PLC的工业污水处理控制系统的设计
PLC的工业污水处理控制系统的设计[20200128191109]
【摘要】
在最近的几年来，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三活水平的头等大事。本文介绍了工厂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及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计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。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号，然后按照工艺要求设计PLC控制系统，其他包括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制PLC程序。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】PLC污水处理工艺和流程
引言 1
(一) 水资源基本情况 1
(二) 水污染概述 1
(三) 课题的背景 1
(四) 研究目的和意义 1
(五) 课题主要设计的内容 2
一、 PLC概述 2
（一）PLC的基本概念 2
（二）PLC的基本结构 2
（三）PLC的发展历史及趋势 2
（四）PLC选型 3
二、工业污水处理控制系统的设计 3
（一）工业污水常用处理工艺 3
（二）工业污水处理工艺及描述 5
（三）工业污水处理控制系统的选择 6
三、硬件系统设计 6
（一）主要组成部分 6
（二）电气控制系统 8
（三）工业污水处理系统的工作原理 8
（四）PLC的I/O资源配置 11
四、软件系统设计 14
（一）总体流程设计 14
（二）曝气过程控制的任务 20
（三）氯气投加环节 20
（四）絮凝剂投加环 21
（五）PID控制 21
（六）部分梯形图设计工作原理 21
五、软件系统的调试 23
(一)软件系统的调试 23
（二）调试中出现的问题及解决方案 23
（三）调试结果 23
结论 24
参考文献 24
附录一 梯形图 25
致 谢 30
引言
(一) 水资源基本情况
我国的“水”存在两大主要问题：一是水资源短缺，二是水污染严重。为缓解严峻的水形势，一是节水优先，二是治污为本。三是多渠道开源。另外，现世界各国纷纷转向非传统水资源的开发。包括：雨水、再生的污废水、海水、空中水资源。
(二) 水污染概述
水污染是指污染物进入水体，引进水质恶化，使水的使用价值降低的现象。水污染一般指:①水中污染物的数量超过了水体自净能力；②污染物数量达到破坏水的原有用途的程度；③污染物含量超过了水中该物质的本底值，影响了水的用途。水污染类型划分水污染类型的方法很多，主要有：①按水存在形式分，有地表水污染与地下水污染；②按污染物划分，有汞污染，酚污染、有机物水污染、热污染等；③按污染物属性划分，有物理水污染、化学水污染和生物水污染；④按水域分类，有河流污染、湖泊污染、水库污染、海洋污染等。污染物来源：①工业废水；②农田排水；③生活污水；④城市垃圾和工业废渣；⑤大气。
(三) 课题的背景
有关资料显示，我国的工业用水重复利用率平均为40%-50%。目前全国城市污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人类的生存。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。
(四) 研究目的和意义
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5O个。据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为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。水资源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。
(五) 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。
一、 PLC概述
（一）PLC的基本概念
可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，简称PLC。它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机的简称PC混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
（二）PLC的基本结构
PLC实质是一种计算机，其硬件结构与微型计算机差不多相同。中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映像区或数据寄存器内。当所有的用户程序执行完毕，最后将I/O映像区的各输出状态传送到相对应的输出装置，就这样循环运行，一直到运行结束。
（三）PLC的发展历史及趋势
20世纪70年代，更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了PLC在现代工业中的地位。20世纪80年代，PLC特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。上世纪80年代至90年代中期， PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20末期，PLC的发展特点更加适应于现代工业的需要。如今，PLC在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了辉煌的发展。
PLC未来展望：21世纪，PLC会有更大的发展。目前的计算机集散控制系统中已有大量的PLC应用。随着计算机网络的发展，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
（四）PLC选型
三菱的PLC与西门子的PLC功能是大同小异的，西门子比较复杂一点，对于我们来说对三菱的PLC有更多了解，对于操作那些污水处理的程序也是一样，再加上三菱的成本也是比较便宜的。综上考虑，我认为三菱的PLC更适合我研究。
二、工业污水处理控制系统的设计
（一）工业污水常用处理工艺
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沼气池与沉淀池。如图1所示。
图1 传统活性污泥法工艺流程图
2.A/O法
A/O法是在第一种处理工艺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）。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的反硝化反应系统，很好的处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是此反应系统需要得到很好的控制，它的缺点就是需要更高的管理要求。如图2所示。
图2 A/O法工艺流程图
3.A/B法
A/B法是吸附生物降解法的简称。其中A代表（Anoxic）缺氧的，B代表（Biodegradability）生物降解。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。（BOD是生化需氧量或者生化耗氧量的简称。表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。它也是一种环境监测指标，用于检测水体中有机物的污染状况。）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法适用性高，而且节能好。但是，AB法缺点就是污泥产量大。另外，由于A段去除了较多的BOD，导致碳源不足，难以实现脱氮工艺的要求。由于污水浓度低 ，B段也难以发挥优势。
【摘要】
在最近的几年来，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三活水平的头等大事。本文介绍了工厂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及相关流程，控制系统硬件结构及设计、工作原理以及设计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。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号故障信号，然后按照工艺要求设计PLC控制系统，其他包括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制PLC程序。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】PLC污水处理工艺和流程
引言 1
(一) 水资源基本情况 1
(二) 水污染概述 1
(三) 课题的背景 1
(四) 研究目的和意义 1
(五) 课题主要设计的内容 2
一、 PLC概述 2
（一）PLC的基本概念 2
（二）PLC的基本结构 2
（三）PLC的发展历史及趋势 2
（四）PLC选型 3
二、工业污水处理控制系统的设计 3
（一）工业污水常用处理工艺 3
（二）工业污水处理工艺及描述 5
（三）工业污水处理控制系统的选择 6
三、硬件系统设计 6
（一）主要组成部分 6
（二）电气控制系统 8
（三）工业污水处理系统的工作原理 8
（四）PLC的I/O资源配置 11
四、软件系统设计 14
（一）总体流程设计 14
（二）曝气过程控制的任务 20
（三）氯气投加环节 20
（四）絮凝剂投加环 21
（五）PID控制 21
（六）部分梯形图设计工作原理 21
五、软件系统的调试 23
(一)软件系统的调试 23
（二）调试中出现的问题及解决方案 23
（三）调试结果 23
结论 24
参考文献 24
附录一 梯形图 25
致 谢 30
引言
(一) 水资源基本情况
我国的“水”存在两大主要问题：一是水资源短缺，二是水污染严重。为缓解严峻的水形势，一是节水优先，二是治污为本。三是多渠道开源。另外，现世界各国纷纷转向非传统水资源的开发。包括：雨水、再生的污废水、海水、空中水资源。
(二) 水污染概述
水污染是指污染物进入水体，引进水质恶化，使水的使用价值降低的现象。水污染一般指:①水中污染物的数量超过了水体自净能力；②污染物数量达到破坏水的原有用途的程度；③污染物含量超过了水中该物质的本底值，影响了水的用途。水污染类型划分水污染类型的方法很多，主要有：①按水存在形式分，有地表水污染与地下水污染；②按污染物划分，有汞污染，酚污染、有机物水污染、热污染等；③按污染物属性划分，有物理水污染、化学水污染和生物水污染；④按水域分类，有河流污染、湖泊污染、水库污染、海洋污染等。污染物来源：①工业废水；②农田排水；③生活污水；④城市垃圾和工业废渣；⑤大气。
(三) 课题的背景
有关资料显示，我国的工业用水重复利用率平均为40%-50%。目前全国城市污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人类的生存。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。
(四) 研究目的和意义
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5O个。据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为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。水资源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。
(五) 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。
一、 PLC概述
（一）PLC的基本概念
可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，简称PLC。它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机的简称PC混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
（二）PLC的基本结构
PLC实质是一种计算机，其硬件结构与微型计算机差不多相同。中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映像区或数据寄存器内。当所有的用户程序执行完毕，最后将I/O映像区的各输出状态传送到相对应的输出装置，就这样循环运行，一直到运行结束。
（三）PLC的发展历史及趋势
20世纪70年代，更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了PLC在现代工业中的地位。20世纪80年代，PLC特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。上世纪80年代至90年代中期， PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20末期，PLC的发展特点更加适应于现代工业的需要。如今，PLC在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了辉煌的发展。
PLC未来展望：21世纪，PLC会有更大的发展。目前的计算机集散控制系统中已有大量的PLC应用。随着计算机网络的发展，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
（四）PLC选型
三菱的PLC与西门子的PLC功能是大同小异的，西门子比较复杂一点，对于我们来说对三菱的PLC有更多了解，对于操作那些污水处理的程序也是一样，再加上三菱的成本也是比较便宜的。综上考虑，我认为三菱的PLC更适合我研究。
二、工业污水处理控制系统的设计
（一）工业污水常用处理工艺
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沼气池与沉淀池。如图1所示。
图1 传统活性污泥法工艺流程图
2.A/O法
A/O法是在第一种处理工艺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）。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的反硝化反应系统，很好的处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是此反应系统需要得到很好的控制，它的缺点就是需要更高的管理要求。如图2所示。
图2 A/O法工艺流程图
3.A/B法
A/B法是吸附生物降解法的简称。其中A代表（Anoxic）缺氧的，B代表（Biodegradability）生物降解。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。（BOD是生化需氧量或者生化耗氧量的简称。表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。它也是一种环境监测指标，用于检测水体中有机物的污染状况。）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法适用性高，而且节能好。但是，AB法缺点就是污泥产量大。另外，由于A段去除了较多的BOD，导致碳源不足，难以实现脱氮工艺的要求。由于污水浓度低 ，B段也难以发挥优势。
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