污水处理厂的PLC控制系统设计 (1)

毕业设计（论文）

题目污水处理厂的PLC控制系统设计

系（分院）机械电子工程系学生姓名学号专业名称电气自动化技术指导教师

2009年03月03日

河南职业技术学院机电系（分院）

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）指导教师评阅意见表

污水处理厂的PLC控制系统设计

刘00

摘要：本文主要介绍了 PLC在城市污水处理中的具体应用，系统介绍了城市污水处理工艺流程以及基于SIEMENS的S7—400 系列PLC的污水处理实施方案，介绍了城市污水处理厂监空系统数据采集的方法。为了提高污水处理厂的运行管理水平， PLC是该系统的重要组成单元，各单元按一定拓扑结构互连构成污水处理厂的控制系统。研究结果表明，该系统不仅具有较强的并行协调处理能力，而且具有高可靠性、灵活性和可扩展性，以及高速处理能力等优点。介绍污水处理厂的设备组成、自动化控制方式和PLC各工作站的功能、网络构成在污水处理中的应用，总结自动化控制系统对提高生产效率、减少现场操作人员、提高安全性发挥的良好效果。 关键词：污水处理自动化控制系统 PLC

在我国，随着经济飞速发展，人民生活水平的提高，对生态环境的要求日益提高，要求越来越多的污水处理后达标排放。水资源的污染却日益严重，也因此许多城市都规划和建设了水污水处理厂，来改变目前水资源紧缺且污染的现状。

随着全球水资源供应的紧张和对自动化要求的增加，我国的污水处理厂必然是向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前，PLC在其稳定性和高度自动化程度的不断加强，使PLC成为在城市污水处理自动化方面的首选。

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一、污水处理工艺流程

（一）对工艺流程的阐述

首先从厂外污水泵站提升到污水处理厂的污水，经过粗格栅，去除污水中较大的垃圾、漂浮物；通过5台100KW和3台54KW的污水泵将污水提升到细格栅，将较小的漂浮物去除；在沉砂池搅拌、除砂；然后进入生化池进行厌氧、耗氧处理，经沉淀池泥水分离，上层澄清液作为净化后的清洁排放水；沉淀下来的污泥一部分回流到生化池再生利用，一部分作为剩余污泥回流到污泥浓缩池，进一步浓缩，通过污泥处理系统，把泥浆态的污泥脱水、压滤，形成干污泥饼。该工艺流程简图如图1所示。

（二）沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制

砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计控制，而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的。

生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都是由微机触发指令通过PLC控制。

图1 工艺流程简图

（三）脱水机房

脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱

水处理的任务。污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的固体颗粒被凝聚成絮团，并分离出自由水，然后被输送到带式污泥脱水机上，经顶脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水区后形成滤饼排出。设备的控制思路是以时序的逻辑控制为主导，污泥和絮凝剂混合的比例通过污泥电磁流量计、清水流量计和投药泵投药量实现。该系统流程控制原理图如图2

所示。

图2 污泥脱水系统流程控制图

脱水机系统的联动控制时序：

条件：各设备准备就绪，无故障；空压机、自动配药池工作正常。

启动：皮带输送机运转带式脱水机运转投药泵运转污泥泵运转。

停机：控制顺序与启动顺序相反。

时间：根据实际的运行状况，可在PLC中设置各设备联动间隔时间。

（四） PLC控制系统

污水处理厂自控系统遵循“集中管理，分散控制，数据共享”的原则，设计选型先进，安全可靠，经济合理，并能保证系统长期稳定高效地运行。PLC控制系统满足污水处理厂运行管理和安全处理的要求，即生产过程自动控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节、提高运行效率，降低运行成本，减轻劳动强度，对污水处理厂内各系统工艺流程中的重要参数、设备工作情况等进行计算机在线集中实时监测，重要设备进行计算机在线集散控制，确保污水处理厂的出水水质达到设计排放标准。

二、污水处理系统中的PLC

（一） PLC设计综述

实用性：PLC系统其目的在于满足污水厂生产控制和管理要求，在保证先进的条件下，设备和系统应符合实际要求。

可靠性：污水处理厂的生产过程要求PLC控制系统具有连续可靠性。

经济性：PLC系统的技术含量高，设备复杂，因此，在设计时应进行技术经济比较。

先进性：网络技术、信息技术、PLC控制技术发展迅速。

（二）PLC在污水处理中的部分运用

主要功能：

生产工艺过程以工艺流程图方式显示，图形可以取出每幅图的局部进行放大，便于分幅，分组组展示，流程上有相关的实时生产过程的动态参数值显示。当动态显示值显示改变时，随之改变图形的数值。

三、 PLC设计

（一）PLC构成的控制系统

在厂区电气自控的总体设计上，应在允许的条件下，提高污水处理厂的自动化程度。尽量做到无人值守。这一点对减少小型污水处理厂的单方经营成本有很重要的意义。因为，尽管污水厂较小，如果没有自动化程度较高的自控系统，往往需要按岗定员，这样3000-20000吨/日的污水处理厂也需要10-30人。实际上，对于规模稍大的污水厂，定员也不过如此，所以相对人力成本很高。在条件允许的情况下，尽量提高污水厂的自动化程度。有条件时，还可在反应池等重要地方安装摄像头，以监视污水厂的运行状况。

PLC构成的控制系统流程图如图3所示。

图3 PLC构成的控制系统设计步骤

此种设计方法与常用的继电器控制逻辑设计比较，组件的选择代替了原来的部件选择，程序设计代替了原来的硬件设计。

我们采用一台PLC控制多台监测仪器的集中控制系统。该系统用于监测对象（仪器）所处的地理位置比较接近，且相互之间有一定联系的场合，如图4所示。

图4 集中控制系统

该系统采用的PLC（SZ-4）模块是：

8点DC12/24输入模块Z-8ND1

8点集电极开路输出模块Z-8TD1

4通道12位模拟量输入模块Z-4AD1

用PLC构成的监测控制系统，有自动、半自动和手动三种运行方式。

PLC在监测系统中要完成信号实时采样、脉冲量累计、预警报信号监测与报警输出等，并通过各种传感变送器与传感器连接。PLC作为一种控制设备，用它单独构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用上位微机来弥补。

对于环保要求较严格的污水处理厂，可考虑在处理构筑物增设上部建筑或加盖的方式，以隔绝臭气。如果增设上部建筑，可采用透光阳光板或彩色压型钢板的罩棚，外形做成圆拱形。其特点外形美观，视觉效果好，设备设在室内，便于维护管理。在高出地面的池子部分，做成天蓝色或湖绿色彩带。既与罩棚相呼应，又减弱了纯构筑物的僵硬、呆板。

两种方法比较各有优缺点，采用阳光板或压形钢板拱形罩棚的办法，外形美观，管理方便，但为了日常的检修，往往需要增加吊车，另外，采用这种圆拱顶应注意在严寒地区冬季结露的问题；第二种方案造价较省，但需在混凝土盖板上开孔，以便池内设备的安装及维护管理。

1、采用传统SBR处理工艺，具有占地省，处理效果可靠，自动化程度高等优点。

2、各处理构筑物布置紧凑，如图2所示：沉砂池（3）采用旋流沉砂池，与三座SBR池合建，由SBR池中间的渠道给三座SBR配水。泥处理单元由浓缩池（5）与脱水机房（6）合建组成。全厂占地面积仅为0.34公顷，但并不显拥挤。

（二）对污水处理系统中的PLC子站皮带运输机的控制程序设计

图5 原料皮带运输机示意图

原料从料斗经过PD1、PD2两台皮带运输机送出；由电磁阀M0控制从料斗向PD1供料；PD1、PD2分别由电动机M1和M2控制如图5所示。

1、控制要求

初始状态料斗、皮带PD1和皮带PD2全部处于关闭状态。

启动操作启动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要求逆送料方向按一定的时间间隔顺序启动。其操作步骤为：皮带PD2→延时5s→皮带PD1→延时5s→料斗M0。

停止操作停止时为了使运输机皮带上不留剩余物料，要求顺物料流动的方向按一定的时间间隔顺序停止。其停止的顺序为：料斗→延时10s→皮带PD1→延时10→皮带PD2。

故障停车在皮带运输机的运行中，若皮带PD1过载,应把料斗和皮带PD1同时关闭，皮带PD2应在皮带PD1停止10s后停止。若皮带PD2过载，应把皮带PD1、皮带PD2（M1、M2）和料斗M0都关闭。

2、I/O地址分配如表1所示。