基于PLC的工业排水处理系统设计

1武威职业技术学院2011 届本科毕业论文（设计）论文题目：基于 PLC 的工业排水处理系统设计学生姓名： 张克志所在院系： 机械工程系所学专业： 09 机电一体化导师姓名：陈旦花完成时间：2011 年 5 月 11 日2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 。关键字：PLC；污水处理；SBR 反应3目 录前言 .1 系统总体设计 .12 控制系统设计 .22.1 除渣 .22.2 除油 .32.3 中和处理 .42.4 除有机物 .52.5 除盐 .63 PLC 选型 .73.1 PLC 的 I/O 口分配 .83.2 系统外部接线图 .93.3 软件设计 .104 上位机与下位机的设计 .104.1 上位机设计 .104.2 下位机设计 .114.3 上位机与下位机之间的通信 .124.3.1 PLC 的通信功能 .124.3.2 PLC 的通信协议 .125 通讯网络 .155.1 中央控制室 .155.2 控制分站 .155.3 现场监测仪表 .156 结束语 .16致谢 .17参考文献 .181前言 随着国民经济的发展，国家对环保事业也越来越重视，越来越多的污水处理厂正在兴建或待建中，只要稍上规模的污水处理厂，无一例外地都使用了 PLC作为其自控系统的主要设备。工业污水处理自动控制近年来一直是控制领域研究的热点之一。伴随着技术进步、工艺改进、系统完善的同时,对工业污水处理的控制也提出了更高的要求。本系统构建了基于 PLC 的工业控制网络,采用 PC 机和 PLC 组成网络控制。为提高系统可靠性,用工控机作为上位机,PLC 作为下位机,控制现场设备运行。PLC 编程采用了一种简便实用的方式。从而实现污水处理过程的自动控制功能，同时与合流中央监控系统进行通信，上传数据和接受中央监控系统下发的控制命令。整个控制系统改造最终达到无人或少人值守的目的。本系统大大提高了污水处理的自动化水平 1。1 系统总体设计该污水处理系统,包括明渠除渣系统、平流隔油池系统、中和池中和系统、SBR 反应池系统和除盐池除盐 5 个子系统.经过处理的水可满足回收利用的要求,能实现污水的循环利用。生产废水先通过栅格，使污水中的废渣与水分离,然后进入隔油池，通过刮板及刮泥机清除水中的油液，中和池做酸碱中和处理,污水从中和池进入 SBR 反应池进行厌氧-好氧曝气,在微生物的作用下,污水中的有机污染物作为营养物质被微生物氧化分解,废水得到净化。经过曝气处理的废水去除有机污染物后进入沉淀池进行固液分离。分离后的水进入处理池,加药处理后将清水外排;分离后的污泥进入集泥池,经加药混合、絮凝反应后外运填埋 2。污水处理系统的工艺流程见图 1。2图 1 工艺流程图2 控制系统设计2.1 除渣工业污水中含有大量的废渣，如果不经处理直接排入河中，不仅污染环境，而且会提高河床高度，阻塞河道。尤其是在雨季到来的时候，会对人民的生命造成极大的危害，给国家带来巨大的经济损失。除渣系统主要由格栅完成。明渠内的格栅由一组平行金属栅条制成,一般斜置于污水主渠道上,截留污水中的大块固体物,如塑料制品、纤维及其他生活垃圾,以防止阀门、管道及其后续处理设备堵塞或损坏. 污水过栅越缓慢,拦污效果越好,但过栅缓慢易造成栅前渠道或栅下积砂而使过水断面缩小,流速变大.因此,污水过栅的流速应根据污水中污染物的组成、含砂量及栅条间距等确定.格栅条间距应根据污水的种类、流量代表性杂物种类和尺寸大小等来确定,既要满足除渣要求,又要满足后续水处理构筑物及设备的要求。除渣系统的结构如图 23图 2 格栅除渣结构图污物的堵塞将会使格栅前后的水位差增加,用液位计来测量该水位差, PLC通过测量液位差值控制格栅除污机的清污动作，当格栅前后的液位值之差大于预定值时开启格栅除污机，当液位差值减少至预定值时自动停机。除污机位于明渠内的格栅上。此外 PLC 系统还可控制开启顺序和运行时间。格栅除污机的工作原理：格栅除污机是由一种耙齿配成一组回转格栅链，在电机减速器的驱动下，耙齿进行逆水流方向回转运动；当耙齿链运动到设备的上部时，由于槽轮和弯轨的导向，使每组耙齿之间产生相对运动，绝大部分固体物质靠重力落下，另一部分则依靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清刷干净。本系统设有液位报警模块，由液位计来测量明渠内的水位，当明渠内的水位超过给定的界限时，报警器发出报警，同时，系统停止工作。工作人员应及时清查问题所在，当该问题解决后，系统重新投入运行 3。液位报警系统的结构如图 34图 3 液位报警结构图2.2 除油当污水中含有过多的油类物质时，油膜就会覆盖水的表面，导致外界的氧气无法进入水中，而水中产生的废气也无法顺利排出。从而会影响水中各种生物的正常新陈代谢，导致大量的生物灭绝。除油系统由隔油池中设置的刮油机完成。平流隔油池中,一般装有链条式刮油机,废水从池的一端进入,从另一端流出.池内水平流速较小,进水中相对密度小于 1.0 的油滴在浮力的作用下上浮,并积聚在池的表面,通过设在池面的集油管和刮油机收集浮油;相对密度大于 1.0 的油滴随悬浮物下沉到池底,进入收泥斗后定期排放。刮油机的结构如图 45图 4 刮油机结构图本系统报警模块的原理及其结构图同除渣系统的原理及其结构图。2.3 中和处理当污水中含有酸性或碱性物质时，中生物的生活环境，导致水中生物大量灭绝。若用这种水进行灌溉，就会使作物枯萎、死亡，给人民带来巨就会使水中的酸碱性不平衡，从而改变水大的经济损失。中和处理系统通过中和池完成。操作工人通过自动控制或手动控制加酸与加碱的阀门与含有酸碱性废水的充分中和,力图通过中和反应使污水的 PH 值在 6.5-7.5 之间,然后流入 SBR 反应池,这样使 SBR 反应池中为中性环境,适合微生物将有害物质充分分解为无害物质。其工艺流程如下：由 PH 值量计测量污水的酸碱值，控制加酸阀、加碱阀进行中和作业。(1)若为酸性时，PH 值量计酸性触点接通，加碱阀门打开。(2)若为碱性时，PH 值量计碱性触点接通，加酸阀门打开。(3)若酸碱适中时，PH 值量计中性触点接通，加碱阀和加酸阀门关闭，安全灯打开 4。中和池结构如图 56图 5 中和池结构图本系统报警模块原理如下：当 PH 值量计检测到中和池内的 PH 值小于 2 时，就说明水中的酸性太强，为防止此酸性污水对处理设备的某些元件造成危害，此时，报警器发出报警，设备停止工作。当 PH 值量计检测到中和池内的 PH 值大于 12 时，就说明水中的碱性性太强，此时，报警器发出报警，设备停止工作。系统报警时工作人员应对污水来源进行调查，看是否有强酸或者强碱物质泄露。如果有，则应该及时治理；若没有，则应该对污水进行必要的稀释，而后，才能继续处理污水。此外，本系统液位报警模块的原理及其结构图同除渣系统的原理及其结构图。2.4 除有机物当水中含有大量的有机物时就会导致水质富营养化，某些浮游生物在水中爆发性繁殖，消耗水中大量的氧气，从而使水中的其他生物大量死亡。这种生长量特别巨大的浮游生物是粉红色或红褐色的，因此染红了海水，导致了赤潮。赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。一方面，赤潮引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为