基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要該研究通過調(diào)查污水處理一般程序，確定以粗細格柵組合過濾污水中懸浮顆粒物。同時，利用攪拌機可加速水懸浮與沉淀，進而可實現(xiàn)污水凈化；利用污泥泵可使系統(tǒng)內(nèi)部形成一個密閉循環(huán)以達到自動控制目的。通過對污水處理工藝的研究，開發(fā)了污水處理控制程序，并利用觸摸屏對整個過程進行了監(jiān)控仿真。控制系統(tǒng)，用于對城市污水處理設(shè)備進行控制，對于水資源保護有著非常大的意義。關(guān)鍵詞：污水處理；PLC；電路設(shè)計AbstractInthisstudy,thegeneralstagesofwastewatertreatmentwereinvestigated,anditwasdecidedtouseacombinationofcoarseandfinegridstofiltersuspendedparticlesinthewastewater.Simultaneously,theuseofablendercanacceleratewatersuspensionandprecipitation,inordertoachievethegoalofwastewaterpurification;theuseofasludgepumpmayformaclosedcycleinthesystem,therebyachievingautomaticcontrol.Inthecontrol,thesewagetreatmentprocessiscontrolled,andthesystemcontrolcircuitofSiemensPLCisadopted.Throughtheresearchofsewagetreatmenttechnology,thesewagetreatmentcontrolprogramwascompiled,andthesimulationofthewholeprocesswasrealizedbycombiningthetouchscreenmonitoring,andthecontrolsystemwasappliedtothecontrolofurbansewagetreatmentequipment.Itcaneffectivelyimprovetheoperationeffectofequipmentandisofgreatsignificancetotheprotectionofwaterresources.Keywords:sewagetreatment,PLC,circuitdesign目錄TOC\o"1-3"\h\u63951引言 155722污水處理系統(tǒng)總體方案設(shè)計 1176262.1污水處理的方法 131942.2污水處理的工藝流程 2100852.3系統(tǒng)總體設(shè)計方案 2286563污水處理系統(tǒng)硬件設(shè)計 3159623.1硬件的選型 3161703.1.1PLC的選型 330723.1.2液位傳感器選型 3157093.2控制電路的設(shè)計 442503.3PLC的輸入和輸出分配 451463.4PLC輸入和輸出接線圖 5144364污水處理系統(tǒng)軟件設(shè)計 630284.1污水處理系統(tǒng)總程序設(shè)計 6108914.1.1軟件設(shè)計思路 7136994.1.2自動控制模式 822314.1.3自動控制模式 8303224.2污水處理環(huán)節(jié)子程序設(shè)計 9276894.2.1粗細格柵系統(tǒng)程序 9121614.2.2進水泵系統(tǒng)程序 1152364.2.3污泥處理模塊 13172415結(jié)論 147517參考文獻 161引言我國水資源比較匱乏，并且存在著分布不均勻等現(xiàn)象，很多地區(qū)都在受到嚴重缺水困擾。伴隨著經(jīng)濟發(fā)展與城市化進程的加速，水問題逐漸凸顯出來，并已成為我國可持續(xù)發(fā)展中最主要的制約因素。我國多數(shù)城市和地區(qū)的水資源都十分有限。由于工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)廢水的排放量也在不斷加大，使得水體的污染程度日益嚴重，使得本已十分匱乏的水資源變得愈加匱乏，致使水資源短缺現(xiàn)象日趨嚴重。在人們對水資源需求量越來越大、污水排放猛增的情況下，水危機不但會長期存在，而且會急劇加劇，因此水資源短缺、水污染等引發(fā)水危機責無旁貸。所以必須對水污染問題加以解決和有效處理，水污染問題不僅影響著人們的健康，而且和社會經(jīng)濟的發(fā)展也密切相關(guān)。本論文參考了國內(nèi)外水資源和環(huán)境修復(fù)治理經(jīng)驗，通過科學方法綜合處理廢水以滿足排放標準。在可持續(xù)發(fā)展觀的背景下，水資源的保護和利用必須受到重視。惟其如此，水資源才是真正可以循環(huán)使用的。唯其如此，人類工業(yè)文明才能和自然環(huán)境和諧共存，構(gòu)建良好的水資源生態(tài)環(huán)境是健康持續(xù)發(fā)展的重點措施。污水處理管理系統(tǒng)具有分布范圍廣，控制點及設(shè)施分布面廣，控制信息繁雜，控制輸入輸出開關(guān)量參數(shù)多等特點、模擬量參數(shù)較少等等，正是由于這些原因，采用PLC管理系統(tǒng)具有優(yōu)越性。同時PLC的設(shè)計相對簡單，編程語言簡單易懂。在系統(tǒng)調(diào)試及實際應(yīng)用中，只要按要求選用相關(guān)硬件設(shè)備，便能夠?qū)ξ鬯幚韽S各工藝環(huán)節(jié)進行自動控制，從而達到節(jié)能減排的目的。PLC研制人員在充分考慮使用人電氣思維習慣的基礎(chǔ)上，可利用與繼電器控制圖相似的梯形圖來編制程序，程序運行過程中可方便地觀察，編輯及修改。2污水處理系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1污水處理的方法唯有使用污水處理工藝，以實現(xiàn)對污水的有效處理。隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程加快，水問題漸漸突出，并已成為我國可持續(xù)發(fā)展中最主要的制約因素。在實際工作中，要想保證污水處理效果良好，就必須做好各項技術(shù)管理工作，合理選擇污水處理方案，才能為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟與社會效益。在選擇污水處理方案時，要根據(jù)水質(zhì)要求及經(jīng)濟條件進行全面的對比分析。污水處理總體方案設(shè)計一般用沉淀法來實現(xiàn)，這樣去污法與去污法就可以互相結(jié)合，互為作用。從而使得污水在滿足更高的標準之后就能夠被排放出去，同時降低了對于環(huán)境造成的影響。所以也就是本次設(shè)計所使用到的有關(guān)方法。污水處理常用的處理方法主要有物理沉淀法，化學藥劑法以及生物分解法等，這幾種處理工藝均可結(jié)合實際應(yīng)用。其中以物理沉淀法使用最多，其原理主要就是利用微生物來降解水中污染物。其中以生物分解較為常見，借助化學藥劑和物理沉淀過濾可以更高效地完成污水處理任務(wù)。微生物能耗損水中氧氣，氧化分解有機物使之轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無機鹽類雜質(zhì)后，經(jīng)化學藥劑沉淀，最后沉淀過濾得到。2.2污水處理的工藝流程本設(shè)計中污水處理工藝流程圖如圖1所示。圖1其處理原理類似于原有活性污泥法，但是也是基于活性污泥法處理工藝，針對系統(tǒng)整體功能，提出了相關(guān)的完善措施。目前，我國多數(shù)化工企業(yè)均存在著不同程度上的水污染，給化工企業(yè)的發(fā)展造成一定的影響，因此有必要在化工生產(chǎn)中加大污水處理。這一步通過在曝氣池內(nèi)加入攪拌機能夠在曝氣池容積不是很大的情況下達到使較多污水達到同樣氧化分解功能。將污水排入處理清水中，對于一個完整的污水處理過程。該系統(tǒng)是根據(jù)國家環(huán)保法規(guī)，采用先進技術(shù)，將城市污水廠的部分構(gòu)筑物及設(shè)備進行組合改造而成的新型污水處理廠。它的基本運行順序是：污水進水泵開始工作，污水流入格柵機內(nèi)，經(jīng)除砂池處理，氧化池處理，沉淀池處理的污水處理程序出水狀態(tài)，未經(jīng)有效處理的廢水經(jīng)污泥返回水箱二次處理。2.3系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖2所示，控制器采用PLC作為核心，MCGS組態(tài)和PLC之間采用通信方式進行數(shù)據(jù)交換，人工控制實時并歷史報警同步控制系統(tǒng)運行狀態(tài)并自動顯示設(shè)置參數(shù)。圖23污水處理系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1硬件的選型3.1.1PLC的選型西門子S7-200系列PLC特別適合在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。特別方便對模擬信號的控制和處理，所以，適于在小型自動化系統(tǒng)中用作控制器。此外，還增加了一個EM231模塊，包括四個模擬輸入:粗網(wǎng)格、細網(wǎng)格、曝氣和沉砂以及污泥回流水平采集。3.1.2液位傳感器選型液位傳感器用于曝氣池和污泥回流室。液位傳感器的設(shè)計要求至少為0-10m。在污水處理中，由于污水具有腐蝕性和防腐性，本研究方便用戶安裝調(diào)試，也方便后期維護。因此，本設(shè)計采用輸入液位傳感器，其參數(shù)見表1。表13.2控制電路的設(shè)計控制電路接線圖如圖3所示。電源采用220V交流電，與C、N連接。由于接觸器所用線圈電源是220V，所以它能給控制電路供電其中Q8在控制電路中作總線斷路器使用，可對整個控制電路進行通斷。圖33.3PLC的輸入和輸出分配輸入和輸出分配表見表2，表3，表4所示。表2表3表43.4PLC輸入和輸出接線圖PLC自身供電為220V交流電，連接L、N兩個端子。24VDC負極接輸入端子1M、2M、3M，正極接輸入端子，可向PLC輸入端子提供24VDC電壓。24VDC陽極分別接入PLC輸出端子1L和2L以及PLC輸出公共端子，陰極與負載連接構(gòu)成閉合回路并向PLC輸出供給24VDC，以控制各個電氣設(shè)備啟停。EM231模塊供電采用24V供電，相應(yīng)的供電端子采用L+,M，也可對各傳感器進行24V供電。圖44污水處理系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1污水處理系統(tǒng)總程序設(shè)計在經(jīng)過切換將系統(tǒng)轉(zhuǎn)到手動模式之后，就可以單獨實現(xiàn)前面章節(jié)中所設(shè)計污水處理系統(tǒng)的控制方案了，顯然，該控制系統(tǒng)有手動與自動控制2種運行模式。手動控制模式時，污水處理控制系統(tǒng)的電機均可以由手動操作按鈕操作，可實現(xiàn)電機獨立啟停；在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，自動關(guān)機或者報警，備用電機開始工作。這樣既可以保證污水處理設(shè)備的正常工作和生產(chǎn)過程的平穩(wěn)進行，又可以提高污水處理效率、減少能耗和維護成本。自動控制模式中，污水處理系統(tǒng)的電機均應(yīng)按控制系統(tǒng)所設(shè)程序工作，也就是電機的啟停均應(yīng)按具體順序進行。圖5所示。圖54.1.1軟件設(shè)計思路（1）手動模式當系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為手動模式，各電機可分別完成啟動和停車，運行操作人員可憑運行經(jīng)驗進行，針對污水處理中存在的問題，通過手動操作按鈕，控制各個電機啟動和停止。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，自動停機或報警并啟動備用電機。這不僅確保污水處理設(shè)備正常運行，確保生產(chǎn)過程順利進行，還能提高污水處理效率、減少能耗和維護成本。（2）自動模式當使用者切換到自動模式時，按動自動按鈕，污水處理系統(tǒng)就可以在自動模式下運行污水處理，具體運行過程包括如下幾個步驟。1）潛水攪拌機按時間的長短自動啟停。2）實現(xiàn)了潛水泵隨液位的變化而自動開啟和停止。3）實現(xiàn)粗光柵系統(tǒng)的自動開停和隨時間的變化。4）實現(xiàn)了細網(wǎng)格系統(tǒng)的自動開啟和停止，并根據(jù)時間。5）隨著液位不同，污泥回流泵自動啟停。4.1.2自動控制模式手動控制模式時手動啟動以手動控制系統(tǒng)內(nèi)各模塊。為了使系統(tǒng)運行更可靠，更穩(wěn)定，更安全，需要采用新技術(shù)，也就是用軟件的方式來完成手動功能。這種設(shè)計的手動控制圖如圖6所示：圖64.1.3自動控制模式在自動控制模式下，該系統(tǒng)的各個模塊在不需要人工干預(yù)的情況下自動啟動，并使用液位和其他信息來處理污水。該設(shè)計自動控制圖見圖7：圖74.2污水處理環(huán)節(jié)子程序設(shè)計對應(yīng)本設(shè)計子程序的各個執(zhí)行部件分別使用粗網(wǎng)格，細網(wǎng)格，進水模塊以及污泥處理模塊可以很好地對污水進行過濾控制。4.2.1粗細格柵系統(tǒng)程序本污水處理設(shè)計時粗格柵系統(tǒng)與細格柵系統(tǒng)控制過程一致，故下面只按粗格柵系統(tǒng)運行過程敘述。粗網(wǎng)格系統(tǒng)的研究內(nèi)容有：1：（1）粗格柵機自動開機，定時運行20min。（2）時間到了，粗光柵機停止工作。（3）停了2h，粗格柵機又啟動了一個周期。圖8如下圖9所示粗格柵系統(tǒng)梯形圖程序。圖94.2.2進水泵系統(tǒng)程序污水泵控制程序以污水泵自動啟停為主線，工作過程由如下幾部分組成。(1)在自動控制期間，當啟動污水入口泵時，將測量液位。(2)所述計時器在檢測液位小于最低液位后啟動。(3)當計時到達2s時，若液位仍在最低液位傳感器以下時，污水入口泵停止工作。(4)污水入口泵在中間液位以下連續(xù)運行。(5)傳感器測得液位為最高液位后，啟動計時，以免損壞進污水泵。進泵工藝流程圖如圖10所示。圖10如下圖11進水泵系統(tǒng)梯形圖程序圖114.2.3污泥處理模塊污水泵控制程序以污水泵自動啟停為主線，工作過程由如下幾部分組成其工作流程由以下幾個部分組成：（1）當控制系統(tǒng)自動工作時，污泥回流泵開始工作，而傳感器感應(yīng)液位。（2）定時器在發(fā)現(xiàn)液位小于最低液位的需求后啟動計時。（3）計時器在計時到2s時，如果液位仍然在最低液位以下，說明油泵有損壞的危險，故應(yīng)停止使用污泥回流泵。（4）中液位污泥回流泵連續(xù)工作。（5）傳感器測得液位處于最高位置后，應(yīng)開始計時，避免損壞污水進水泵。如圖12所示。圖12如下圖13所示：污泥回流梯形圖程序圖135結(jié)論在污水處理程序設(shè)計過程中，由于本人在污水處理業(yè)務(wù)的掌握上受到了限制，并且在完全自主的狀態(tài)下，所以可以認為，整個過程都是靠一邊摸索，一邊練習。本文主要是針對該工藝中曝氣系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)兩部分的研究。經(jīng)歷了這個邊學習邊應(yīng)用的過程后，我完成污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計。寫作文時，在網(wǎng)上搜了不少材料，看了不少書籍材料，想了不少，也使自己受益匪淺。一般情況下，本設(shè)計污水處理控制系統(tǒng)存在許多不足之處。例如：在實踐中污水處理不只是沉淀物的處理。系統(tǒng)的主要目的是通過對污水進行凈化后達到排放標準，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。設(shè)計過程方便，添加化學試劑對PH值進行處理等等，優(yōu)化空間較大。其中有一些問題需要改進。通過學習，掌握污水處理工藝知識及設(shè)備原理后，再結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行調(diào)試運行，從而逐步實現(xiàn)從理論到技術(shù)的飛躍，并最終將其應(yīng)用于工程中去。通過這次畢業(yè)設(shè)計，學到了很多鮮活的東西，還發(fā)現(xiàn)了很多自己難以解決的問題。我覺得，要想取得好成績，就要不斷地總結(jié)和思考，并將學到的新方法運用于實踐當中去。在進行設(shè)計時，存在的問題已經(jīng)得到解決，以后還是要慢慢的解決的。遇到困難時，同學們都會主動積極地去尋求幫助和指導(dǎo)，并把自己的想法告訴老師和家長，以便得到及時地支持。在平常的學習過程中，碰到困難是在所難免。面對這些困難，他們才會產(chǎn)生排憂解難之動機，才會有更多的收獲。文章最后對本設(shè)計所做工作作了一個總結(jié)，并且最后完成污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計，以PLC為控制核心，對系統(tǒng)整體進行了控制，并通過試驗驗證了該項目設(shè)計系統(tǒng)的有效性。本項目重點研究污水處理廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)。同