基于PLC污水处理控制系统的设计

摘 要 如今，我国多数污水处理控制系统自动化水平低、安全性不高、管理不当，效率明显低于世界标准。污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理 这些 问题是急需 要解决的。中国污水处理自控系统 比较 落后，污水处理成本 高，污水厂排放处理过的污水 水质不稳定，所以如何建立 良好 有效的自控系统， 提高 运行效果， 降低 运行费用，具有 非常重 要 的 意义。 本文介绍了 工厂污水处理的基本工艺流程，并进行 研究设计一 种 基于 PLC控制的污水处理方案。文章最先描述 了 基于 PLC污水处理 控制系统的 相关工艺及流程，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，从而 说明 PLC在污水处理过程中的应用。然后依据污水处理要求设计设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态故障信号 和信号 的 采集等，最后按照工艺要求设计 PLC 控制系统，其中包括 PLC的选型、系统资源配置和根据 污水处理工艺编制 PLC程序。 关键词： 污水处理； PLC；工艺流程 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 录 摘 要 . V ABSTRACT . VI 1 绪论 . 1 1.1 工业污水处理的国内外现状 . 1 1.2 课题的背景 . 2 1.3 研究目的和意义 . 2 1.4 课题主要设计的内容 . 3 2 工业污水处理控制系统总体介绍 . 4 2.1 工业污水处理基本概念 . 4 2.2 常用的工业污水处理工艺 . 4 2.3 工业污水处理系统控制形式 . 7 2.4 工业污水处理系统的功能要求 . 7 2.4.1 信号输入 . 8 2.4.2 控制输出信号 . 8 3 硬件系统配置 . 9 3.1 主要组成部分 . 9 3.2 电气控制系统 . 10 3.3 工业污水处理系统的工作原理 . 10 3.3.1 控制系统总体框图 . 10 3.3.2 工作过程 . 11 3.3.3 工业污水处理系统主电路设计 . 11 3.4 PLC 的选型 . 12 3.5 PLC 的 I/O 资源配置 . 12 3.5.1 数字量输入部分 . 12 3.5.2 数字量输出部分 . 13 3.5.3 模拟量输入部分 . 13 3.5.4 模拟量输出部分 . 14 3.6 其他资源配置 . 15 3.6.1 接触器选型 . 15 3.6.2 变频器简介 . 15 3.6.3 变频与变压原理 . 15 3.6.4 变频调速的基本 原理 . 16 3.6.5 变频器选型 . 17 3.6.6 变频器参数设置 . 17 3.6.7 电动机的选型 . 18 3.6.8 液位差计 . 18 3.6.9 溶解氧仪 . 19 4 软件系统设计 . 19 4.1 总体流程设计 . 20 4.1.1 手动模式 . 20 4.1.2 自动模式 . 20 4.2 曝气过程控制的任务 . 29 4.3 氯气投加环节 . 29 4.4 絮凝剂投加环节 . 30 4.5 PID 控制 . 30 4.6 PLC 和变频器通讯 . 31 5 调试和运行结果 . 32 5.1 硬件系统的调试 . 32 5.2 软件系统的调试 . 32 5.3 运行结果 . 32 6 结 论 . 34 致 谢 . 36 1 绪论 水是人们生活中必不可少的，如今在社会生活和工业 生产中人们对水的需求量 更是 与日俱增。 可是 ，水资源是有限的。 根 据报道 ， 我国人均拥有淡水量为 2400 吨，是 世界平均值的 1/4，在全球 149 个国家（参与统计国家中），我国人均淡水资源排在 110位，属于淡水资源贫乏的国家。而且我国 的 水资源分布极不均衡，全国 500多个城市缺水，其中多个缺水 相当 严重，北方地区缺水现象尤其 突出 ，人均拥有 的 淡 水量仅有 240吨。让人担心的是， 淡水总量日益减少，用水成本 却 不断升高，淡水的浪费 又 非常严重。 甚至 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 的问题需要得到快速的解决 。 我国淡水资源逐渐减少，而且污染现象很严重。随着社会 发展，水资源已经成为影响工业发展 是否快速 的重要因素，现代工业中生产工艺和设备对水质要求 也是越来越高。可是我国工业用水耗费高，重复利用水少 ，有关资料表明 ，我国的工业用水重复利用率平均40%50%。目前全国城市污废水的处理率（达排放标准的）只 有 10%左右，其余的污废水都直接排入 溪河、湖泊、海洋。耗水量高、重复使用率低、污染严重是我国工业系统水资源利用的主要问题。严重的环境污染使有限的水资源逐渐减少、水质越来越差，使得我们对水资源的使用日益紧迫 。据统计，由于水质 的 污染，我国已 经 有大约 3 亿人的饮水发生 过不安全 的 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 会变暖加剧，地表 有 1/3的面积 将变成 沙漠， 到那时，干旱将威胁全球一半 人类的生存。这些现象都是由于 水污染 而 产生的严重后果，因此 工业污水处理项目的实施已经迫在眉睫。众多迹象表面，水资源 的短缺无疑会限制经济持续协调发展 ，因此世界各国越来越重视 污废水处理和水的再利用，通过各种技术进一步提升供水质量，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 还 可以为工业生产提供二次能源，真正实现 了变废为宝、循环经济的目的。随着环境保护的呼声越来越响亮 ， 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 已经 成为各企业 最 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 也相对的 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 技术从“七五”国家科技攻关开始逐步研究。“七五”和 八五”攻关项目 是 在氧化塘、土地处理和复合生态系统等自然处理技术方面的研究较多 ,依据 这些成果 设计，建立了一些土地处理、氧化塘等污水示范工程。在人工处理技术方面 , 八五”对高负荷生物膜、高负荷活性污泥、一体化氧化沟技术进行了 较 深入 的 研究 , 研究成果己 经 被应用于大批 工业污水处理 厂 中 。 七五 五”攻关项目 是 在氧化塘、土地处理和复合生态系统等自然处理技术方面的研究较多，依据 这些成果 设计，建立了一些土地处理、氧 化塘等污水示范工程。在人工处理技术方面，“八五”对高负荷生物膜、高负荷活性污泥、一体化氧化沟技术进行了 较 深入 的 研究。研究成果己 经 被应用于大批 工业污水处理 厂 中 。污水厂污泥处置问题在“九五 ” 科技攻关中受到 了 重视， 八五”攻关项目 是 在氧化塘、土地处理和复合生态系统等自然处理技术方面的研究较多，依据 这些成果 设计，建 立了一些土地处理、氧化塘等污水示范工程。在人工处理技术方面，“八五”对高负荷生物膜、高负荷活性污泥、一体化氧化沟技术进行了 较 深入 的 研究。研究成果己 经 被应用于大批 工业污水处理 厂 中 。污水厂污泥处置问题在“九五 ” 科技攻关中受到 了 重视，并配套开发 形成了 成套的污泥处理。经过“七五 ” 、 “八五”和“九五” 这些 期间的努力 奋斗 ，我国在 工业污水处理技术方面取得了很大的成绩。如今 在水污染治理技术上，我国已 经 能够提供许多 工艺技术传统活性污泥法技术、各种新型活性污泥工艺 ，比 如 ： SBR法和氧化沟技术 、酸化水解好氧技术和多种类型的稳定 塘技术等，这些污水治理技术已经应用于水体污染、改善水体环境方面，并取得了突出的效果 ，标志着我国 工业污水处理 事业 上升到了一个崭新的阶段。现在 ，我国 工业污水处理 的工作重点已经从工艺技术的研究转移到 了具体项目的实施 。 国际上，大规模的水污染治理是 发生 在第二次世界大战 过 后，随着 50 年代经济 蓬勃发展带来的 60年代日益严重 的环境污染而展开的。 工业污水处理设施中，城市排水管线、工业污水处理厂的兴建和运行在水污染控制中发挥着主导作用。到 70年代末，美国投资了近数 千亿美元兴建了 18000 多 座城市 工业污水处理 厂，英国、法国、德国更 是花费 巨额资金兴建了 7000至 8000 座城市 工业污水处理 厂。这些 工业污水处理厂的兴建运行 对国家的水体污染改善起 到 了关键 性 作用，也为人类治理水污染积累了 宝贵 丰富的经验。现在，这些国家的 工业污水处理水平又得到 了进一步提升，兴建了一套具备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 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 会 超过 2500亿元，其中 工业污水处理设备投资 约 近 300亿元。采用先进、实用 安全 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。在如此 形势下 工业污水处理自动化控制系统将会成为 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 准 。其中 处理过的污 废水还可以循环再利用，由于我国是一个水资源贫乏的国家，而且分布上极不均衡 ，许多地区和城市缺水严重。所以水资源 要重点 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 必要。 所以 ，有效的结合目前最新的工艺状况、 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 世界各个 国家的经济发展，都会推进社会 的 进步、促进工农业生产 的能力，使人民生活得到更大的改善，同时 也带来 了 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 严密 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。我国是个严重缺水的国家，虽然我国年平均水资源总量达到 28000 亿 m2，居世界第 6 位， 但是我国人口多， 人均水资源量 只有 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，其中有 5O个城市缺水严重 。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，每年因缺水造成的经济损失达 2300 亿。超过洪涝灾害。水资源的缺 乏和 水资源的 污染，己经严重影响了人民的日常生 活，严重 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减少工业污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会和和谐社会、保持我国经济快速发展具有重大 意义。 1.4 课题主要设计的内容 本课题 主要 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 ,主要由以下几点 组成： （ 1）介绍了 工业污水处理 的基本 概况 ， 其中 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 且 对 工业污水处理 控制系统进行 研究 设计 和 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。 2 工业污水处理控制系统总体介绍 2.1 工业污水处理基本概念 城市污水、生产污水、生活污水 或经过工业企业局部处理后的生产污水，基本 都 会 排入排水系统。这些污水除 了 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、病毒等使人生 病 致癌的微生物。经处理后的污水，最后出路一般有 三种 ： 排放水体 ； 灌溉田地； 循环利 用 。 污水污染物可 以 根据化学性 质和物理形态进行不同的分类。按化学性质，污水中的污染物质可分为有机性物质和无机性物质，其化学元素以碳 、氮、磷为主。按物理形态，污水中的污染物质可 以 分为固体悬浮物、胶体污染物质和溶解性污染物质。 好氧有机污染物的性质比较稳定，在微生物作用下，借助微生物的新陈代谢可以将其降解为无机物，如二氧化碳、水、硝酸根离子等稳定的无机物。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-chemical Oxygen Demand, BOD） mg/L、化学需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、总有机碳 (Total Organic Carbon) mg/L、总需氧量 (Total Oxygen Demand) 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。化学需氧量 (COD)的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 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 进行。所以 ，在选择 工业污水处理 工艺的时候必需要认真 地考虑当地污水的情况和实际的 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 化结合 ，以及生物 处理 等几种。这些方法可以根 据实际情况 单一使用，也可以针对不同的污水配合 使用。目前， 工业污水处理 的方法一般 都是 以生物处理法为主，物理处理法和化学处理法以辅。常用的 工业污水处理工艺有以下几种： （ 1） 传统活性污泥处理法。 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是 沼气池与沉淀池，主要处理部分关系框图如图 2.1所示 ： 曝气池 （有机物氧化为无机物） 无机物） 沉淀池 （活性泥下沉） 活性泥循环 原污水 清水排出 图 2.1传统活性污泥法工艺流程图 污水中的有机物在曝气池停留的时间内，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分有机物，并且在曝气池中将有机物 氧化成无机物，然后在沉淀池中经过沉淀 ， 部分 活性泥需要回流到曝气池 中。该工艺的优点 ：有机物去除率高，污泥负荷高， 池的体积小，耗电低，运行成本低。该工艺的缺点：普通曝气池占地大，建设投资多 ， 不能严格 满足国家标准相关指标范围、 容 易产生污泥膨胀 的 现象，磷和氮的去除率 比较 低。 （ 2） A/O法。 A/O法是在传统活性污泥 处理 法的基础上发展起来的一种 工业污水处理 工艺，其中 A表示 Anoxic（缺 氧的）， O表示好氧的意思 。 A/O法是一种缺氧 -好氧生物 工业污水处理工艺。该工艺 增加 了 好氧池与缺氧池所形成的硝化 -反硝化反应系统， 从而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，所以该工艺有着 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 2.2 A/O法工艺流程图 （ 3） A2/O法。 A2/O法 也 是在传统活性污泥 处理 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表示 Anaerobic（厌氧的），后一个 A表示 Anoxic（缺氧的）； O表示好氧的意思 。 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，特别适合用于对除磷 脱氮 要求 高 的 工业污水处理 。因此，在对除磷 脱氮有严格 要求的城市 工业污水处理 厂，一般 都 首选 A2/O工艺。 其工艺流程图如图 2.3所示。 图 2.3 A2/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，该工艺 是 没有初沉淀 的 ， 却 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至40min，以生物絮凝吸附作用为主，同时 会 发生不完全氧化反应，去除 BOD达 到 50%以上。 B段与常规活性污泥法相似 ，负荷较低 ，起到出水把关作用，处理稳定性较好 。 AB法中 A段效率 高 ，并有很 强 的缓冲能力。对于高浓度的 工业污水处理 ， AB法 是个很好的选择，它具有较高的节能 经济效益。尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时，优势更 为明显。但是，AB法 也有缺点， 污泥产量 比 较大， A段污泥有机物含量非常高，因此有必要添加污泥后续稳定化处理，这样就将增加一定的建设和费用。此 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 状况 ， B段也比较困难， 难以发挥优势。 总 之 ， AB法工艺 比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 城市 工业污水处理 厂， 并且有明显的节能效果，而 对于 脱氮要求 高 的城市 工业污水处理 厂，一般不宜采用。 （ 5） SBR法。 SBR法 是间歇式活性污泥法的简称，是一种按照一定 时间顺序间歇式操作的污水生物处理技术， 同样 也是一种按 照 间歇曝气方式来运行的活性污泥 工业污水处理技术，又称 为序批式活性污泥法。其反应原理和去除污染物的原理、 传统的活性污泥法基本相同，只是运行操作方式 有点差别 。 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各流程单元， 也就是说 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 工作 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 。 (6)本设计系统工业污水处理工艺及描述 ： 本 工业污水处理 工艺流程图如下图 2.4所示： 图 2.4 工艺流程图 污水由进水系统通过粗格栅和清污机进行初步的排除大块杂质物体到达除砂池。在除 砂池系统中细格栅和转鼓清污机进一步消除污水中的细小颗粒物体，将污水中的细小沙粒滤去后进入氧化沟反应池。在氧化沟系统中进行生化处理，分解污水中的有害物质，这个环节需要用到一些化学药剂来加强处理效果，比如复合碱、氯气、油絮凝剂等。 可以对污水进行除油、消毒、调整 PH值。同时在该系统中设置有溶解氧仪超声波检测器，通过它能对污水中的含氧量进行检测，根据其含量反馈到 PLC的值来控制曝气机变频器的运行，改变控制污水中溶解氧的含量。潜水搅拌机的作用是推动水流，使氧化沟的污水和活性污泥剧烈搅拌得以能够充分混合，使生化反应更加彻底充分，以最大程度地分解污水中的有害成份。经处理的污水再进入沉淀池中，通过刮泥机进行物理沉淀，为了加强沉淀效果，需要加入混凝剂和絮凝剂利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用，使其更加容易沉降。污水经沉淀池处理最后到达脱水环节，离 心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水。 2.3 工业污水处理系统控制形式 早期的控制系统大多是采用继电器 接触器控制系统，但是随着电子技术的快速发展，控制要求的不断提高，这类控制方法已经不能满足现代工业污水处理系统的控制要求，所以已逐渐被淘汰，取而代之的是 DCS、现场总线控制、 PLC 等控制方法。 （ 1） DCS 系统。 DCS 是集散控制系统的简称，又被称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、测量控制技术、信号处理技术、通信网络技术等相互结合形成的。计算机和现场终端的组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站等 连接起来，完成了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，可提升生产自动化水平和管理水平，其主要特点有：采用了分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序更加简单。实现了真正的分散控制，使系统的危险性降低并且分散，可靠性提高。扩展能力比较强。软硬件资源丰富，可适应各种要求。实时性好，响应够快。 （ 2） 现场总线控制系统。现场总线控制系统是由 DCS 和 PLC 结合 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 着数据传输和转换 ，从而实现控制和 管理一体化的自动控制系统，其优点 有：可以运用计算机丰富的软件、硬件资源。响应够快，实时性好。通信协议公开，不同产品可以互连。 （ 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 以 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，其特点有 ： 编程简 便， 使用方便，开发周期短，维护容易， 通用性强， 控制功能好 。模块化结构，扩展能力强。 2.4 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作用，即将城市中排除的污水通过该系统治理后，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快速发展，但是仍滞后于城市发展的需要，工业污水处理率低、设备运转率低等已经极大地影响了城市发展。为实现工业污水处理技术的方便、高效、低能耗的效果， 并且能够实现自动化的控制过程，采用 PLC作为核心控制器是个理想的方案。 PLC作为工业污水处理的控制系统使得设计过程变得更加简便，能够实现的功能变得更多。可以与各类人机界面的通信 完成 PLC控制系统的监视，同时使用户方便通过操作界 面功能控制 PLC系统。由于 PLC的 CPU强大网络通信能力，使得工业污水处理系统的数据传输与通信变为可能，并且也可实现其远程监控。 利用 PLC作为控制器的工业污水处理系统主要涉及到两个方面：一是控制信号输入；二是控制信号输出。 2.4.1 信号输入 工业污水处理系统信号输入检测方面主要涉及四种信号的监测，有按钮的输入检测、液位差的输入检测、液位高低的输入检测，以及曝气池中含氧量的输入检测。 （ 1）按钮输入检测：大多数是 人工方式控制的输入检测，主要有手动按钮、自动 按钮、格栅机启动按钮、潜水泵启动按钮、清污机启动按钮、潜水搅拌机启动按钮、污泥回流泵按钮、曝气机工频、变频按钮，以及变频加速减速按钮等。 （ 2） 液位差输入检测：检测粗细格栅两侧的液位差，是用来控制清污机的启动与停止。 （ 3）液位高低输入检测：检测进水泵房和污泥回流泵房中液位高低，是用来控制潜水泵或污泥回流泵的启动和停止和投入运行的潜水泵的数量。 （ 4）含氧量输入检测：上面三种都是数字量输入，这个输入是模拟量输入。曝气过程是工业污水处理系统中最重要关键的环节，为了保证微生物所需要的氧气，必须检测污水中的含氧量 ，并由曝气机增加或减少其含氧量。将溶解氧仪放置在适当位置，将检测值反馈到 PLC中，通过运算输出控制曝气机的转速信号。当溶解氧值偏低时，降低微生物分解的效果，延长处理时间，严重时甚至会导致处理失效，因此需要增加曝气机转速来增加供氧量；当溶解氧值偏高时，导致微生物过氧化，降低其活性，也不利于处理，因此减小曝气机转速来减少供氧量，最终使污水中的溶解氧保持在一定的范围内。 2.4.2 控制输出信号 信号输出部分主要包括 两个方面：一个是数字量输出，即各种类型设备的接触器；另外一个是模拟量输出，用来控制曝气机变频器。 （ 1）数字量输出：控制各类设备的启动和停止，包括：格栅机启停、清污机启停、潜水泵启停、潜水搅拌器启停、污泥回流泵启停等。 （ 2）模拟量输出：通过 PLC中 PID运算后的数据，通过它功能模块输出控制信号，该控制信号输入到变频器的控制端子上，改变变频器输出频率，从而控制曝气机的转速，最后达到控制污水中含氧量的效果。 3 硬件系统配置 氧化沟是工业污水处理系统中的重要部分，其结构的不同导致了不同的氧化方法。例如：奥贝尔、卡鲁赛尔和一体化氧化沟法，对于不同的结构，对应的配套设备也有较大的不同，所以它的结构较复杂，不 同的结构对应不同的控制系统，所以需要根据不同的结构特点来设计相应的控制系统。 3.1 主要组成部分 工业污水处理系统的结构较复杂，设备较多，在氧化沟中其控制过程及原理基本相同，都是通过控制曝气机的转速从而调节污水中的含氧量，其大致组成如图 3.1所示： 图 3.1工业污水处理 系统基本组成示意图 (1）进水系统：进水系统主要由 进水管道和进水泵房组成， 而 进水管道主要 是由粗格栅机和清污机组成，进水泵房一般由两台潜水泵组成。进水管道的主要功能是 排除污水中的大块物体 ，其中，粗格栅是依 据程序设定的时间 来进行间歇工作，而清 污机的运行和停止是依据粗格栅两侧的液位差来控制 的，当液位差超过某个 特定 值时，清污机启动；当液位差小于某个值时 ， 清污机运行停止 。进水泵房中的潜水泵运行和停止是通过安装在泵房内的液位传感器来控制 的，当液位较低时 ， 只启动一台潜水泵，当液位较高时 ， 启动两台潜水泵， 若液位持续升高不停 ，则输出报警 信号 以示意有故障发生。 (2）除砂系统： 除砂系统主要 是 由细格栅系统和沉砂池组成， 其中 细格栅系统是由细格栅机和转鼓清污机组成，沉砂池的主要设备是分离机。细格栅系统的主要功能是进一步净化污水中的颗粒物体，滤除污水中细小的沙 粒 ，其中的细格栅机是依据程序设定时间进行间歇工作，而转鼓清污机的运行和停止是依 据细格栅两侧的液位差来决定，当液位差超过某个 特定 值时，启动清污机；当液位差小于某个值时 ， 清污机的运行停止，这和粗格栅系统的运行方式 是 一致 的 。沉砂池中分 离机的运行和后续处理中的转碟曝气机的运行同步，即启动转碟曝气机时 同时启动分离机，对沉砂池中的沙粒进行排除。 (3）氧化沟系统： 氧化沟系统 是由氧化沟和污泥回流系统组 成，氧化沟是 工业污水处理系统中最重要的环节，因此控制量较多，控制过程较 复杂，包括转碟曝气机和潜水搅拌机，污水回流系统主要有 污泥回流泵构成。氧化沟的功能是对污水进行生化处理，分解污水中的有害 有毒 物质，使其达到一定的水质标 准，其中 转碟曝气机是关键设备，在氧化沟中设置有溶解氧仪对污水中的含氧量进行检测，根据反馈到 PLC的值来控制曝气机变频器的运行 停止 ，改变污水中溶解氧的含量。潜水搅拌机的作用是推进水流，同时使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈的搅拌状态，使他们充分混合接触。使活性污泥的生化反应更加充分，这样才能最大程度地分解污水中的有害 有毒 成分。污水回流系统 中 的污泥回流泵将剩余的污泥及使用过的污泥进行处理，该设备的运行与停止主要根据泵房 内液位传感器的状态，当液位低于某个 特定 值时停止回流泵的运行；当液位持续高于某个 值 时，回流泵停止运行 ，并且 输出报警信号；液位处于正常状态时，回流泵正常运行。 (4）沉淀系统：沉淀系统主要设备是刮泥机，它的 功能是对进行氧化沟处理后的污水进行物理沉淀，将污泥和清水分离 开，刮泥机在整个系统启动后就开始一直 运行。 在该系统中用到一定化学药剂， 主要包括混凝剂、复合碱、絮凝剂等， 主要 是用来调节改善混凝环境和絮凝体结构，利用高分子助凝剂的强烈吸附作用，使细小松散的絮凝体变的粗大紧密， 易发生沉降 。 (5）污泥脱水系统：污泥脱水 系统主要设备是离心式脱水机，它的功能是对氧化池中处理过污水的活性污泥进行脱水处理，由于 污水进行处理后，活 性污泥中有新的微生物和其他杂质，所以需要先对活性污泥添加一定量的药物，易于污泥脱水。离心式脱水机主要有聚合物泵、污泥机和切割机组 成，以上设备 都是按照顺序控制的方式启动，依次启动聚合物泵、污泥机和切割机来 完成对污泥的脱水处理。 3.2 电气控制系统 电气控制系统主要包括显示面板、操作面板、电气控制柜等。由于该系统中需要检测较多的数字输入量，而且还要检测模拟量的输入，按照设定的程序进行数据处理后，输出控制