摘 要 如今，我國多數(shù)污水處理控制系統(tǒng)自動化水平低、安全性不高、管理不當，效率明顯低于世界標準。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 這些 問題是急需 要解決的。中國污水處理自控系統(tǒng) 比較 落后，污水處理成本 高，污水廠排放處理過的污水 水質(zhì)不穩(wěn)定，所以如何建立 良好 有效的自控系統(tǒng)， 提高 運行效果， 降低 運行費用，具有 非常重 要 的 意義。 本文介紹了 工廠污水處理的基本工藝流程，并進行 研究設(shè)計一 種 基于 PLC控制的污水處理方案。文章最先描述 了 基于 PLC污水處理 控制系統(tǒng)的 相關(guān)工藝及流程，控制系統(tǒng) 硬件結(jié)構(gòu) 及設(shè)計 、工作原理以及 設(shè)計 PLC控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，從而 說明 PLC在污水處理過程中的應(yīng)用。然后依據(jù)污水處理要求設(shè)計設(shè)備的電器控制與自動控制線路，主要包括設(shè)備的啟停、狀態(tài)故障信號 和信號 的 采集等，最后按照工藝要求設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)，其中包括 PLC的選型、系統(tǒng)資源配置和根據(jù) 污水處理工藝編制 PLC程序。 關(guān)鍵詞： 污水處理； PLC；工藝流程 3 Abstract Today, the majority of our sewage treatment control system low level of automation, security is not high, mismanagement, the efficiency lower than the standard markedly. Sewage disposal system in the aeration process control, data communications and monitoring and management of these problems are urgently needed to be addressed. Sewage treatment automatic control system in China is relatively backward, the high cost of sewage treatment, wastewater treatment plant discharge treated effluent quality is not stable, so how to create a good and effective automatic control system, improve operating results, lower operating costs, has a very important significance. This article describes the basic process of the plant sewage treatment and research to design a wastewater treatment program based on PLC control. The article first described the sewage treatment control system based on PLC technology and processes, the basic principles and steps of the control system hardware architecture and design, working principle and design of PLC control system, which can show that the application of PLC in the sewage treatment process. Requirements of the Sewage design electrical control equipment and automatic control circuit, including the start and stop, the status fault signal and signal acquisition, the final design of PLC control system in accordance with the process requirements, including the PLC selection, system resource allocation PLC program and the preparation of the sewage treatment process. Keywords: sewage treatment,； PLC,； process 目 錄 摘 要 . V ABSTRACT . VI 1 緒論 . 1 1.1 工業(yè)污水處理的國內(nèi)外現(xiàn)狀 . 1 1.2 課題的背景 . 2 1.3 研究目的和意義 . 2 1.4 課題主要設(shè)計的內(nèi)容 . 3 2 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹 . 4 2.1 工業(yè)污水處理基本概念 . 4 2.2 常用的工業(yè)污水處理工藝 . 4 2.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 . 7 2.4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求 . 7 2.4.1 信號輸入 . 8 2.4.2 控制輸出信號 . 8 3 硬件系統(tǒng)配置 . 9 3.1 主要組成部分 . 9 3.2 電氣控制系統(tǒng) . 10 3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的工作原理 . 10 3.3.1 控制系統(tǒng)總體框圖 . 10 3.3.2 工作過程 . 11 3.3.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)主電路設(shè)計 . 11 3.4 PLC 的選型 . 12 3.5 PLC 的 I/O 資源配置 . 12 3.5.1 數(shù)字量輸入部分 . 12 3.5.2 數(shù)字量輸出部分 . 13 3.5.3 模擬量輸入部分 . 13 3.5.4 模擬量輸出部分 . 14 3.6 其他資源配置 . 15 3.6.1 接觸器選型 . 15 3.6.2 變頻器簡介 . 15 3.6.3 變頻與變壓原理 . 15 3.6.4 變頻調(diào)速的基本 原理 . 16 3.6.5 變頻器選型 . 17 3.6.6 變頻器參數(shù)設(shè)置 . 17 3.6.7 電動機的選型 . 18 3.6.8 液位差計 . 18 3.6.9 溶解氧儀 . 19 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計 . 19 4.1 總體流程設(shè)計 . 20 4.1.1 手動模式 . 20 4.1.2 自動模式 . 20 4.2 曝氣過程控制的任務(wù) . 29 4.3 氯氣投加環(huán)節(jié) . 29 4.4 絮凝劑投加環(huán)節(jié) . 30 4.5 PID 控制 . 30 4.6 PLC 和變頻器通訊 . 31 5 調(diào)試和運行結(jié)果 . 32 5.1 硬件系統(tǒng)的調(diào)試 . 32 5.2 軟件系統(tǒng)的調(diào)試 . 32 5.3 運行結(jié)果 . 32 6 結(jié) 論 . 34 致 謝 . 36 1 緒論 水是人們生活中必不可少的，如今在社會生活和工業(yè) 生產(chǎn)中人們對水的需求量 更是 與日俱增。 可是 ，水資源是有限的。 根 據(jù)報道 ， 我國人均擁有淡水量為 2400 噸，是 世界平均值的 1/4，在全球 149 個國家（參與統(tǒng)計國家中），我國人均淡水資源排在 110位，屬于淡水資源貧乏的國家。而且我國 的 水資源分布極不均衡，全國 500多個城市缺水，其中多個缺水 相當 嚴重，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其 突出 ，人均擁有 的 淡 水量僅有 240噸。讓人擔心的是， 淡水總量日益減少，用水成本 卻 不斷升高，淡水的浪費 又 非常嚴重。 甚至 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、河水斷流、生態(tài)惡化。淡水資源的短缺 的問題需要得到快速的解決 。 我國淡水資源逐漸減少，而且污染現(xiàn)象很嚴重。隨著社會 發(fā)展，水資源已經(jīng)成為影響工業(yè)發(fā)展 是否快速 的重要因素，現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對水質(zhì)要求 也是越來越高?？墒俏覈I(yè)用水耗費高，重復利用水少 ，有關(guān)資料表明 ，我國的工業(yè)用水重復利用率平均40%50%。目前全國城市污廢水的處理率（達排放標準的）只 有 10%左右，其余的污廢水都直接排入 溪河、湖泊、海洋。耗水量高、重復使用率低、污染嚴重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的主要問題。嚴重的環(huán)境污染使有限的水資源逐漸減少、水質(zhì)越來越差，使得我們對水資源的使用日益緊迫 。據(jù)統(tǒng)計，由于水質(zhì) 的 污染，我國已 經(jīng) 有大約 3 億人的飲水發(fā)生 過不安全 的 現(xiàn)象，其中 1.9 億人的飲水是超標水。氣象學家預測， 2100年全球 會變暖加劇，地表 有 1/3的面積 將變成 沙漠， 到那時，干旱將威脅全球一半 人類的生存。這些現(xiàn)象都是由于 水污染 而 產(chǎn)生的嚴重后果，因此 工業(yè)污水處理項目的實施已經(jīng)迫在眉睫。眾多跡象表面，水資源 的短缺無疑會限制經(jīng)濟持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展 ，因此世界各國越來越重視 污廢水處理和水的再利用，通過各種技術(shù)進一步提升供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益， 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 還 可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實現(xiàn) 了變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟的目的。隨著環(huán)境保護的呼聲越來越響亮 ， 工業(yè)污水處理 已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對于各種污水進行處理后排放 已經(jīng) 成為各企業(yè) 最 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雜性，對 工業(yè)污水處理 的工藝和控制方式 也相對的 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)開始逐步研究。“七五”和 八五”攻關(guān)項目 是 在氧化塘、土地處理和復合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多 ,依據(jù) 這些成果 設(shè)計，建立了一些土地處理、氧化塘等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面 , 八五”對高負荷生物膜、高負荷活性污泥、一體化氧化溝技術(shù)進行了 較 深入 的 研究 , 研究成果己 經(jīng) 被應(yīng)用于大批 工業(yè)污水處理 廠 中 。 七五 五”攻關(guān)項目 是 在氧化塘、土地處理和復合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，依據(jù) 這些成果 設(shè)計，建立了一些土地處理、氧 化塘等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面，“八五”對高負荷生物膜、高負荷活性污泥、一體化氧化溝技術(shù)進行了 較 深入 的 研究。研究成果己 經(jīng) 被應(yīng)用于大批 工業(yè)污水處理 廠 中 。污水廠污泥處置問題在“九五 ” 科技攻關(guān)中受到 了 重視， 八五”攻關(guān)項目 是 在氧化塘、土地處理和復合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，依據(jù) 這些成果 設(shè)計，建 立了一些土地處理、氧化塘等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面，“八五”對高負荷生物膜、高負荷活性污泥、一體化氧化溝技術(shù)進行了 較 深入 的 研究。研究成果己 經(jīng) 被應(yīng)用于大批 工業(yè)污水處理 廠 中 。污水廠污泥處置問題在“九五 ” 科技攻關(guān)中受到 了 重視，并配套開發(fā) 形成了 成套的污泥處理。經(jīng)過“七五 ” 、 “八五”和“九五” 這些 期間的努力 奮斗 ，我國在 工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了很大的成績。如今 在水污染治理技術(shù)上，我國已 經(jīng) 能夠提供許多 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 ，比 如 ： SBR法和氧化溝技術(shù) 、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)應(yīng)用于水體污染、改善水體環(huán)境方面，并取得了突出的效果 ，標志著我國 工業(yè)污水處理 事業(yè) 上升到了一個嶄新的階段?，F(xiàn)在 ，我國 工業(yè)污水處理 的工作重點已經(jīng)從工藝技術(shù)的研究轉(zhuǎn)移到 了具體項目的實施 。 國際上，大規(guī)模的水污染治理是 發(fā)生 在第二次世界大戰(zhàn) 過 后，隨著 50 年代經(jīng)濟 蓬勃發(fā)展帶來的 60年代日益嚴重 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、工業(yè)污水處理廠的興建和運行在水污染控制中發(fā)揮著主導作用。到 70年代末，美國投資了近數(shù) 千億美元興建了 18000 多 座城市 工業(yè)污水處理 廠，英國、法國、德國更 是花費 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)污水處理廠的興建運行 對國家的水體污染改善起 到 了關(guān)鍵 性 作用，也為人類治理水污染積累了 寶貴 豐富的經(jīng)驗?，F(xiàn)在，這些國家的 工業(yè)污水處理水平又得到 了進一步提升，興建了一套具備脫氮除磷功效的設(shè)施，對水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護起了重大 作用。 1.2 課題的背景 未來 10年，中國 工業(yè)污水處理 項目工程建設(shè)投資將 會 超過 2500億元，其中 工業(yè)污水處理設(shè)備投資 約 近 300億元。采用先進、實用 安全 的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進的自動 控制技術(shù)，是推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級，實現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在如此 形勢下 工業(yè)污水處理自動化控制系統(tǒng)將會成為 一個具有巨大的社會效益 、 環(huán)境效益及經(jīng)濟效益的研究課題。 對于環(huán)境保護問題，國務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達到排放標 準 。其中 處理過的污 廢水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個水資源貧乏的國家，而且分布上極不均衡 ，許多地區(qū)和城市缺水嚴重。所以水資源 要重點 保護。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對于 工業(yè)污水處理非常 必要。 所以 ，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、 PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當前 工業(yè)污水處理 控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。 1.3 研究目的和意義 世界各個 國家的經(jīng)濟發(fā)展，都會推進社會 的 進步、促進工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 的能力，使人民生活得到更大的改善，同時 也帶來 了 不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。這個污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政 府的 嚴密 關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組 織的工作日程。我國是個嚴重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總量達到 28000 億 m2，居世界第 6 位， 但是我國人口多， 人均水資源量 只有 2220m2，居世界第 110 位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上 13個缺水國家之一。目前我國約 300個城市缺水，其中有 5O個城市缺水嚴重 。據(jù)中國經(jīng)濟信息網(wǎng)分析統(tǒng)計，全國按目前正常需要，年缺水總量 約為 300 億400 億立方米，每年因缺水造成的經(jīng)濟損失達 2300 億。超過洪澇災(zāi)害。水資源的缺 乏和 水資源的 污染，己經(jīng)嚴重影響了人民的日常生 活，嚴重 影響了我國 的經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展。因此建設(shè)符合我國國情的污水廠自動控制系統(tǒng)對減少工業(yè)污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經(jīng)濟快速發(fā)展具有重大 意義。 1.4 課題主要設(shè)計的內(nèi)容 本課題 主要 內(nèi)容是 工業(yè)污水處理 工藝及 工業(yè)污水處理 系統(tǒng)的組成和 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 ,主要由以下幾點 組成： （ 1）介紹了 工業(yè)污水處理 的基本 概況 ， 其中 包括 工業(yè)污水處理的發(fā)展 現(xiàn)狀以及 工業(yè)污水處理 的工藝流程； （ 2）介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并 且 對 工業(yè)污水處理 控制系統(tǒng)進行 研究 設(shè)計 和 分析； （ 3） 具體分析設(shè)計 工業(yè)污水 處理 的硬件系統(tǒng)； （ 4）具體分析設(shè)計 工業(yè)污水處理 的軟件系統(tǒng) ； （ 5） 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調(diào)試與運行。 2 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、生產(chǎn)污水、生活污水 或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，基本 都 會 排入排水系統(tǒng)。這些污水除 了 含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動植物脂 肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細菌、病毒等使人生 病 致癌的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路一般有 三種 ： 排放水體 ； 灌溉田地； 循環(huán)利 用 。 污水污染物可 以 根據(jù)化學性 質(zhì)和物理形態(tài)進行不同的分類。按化學性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為有機性物質(zhì)和無機性物質(zhì)，其化學元素以碳 、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可 以 分為固體懸浮物、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。 好氧有機污染物的性質(zhì)比較穩(wěn)定，在微生物作用下，借助微生物的新陳代謝可以將其降解為無機物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無機物。有機物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時，都要消耗水中的溶解氧，所 以在工程實際中，采用以下的幾個綜合污染指標來表述：生物化學需氧量或生化需氧量（ Bio-chemical Oxygen Demand, BOD） mg/L、化學需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機碳 (Total Organic Carbon) mg/L、總需氧量 (Total Oxygen Demand) mg/L。 雖然 BOD20。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時間太長，需 20天。考慮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物濃度指標。化學需氧量 (COD)的特點是能夠精確的表示污水中有機物的含量，并且測定時間短，但它不能像 BOD那樣表示出微生物氧化的有機物量。 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 進行。所以 ，在選擇 工業(yè)污水處理 工藝的時候必需要認真 地考慮當?shù)匚鬯那闆r和實際的 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、物 化結(jié)合 ，以及生物 處理 等幾種。這些方法可以根 據(jù)實際情況 單一使用，也可以針對不同的污水配合 使用。目前， 工業(yè)污水處理 的方法一般 都是 以生物處理法為主，物理處理法和化學處理法以輔。常用的 工業(yè)污水處理工藝有以下幾種： （ 1） 傳統(tǒng)活性污泥處理法。 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)鍵組成部分是 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 （有機物氧化為無機物） 無機物） 沉淀池 （活性泥下沉） 活性泥循環(huán) 原污水 清水排出 圖 2.1傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 污水中的有機物在曝氣池停留的時間內(nèi)，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物，并且在曝氣池中將有機物 氧化成無機物，然后在沉淀池中經(jīng)過沉淀 ， 部分 活性泥需要回流到曝氣池 中。該工藝的優(yōu)點 ：有機物去除率高，污泥負荷高， 池的體積小，耗電低，運行成本低。該工藝的缺點：普通曝氣池占地大，建設(shè)投資多 ， 不能嚴格 滿足國家標準相關(guān)指標范圍、 容 易產(chǎn)生污泥膨脹 的 現(xiàn)象，磷和氮的去除率 比較 低。 （ 2） A/O法。 A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥 處理 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表示 Anoxic（缺 氧的）， O表示好氧的意思 。 A/O法是一種缺氧 -好氧生物 工業(yè)污水處理工藝。該工藝 增加 了 好氧池與缺氧池所形成的硝化 -反硝化反應(yīng)系統(tǒng)， 從而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，所以該工藝有著 更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺點。 其工藝流程圖如下： 圖 2.2 A/O法工藝流程圖 （ 3） A2/O法。 A2/O法 也 是在傳統(tǒng)活性污泥 處理 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 A表示 Anaerobic（厭氧的），后一個 A表示 Anoxic（缺氧的）； O表示好氧的意思 。 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，特別適合用于對除磷 脫氮 要求 高 的 工業(yè)污水處理 。因此，在對除磷 脫氮有嚴格 要求的城市 工業(yè)污水處理 廠，一般 都 首選 A2/O工藝。 其工藝流程圖如圖 2.3所示。 圖 2.3 A2/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 是 沒有初沉淀 的 ， 卻 將曝氣池分為高低負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負荷段停留時間約為 20至40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時 會 發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除 BOD達 到 50%以上。 B段與常規(guī)活性污泥法相似 ，負荷較低 ，起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好 。 AB法中 A段效率 高 ，并有很 強 的緩沖能力。對于高濃度的 工業(yè)污水處理 ， AB法 是個很好的選擇，它具有較高的節(jié)能 經(jīng)濟效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢更 為明顯。但是，AB法 也有缺點， 污泥產(chǎn)量 比 較大， A段污泥有機物含量非常高，因此有必要添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的建設(shè)和費用。此 外，由于 A段去除了 較多的 BOD，造成了碳源不足，難以實現(xiàn)脫氮工藝的要求。對于污水濃度低 的 狀況 ， B段也比較困難， 難以發(fā)揮優(yōu)勢。 總 之 ， AB法工藝 比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 城市 工業(yè)污水處理 廠， 并且有明顯的節(jié)能效果，而 對于 脫氮要求 高 的城市 工業(yè)污水處理 廠，一般不宜采用。 （ 5） SBR法。 SBR法 是間歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定 時間順序間歇式操作的污水生物處理技術(shù)， 同樣 也是一種按 照 間歇曝氣方式來運行的活性污泥 工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱 為序批式活性污泥法。其反應(yīng)原理和去除污染物的原理、 傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運行操作方式 有點差別 。 SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時間順序來分割各流程單元， 也就是說 以時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態(tài)沉淀等。整個 工作 過程對于單個操 作單元而言是間歇進行的，但是通過多個單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運行上實現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合 。 (6)本設(shè)計系統(tǒng)工業(yè)污水處理工藝及描述 ： 本 工業(yè)污水處理 工藝流程圖如下圖 2.4所示： 圖 2.4 工藝流程圖 污水由進水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機進行初步的排除大塊雜質(zhì)物體到達除砂池。在除 砂池系統(tǒng)中細格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機進一步消除污水中的細小顆粒物體，將污水中的細小沙粒濾去后進入氧化溝反應(yīng)池。在氧化溝系統(tǒng)中進行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，這個環(huán)節(jié)需要用到一些化學藥劑來加強處理效果，比如復合堿、氯氣、油絮凝劑等。 可以對污水進行除油、消毒、調(diào)整 PH值。同時在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它能對污水中的含氧量進行檢測，根據(jù)其含量反饋到 PLC的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變控制污水中溶解氧的含量。潛水攪拌機的作用是推動水流，使氧化溝的污水和活性污泥劇烈攪拌得以能夠充分混合，使生化反應(yīng)更加徹底充分，以最大程度地分解污水中的有害成份。經(jīng)處理的污水再進入沉淀池中，通過刮泥機進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，需要加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用，使其更加容易沉降。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達脫水環(huán)節(jié)，離 心式脫水機作用下進行脫水處理后排出清水。 2.3 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 早期的控制系統(tǒng)大多是采用繼電器 接觸器控制系統(tǒng)，但是隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，控制要求的不斷提高，這類控制方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，所以已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現(xiàn)場總線控制、 PLC 等控制方法。 （ 1） DCS 系統(tǒng)。 DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又被稱為分布式計算機控制系統(tǒng)，是由計算機技術(shù)、測量控制技術(shù)、信號處理技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互結(jié)合形成的。計算機和現(xiàn)場終端的組成，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、檢測站和操作站等 連接起來，完成了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，可提升生產(chǎn)自動化水平和管理水平，其主要特點有：采用了分級分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序更加簡單。實現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險性降低并且分散，可靠性提高。擴展能力比較強。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實時性好，響應(yīng)夠快。 （ 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 結(jié)合 發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(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)備與計算機之間進行 著數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換 ，從而實現(xiàn)控制和 管理一體化的自動控制系統(tǒng)，其優(yōu)點 有：可以運用計算機豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)夠快，實時性好。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可以互連。 （ 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，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可 以 利用計算機作為其上位機，通過網(wǎng)絡(luò)連接 PLC，對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，其特點有 ： 編程簡 便， 使用方便，開發(fā)周期短，維護容易， 通用性強， 控制功能好 。模塊化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。 2.4 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城市污水的凈化作用，即將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)治理后，輸出符合國家標準的水質(zhì)。長期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了快速發(fā)展，但是仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運轉(zhuǎn)率低等已經(jīng)極大地影響了城市發(fā)展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的方便、高效、低能耗的效果， 并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的控制過程，采用 PLC作為核心控制器是個理想的方案。 PLC作為工業(yè)污水處理的控制系統(tǒng)使得設(shè)計過程變得更加簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能變得更多?？梢耘c各類人機界面的通信 完成 PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶方便通過操作界 面功能控制 PLC系統(tǒng)。由于 PLC的 CPU強大網(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?yōu)榭赡埽⑶乙部蓪崿F(xiàn)其遠程監(jiān)控。 利用 PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及到兩個方面：一是控制信號輸入；二是控制信號輸出。 2.4.1 信號輸入 工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及四種信號的監(jiān)測，有按鈕的輸入檢測、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)是 人工方式控制的輸入檢測，主要有手動按鈕、自動 按鈕、格柵機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水攪拌機啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。 （ 2） 液位差輸入檢測：檢測粗細格柵兩側(cè)的液位差，是用來控制清污機的啟動與停止。 （ 3）液位高低輸入檢測：檢測進水泵房和污泥回流泵房中液位高低，是用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止和投入運行的潛水泵的數(shù)量。 （ 4）含氧量輸入檢測：上面三種都是數(shù)字量輸入，這個輸入是模擬量輸入。曝氣過程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要關(guān)鍵的環(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 ，并由曝氣機增加或減少其含氧量。將溶解氧儀放置在適當位置，將檢測值反饋到 PLC中，通過運算輸出控制曝氣機的轉(zhuǎn)速信號。當溶解氧值偏低時，降低微生物分解的效果，延長處理時間，嚴重時甚至會導致處理失效，因此需要增加曝氣機轉(zhuǎn)速來增加供氧量；當溶解氧值偏高時，導致微生物過氧化，降低其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉(zhuǎn)速來減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。 2.4.2 控制輸出信號 信號輸出部分主要包括 兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各種類型設(shè)備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。 （ 1）數(shù)字量輸出：控制各類設(shè)備的啟動和停止，包括：格柵機啟停、清污機啟停、潛水泵啟停、潛水攪拌器啟停、污泥回流泵啟停等。 （ 2）模擬量輸出：通過 PLC中 PID運算后的數(shù)據(jù)，通過它功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器輸出頻率，從而控制曝氣機的轉(zhuǎn)速，最后達到控制污水中含氧量的效果。 3 硬件系統(tǒng)配置 氧化溝是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中的重要部分，其結(jié)構(gòu)的不同導致了不同的氧化方法。例如：奧貝爾、卡魯賽爾和一體化氧化溝法，對于不同的結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的配套設(shè)備也有較大的不同，所以它的結(jié)構(gòu)較復雜，不 同的結(jié)構(gòu)對應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，所以需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點來設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 3.1 主要組成部分 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較復雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過程及原理基本相同，都是通過控制曝氣機的轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其大致組成如圖 3.1所示： 圖 3.1工業(yè)污水處理 系統(tǒng)基本組成示意圖 (1）進水系統(tǒng)：進水系統(tǒng)主要由 進水管道和進水泵房組成， 而 進水管道主要 是由粗格柵機和清污機組成，進水泵房一般由兩臺潛水泵組成。進水管道的主要功能是 排除污水中的大塊物體 ，其中，粗格柵是依 據(jù)程序設(shè)定的時間 來進行間歇工作，而清 污機的運行和停止是依據(jù)粗格柵兩側(cè)的液位差來控制 的，當液位差超過某個 特定 值時，清污機啟動；當液位差小于某個值時 ， 清污機運行停止 。進水泵房中的潛水泵運行和停止是通過安裝在泵房內(nèi)的液位傳感器來控制 的，當液位較低時 ， 只啟動一臺潛水泵，當液位較高時 ， 啟動兩臺潛水泵， 若液位持續(xù)升高不停 ，則輸出報警 信號 以示意有故障發(fā)生。 (2）除砂系統(tǒng)： 除砂系統(tǒng)主要 是 由細格柵系統(tǒng)和沉砂池組成， 其中 細格柵系統(tǒng)是由細格柵機和轉(zhuǎn)鼓清污機組成，沉砂池的主要設(shè)備是分離機。細格柵系統(tǒng)的主要功能是進一步凈化污水中的顆粒物體，濾除污水中細小的沙 粒 ，其中的細格柵機是依據(jù)程序設(shè)定時間進行間歇工作，而轉(zhuǎn)鼓清污機的運行和停止是依 據(jù)細格柵兩側(cè)的液位差來決定，當液位差超過某個 特定 值時，啟動清污機；當液位差小于某個值時 ， 清污機的運行停止，這和粗格柵系統(tǒng)的運行方式 是 一致 的 。沉砂池中分 離機的運行和后續(xù)處理中的轉(zhuǎn)碟曝氣機的運行同步，即啟動轉(zhuǎn)碟曝氣機時 同時啟動分離機，對沉砂池中的沙粒進行排除。 (3）氧化溝系統(tǒng)： 氧化溝系統(tǒng) 是由氧化溝和污泥回流系統(tǒng)組 成，氧化溝是 工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，因此控制量較多，控制過程較 復雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機和潛水攪拌機，污水回流系統(tǒng)主要有 污泥回流泵構(gòu)成。氧化溝的功能是對污水進行生化處理，分解污水中的有害 有毒 物質(zhì)，使其達到一定的水質(zhì)標 準，其中 轉(zhuǎn)碟曝氣機是關(guān)鍵設(shè)備，在氧化溝中設(shè)置有溶解氧儀對污水中的含氧量進行檢測，根據(jù)反饋到 PLC的值來控制曝氣機變頻器的運行 停止 ，改變污水中溶解氧的含量。潛水攪拌機的作用是推進水流，同時使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈的攪拌狀態(tài)，使他們充分混合接觸。使活性污泥的生化反應(yīng)更加充分，這樣才能最大程度地分解污水中的有害 有毒 成分。污水回流系統(tǒng) 中 的污泥回流泵將剩余的污泥及使用過的污泥進行處理，該設(shè)備的運行與停止主要根據(jù)泵房 內(nèi)液位傳感器的狀態(tài)，當液位低于某個 特定 值時停止回流泵的運行；當液位持續(xù)高于某個 值 時，回流泵停止運行 ，并且 輸出報警信號；液位處于正常狀態(tài)時，回流泵正常運行。 (4）沉淀系統(tǒng)：沉淀系統(tǒng)主要設(shè)備是刮泥機，它的 功能是對進行氧化溝處理后的污水進行物理沉淀，將污泥和清水分離 開，刮泥機在整個系統(tǒng)啟動后就開始一直 運行。 在該系統(tǒng)中用到一定化學藥劑， 主要包括混凝劑、復合堿、絮凝劑等， 主要 是用來調(diào)節(jié)改善混凝環(huán)境和絮凝體結(jié)構(gòu)，利用高分子助凝劑的強烈吸附作用，使細小松散的絮凝體變的粗大緊密， 易發(fā)生沉降 。 (5）污泥脫水系統(tǒng)：污泥脫水 系統(tǒng)主要設(shè)備是離心式脫水機，它的功能是對氧化池中處理過污水的活性污泥進行脫水處理，由于 污水進行處理后，活 性污泥中有新的微生物和其他雜質(zhì)，所以需要先對活性污泥添加一定量的藥物，易于污泥脫水。離心式脫水機主要有聚合物泵、污泥機和切割機組 成，以上設(shè)備 都是按照順序控制的方式啟動，依次啟動聚合物泵、污泥機和切割機來 完成對污泥的脫水處理。 3.2 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要包括顯示面板、操作面板、電氣控制柜等。由于該系統(tǒng)中需要檢測較多的數(shù)字輸入量，而且還要檢測模擬量的輸入，按照設(shè)定的程序進行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制