。
图13控制系统结构图
污水处理和污泥处理由中央控制室操作站监督,是计算机的核心。
中控室操作站和模拟屏之间通过RS232进行串行通信。
大部分污水处理厂以工业以太网连接中央控制室与控制分站的数据传送,传送速率大概是101Mbps,这种系统稳定可靠[18]。
控制系统图如下。
结束语
此文通过PLC对污水处理厂进行自动控制，通过调试和运行，这个控制系统几倍达到预期的效果，系统具有很高的可靠性，基本上可以实现污水处理厂的自动化，大大的缩减了劳动力,并且很大程度上提高了污水处理厂的运行效率效益,科学的实现了污水处理厂的系统。
其中,PLC担当了重要的角色。
缩减了成本。
科技是检验真理的唯一标准，与传统继电器控制相比，节省了大量的设备和劳动力，提高了自动控制的快速性准确性和可靠性，同时保障了设备的运行安全，收到了良好的经济效益和社会效益。
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