（资料）工业污水处理自动控制系统(毕业设计论文).doc

（资料）工业污水处理自动控制系统(毕业设计论文).doc

《（资料）工业污水处理自动控制系统(毕业设计论文).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（资料）工业污水处理自动控制系统(毕业设计论文).doc（55页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕业设计说明书（毕业论文）

工业污水处理自动控制系统

摘要

近年来,污水处理厂已成为各个城市最重要的基础设施之一。

尤其是中小城市,新建或扩建污水处理厂已成为当地政府改善人民生活水平的头等大事。

随着自动化技术、计算机技术的不断发展、完善,污水处理厂的自动化水平也相应提高。

而PLC控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点，在工业控制中得到了越来越广泛的应用。

本文主要介绍了污水处理厂自动控制系统的组成、功能及如何利用PLC实现自动控制,并介绍了在系统实施中遇到的若干问题及其解决措施。

在污水处理中采用PLC控制系统改造后，提高了自动控制的可靠性,不仅减轻了工人的劳动强度,而且提高了污水处理厂的运行效率和运行效益,实现了污水厂生产管理的科学性。

关键词：

PLC；污水处理；硬件

毕业设计说明书（毕业论文）

Industrialwastewatertreatmentautomaticcontrolsystem

Abstract

Inrecentyears,sewagetreatmentplanthasalreadybecomeoneofthemostimportantinfrastructuresineverycity,andespeciallyinsmallandmedium-sizedones,tobuildandexpandsuchplantshasbeenonthelocalgovernments’topagendatoimprovepeoples’life.Withthedevelopmentandimprovementofautomationtechniqueandcomputertechnology,automationlevelofsewagetreatmentplantshasalsomadeacorrespondingleap.WhilePLChasseriesofmeritssuchas:

maturetechnique,fineuniversalproperty,highreliability,flexibletoinstall,convenienttoexpand,excellentcostperformance,etc,whichhaveenableditgainamoreandmorewidespreadapplicationinindustrialcontrol.Thispaperwillmainlyintroducethecompositionandfunctionoftheautomaticcontrolsysteminsewagetreatmentplantsandseveralproblemsthatmayoccurinthepracticaluseofthesystemandthepossiblesolutionstothem.SincethetransformationbyemployingPLCcontrolsysteminsewagetreatment,thereliabilityofautomaticcontrolhasbeenadvanced,whichhasnotonlyreducedworkers’workintensity,butalsoimprovedtheoperationalefficiencyofthesewagetreatmentplants,thushasmadethescientificadministrationofmanufacturinginsewagetreatmentplantspossible.

Keywords:

PLC;Sewagetreatment;Hadware

毕业设计（论文）

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章绪论 5

1.1工业污水处理的国内外现状 6

1.2课题的背景 6

1.3研究目的和意义 7

第二章工业污水处理控制系统工艺流程的介绍 9

2.1工业污水处理基本概念 9

2.2常用的工业污水处理工艺 10

2.3本设计系统工业污水处理工艺及描述：

12

2.4工业污水处理系统控制形式 13

2.5工业污水处理系统的功能要求 14

2.5.1信号输入 15

2.5.2控制输出信号 15

第三章硬件设备配置 16

3.1主要组成部分 16

3.2电气控制系统 17

3.3工业污水处理自动控制系统的工作原理 18

3.3.1控制系统总体框图 18

3.3.2工作过程 18

3.3.3工业污水处理系统主电路设计 19

3.4PLC的应用 19

3.4.1PLC简介 19

3.4.2PLC选型 23

3.4.3PLC的I/O资源配置 24

3.5其他硬件的选型 26

3.5.1电动机的选型 26

3.5.2.接触器的选型 29

3.5.3时间继电器选用 30

3.5.4变频器的应用 30

3.5.5液位差计 34

3.5.6软启动器的应用 35

第4章软件系统设计 41

4.1总体流程设计 41

4.1.1手动模式 41

4.1.2自动模式 42

4.2曝气过程控制的任务 48

4.3氯气投加环节 49

4.4絮凝剂投加环 49

4.5PID控制 50

4.6PLC和变频器，软启动器通讯 51

第5章调试和运行结果 53

5.1硬件系统的调试 53

5.2软件系统的调试 53

5.3运行结果 54

结论 56

参考文献 57

致谢 58

第一章绪论

水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。

然而，水资源是有限的。

据报道我国人均拥有淡水量为2400吨，为世界平均值的1/4，在全球149个国家（参与统计国家中），我国人均淡水资源位居110位，属于淡水资源贫乏的国家。

而且我国水资源时空分布极不均衡，全国500多个城市缺水，其中多个严重缺水，北方地区缺水现象尤其严重，人均拥有淡水量仅有240吨。

令人担忧的是淡水总量日益减少，用水成本不断升高，淡水的浪费非常严重。

我国北方地区水资源的超采，己形成漏斗地势、水位下降、湖泊干涸、河水断流、生态恶化。

淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题【1】。

我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。

随着社会的发展，水资源已经成为影响工业发展的重要因素，现代工业中生产工艺和设备对水质要求越来越高。

但是我国工业用水耗费高，重复利用水少，中水使用率不高，有关资料显示，我国的工业用水重复利用率平均为40%~50%【2】。

目前全国城市废水的处理率（达排放标准的）仅有10%左右，其余的污废水都直接排入河川、湖泊、海洋。

耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国工业系统水资源利用的突出问题。

严重的环境污染使有限的水资源日益减少、水质日益恶化，无疑是“雪上加霜”。

据统计，由于水质污染，我国已有大约3亿人的饮水发生不安全现象，其中1.9亿人的饮水是超标水。

气象学家预测，2100年全球变暖加剧，地表将有1/3的面积变为沙漠，那时，干旱将威胁全球一半的大陆人类的生存【3】。

这些现象都是水污染产生的严重后果，因此工业污水处理项目的实施已经刻不容缓。

众多迹象表明，水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈，因此世界各国越来越重视水处理和水的再利用，通过各种技术进一步提高供水质量，提高经济效益。

并且工业污水处理过程中，经过厌氧和好氧处理，污水中的热量、沼气等再生能源可以为工业生产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的。

随着环境保护的呼声越来越高，工业污水处理已经体现出其必要性和紧迫性，对于各种污水进行处理后排放成为各企业基本的要求。

在工厂的工业污水处理过程中，污水来源的不稳定以及工厂中各种污水的成分的复杂性，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工业污水处理的国内外现状

我国工业污水处理大多经历了以下几个过程20世纪70年代初全国各地陆续建立了“三废治理”和环境保护机构开始了工业污水治理工作与“三同时”（即一切企业，事业单位在进行新建，改建和扩建时，其防止污染和其他公害的设施，必须与主体工程同时设计，同时施工，同时投产）的要求，特别是80年代以来至90年代初，水污染防治法规和标准逐步完善，建设项目环境影响评价，排污收费，排污许可证，限期治理等环境管理制度相继建立，更加速了工业污染治理进程。

几十年来全国共投资370多亿元，修建了44861套工业废水处理装置，处理废水能力达到6520万立方米每日，占全国工业污水污染源约60%【4】。

在工业产值翻了两倍的情况下，全国工业废水的：

酚酞，氰化物，汞，砷，络，镉，铅等其中有害物质的排放量，分别下降了39%—91%。

90年代初期，在工业污染防治工作中，又提出了必须实行“三个转变”的方针，即从末端治理向生产全过程控制推行清洁生产转变；从点源治理向点源治理与集中治理相结合转变；从浓度控制向浓度控制与总量控制相结合转变，从而使工业废水治理工作能够取得更大效益。

国际上，大规模的水污染治理是在第二次世界大战后，随着50年代经济的蓬勃发展带来的60年代日益严重性的环境污染而展开的。

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水污染控制中发挥着骨干作用。

至70年代末，美国投入了数千亿美元兴建了18000余座城市工业污水处理厂，英国、法国、德国更耗费了巨额资金兴建了7000至8000座城市工业污水处理厂【5】。

这些工业污水处理厂的投入对国家的水体污染改善起了关键的作用，也为人类治理水污染积累了丰富的经验。

现在，这些国家的工业污水处理水平又有了进一步提高，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护起了重大的作用。

1.2课题的背景

未来10年，中国工业污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，其中工业污水处理设备投入约300亿元。

采用先进、实用的技术改造传统工艺，在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术，是推动环保产业升级，实现环保发展战略的重要环节。

在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。

对于环境保护问题，国务院明确规定所有工业污染源都必须达到排放标。

其中处理过的污水还可以循环再利用，由于我国是一个水资源匮乏的国家，而且时空分布上极不均匀，许多地区和城市严重缺水。

所以水资源也是一种保护。

因此，从环保、注水等多方面的因素考虑，对于工业污水处理非常有必要。

因此，有效的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、PLC控制系统技术，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

世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程度的环境污染，污水也是造成环境污染的来源之一。

这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。

我国是一个严重缺水的国家，虽然我国年平均水资源总最为28000亿m2，居世界第6位，人均水资源量为2220m2，居世界第110位，已经被联合国列为世界上13个缺水国家之一。

目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水城市有50个。

据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总里约为300亿～400亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达2300亿。

超过洪涝灾害。

水沟的匮乏和水资源的污染，己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建设和发展。

因此建设符合我国国情的污水厂自动控制系统对降低工业污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会和和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。

课题主要设计的内容

本课题主要设计的内容是工业污水处理工艺及工业污水处理系统的组成和PLC控制系统设计,主要由以下内容组成：

（1）介绍了工业污水处理的基本内容，包括工业污水处理的发展现状以及工业污水处理的工艺流程；

（2）介绍了PLC的基本结构和工作原理，并对工业污水处理控制系统进行设计分析；

（3）具体分析设计工业污水处理的硬件系统；

（4）具体分析设计工业污水处理的软件系统；

（5）工业污水处理系统的调试与运行。

第二章工业污水处理控制系统工艺流程的介绍

2.1工业污水处理基本概念

城市污水、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。

污水的污染物按化学成分，污水中的污染物质可分为无机性和有机性两大类，无机污染物有矿粒，酸，碱，无机盐类，氮磷营养物及氰化物，砷化物和重金属离子等。

有机物的污染物有碳水化合物，蛋白质，脂肪及农药，芳香族化合物，合成聚合物等。

在污水中有大量的有机物其中一部分在水体中因微生物的作用而进行好氧分解，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。

进行好氧分解时水中溶解氧降低，甚至完全缺氧。

在无氧是进行厌氧分解，放出恶臭气体，水体变黑，是水中生物灭绝。

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-chemicalOxygenDemand,BOD）mg/L、化学需氧量（ChemicalOxygenDemand,COD）mg/L、总有机碳（TotalOrganicCarbon）mg/L、总需氧量（TotalOxygenDemand）mg/L。

虽然BOD20。

能较精确地描述污水的生化需氧量，但其测定的时间太长，需20天。

考虑到好氧分解速率一般在开始的几天最快，在20℃温度下，污水五日生化需氧量（BOD5），约占BOD20的70%～80%，因此把BOD5作为衡量污染水的有机物浓度指标，工业污水的BOD5为比较大有的高达数千mg/L。

化学需氧为量（COD）—即高温，有催化剂及强酸环境下，强氧化剂氧化有机物所消耗的氧量，单位为mg/L。

对于同类污水化学需氧量一般高于生化需氧量。

其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。

2.2常用的工业污水处理工艺

污水处理任务是采用各种方法和技术措施将污水中所罕有的各种形态的污染物分离出来或将其分解，转化为无害和稳定的物质使污水得到净化，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当地污水的情况，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。

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曝气池与沉淀池，主要处理部分关系框图如图2.1所示。

曝气池

（微生物吸附有机物氧化为无机物）

沉淀池

（活性泥下沉）

回流活性泥

原污水

清水排出

图2.1传统活性污泥法工艺流程图

将空气连续鼓入含有大量溶解有的有机物在曝气池中，经一段时间，水中即生成繁殖有大量好氧性微生物的絮凝体——活性污泥，活性污泥能够吸附污水中的大部分有机物，生活在活性污泥上的微生物以有机物为食料，获得能量，有机物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，满足国家标准相关指标范围小、易产生污泥膨胀现象，磷和氮的去除率低。

（2）A/O法。

A/O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），O代表OXIC（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----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：

图2.2A/O法工艺流程图

（3）A2/O法。

A2/O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A2，即A-A，前一个A代表Anaerobic（厌氧的），后一个A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的）。

A2/O是一种厌氧—缺氧—好氧工业污水处理工艺。

A2O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/O工艺。

其工艺流程图如图2.3所示。

厌氧池（A）

二沉池

缺氧池（A）

好氧池（0）

进水 出水

混合液回流

活性污泥回流

图2.3A2/O法工艺流程图

（4）A/B法。

A/B法是吸附生物降解法的简称，属超高负荷活性污泥法，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。

高负荷段停留时间约为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时，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BOD，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，污水流至单一反应池中，按时间通过程序控制各过程。

在反应池的一个工作周期，运行程序依次为进水，反应，沉淀，出水和待机等过程，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，又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时间顺序来分割流程各单元，以时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而言是间歇进行的，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。

该法适用于中小水量和出水水质要求较高的场合，有利于自动化控制；通过对运行的调整，该池可进行除磷脱氮和化学处理有利于污水回用。

2.3本设计系统工业污水处理工艺及描述：

进入污水处理厂的原污水先通过格栅在这里按照格栅两端的水位差，水位差到一定高度的时候格栅开启电动机开始启动，一般设置机械格栅除污机，去除污水中的悬浮物。

然后经过沉淀池;是预先沉降分离去除污水中的砂粒，以保护管道、阀门、机泵等设施免受磨损和阻塞，否则会影响后续处理设备的正常运行经过沉砂池的污水进入提升泵房，有五台排污泵，三台启动两台备用，按照水位的高低和运行时间的累计启停排污泵，主要的作用是利用排污泵将提升到较高的位置进行处理以免污水回流，经过提升泵房的污水进入初次沉淀池，在这里通过重力沉降去除污水中的悬浮物，残留的可沉淀的并去除液面浮渣，同时去除一部分有机污染物。

经过初次沉淀池的污水流入到曝气池中，曝气池中利用微生物进行生物处理，要促进有机物化合物分解为最终的无机物，为此需要大量的活性污泥和提供微生物繁殖的足够氧气，促使有机物降解，在曝气池中禁止有死角存在，经过曝气处理后的污水进入到二次沉淀池，二次沉淀池是分离水和活性污泥的构筑物，在这里靠旋转刮泥桥将沉淀的活性污泥刮入中心泥斗中，这些活性污泥大部分送至曝气池中（回流污泥）另一部分剩余的污泥送到浓缩池中进行浓缩。

在二次沉淀池中还要做一项工序是进行酸碱中和。

经过二次沉淀池的污水就比较比较干净的了，就进入接触池，接触池的作用是取样间，取出一些水进行化验取样，检验是否达标。

然后进入加氯加药间，进行最后的一层消毒就可以回收利用了。

本工业污水处理工艺流程图如下图2.4所示：

格栅

沉砂池

提升泵

初次沉淀池

污泥处理回用

污泥回收利用

加氯间

接触池

二次沉淀池

回用水

曝气池

图2.4工艺流程图

2.4工业污水处理系统控制形式

20世纪60年代以前流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制，但随着电子技术的飞速发展，控制要求的不断提高，继电器控制需要经常的重新设置和安装从而延缓了控制系统的时间，所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的机电控制系统，，取而代之的是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之间，以及智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而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，其特点去下：

可靠性高，应用灵活使用方便，面向控制过程的编程语言，容易掌握，易于安装，调试，维修，网络功能强大，体积小重量轻。

2.5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，输出符合国家标准的水质。

长期以来，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、设备运转率低等极大地影响了城市发展。

为实现工业污水处理技术的简易、