基于PLC控制的污水处理系统毕业设计

河南理工大学毕业设计（论文）

摘要

目前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当，效率普遍低于世界标准。污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理是急需解决的主要问题。中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统、优化运行效果、减少运行费用，具有重要意义。

本文介绍了工厂污水处理的基本工艺和流程，并通过研究设计一套基于PLC控制的污水处理系统。文章首先介绍PLC在污水处理控制系统的工艺及相关流程，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，来说明PLC在污水处理过程中的应用。先根据污水处理要求设计了设备的电器控制与自动控制线路，主要包括设备的启停、状态信号、故障信号、和信号采集等，最后按照工艺要求设计PLC控制系统，其中包括PLC的选型、系统资源配置以及按照污水处理工艺编制PLC程序。

关键词：污水处理 PLC 工艺流程

I

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Abstract

At present, the majority of our sewage treatment control system automation level is not high, low security, mismanagement, efficiency is generally lower than the world standard.Sewage treatment system in the aeration process control, data communications and monitoring and management are the main issues that need to be resolved. China sewage treatment automatic control system is relatively backward, the high cost of sewage treatment, sewage plant's treated effluent quality of instability, how to establish effective automatic control system to optimize the operating results, and reduce operating costs is of great significance.

This paper introduces the basic techniques and processes of plant sewage treatment, and a sewage treatment system based on PLC control study design. The article first introduces the PLC-based sewage treatment process and related process control system, control system hardware architecture and design, operating principles and the basic principles of the design of PLC control system and the steps to illustrate the application of PLC in the sewage treatment process. First design of electrical control and automatic control circuit according to the sewage treatment requirements, including start and stop equipment, status signal fault signal, and signal acquisition, the final design of PLC control system in accordance with the process requirements, including the selection of the PLC, the system allocation of resources, as well as the preparation of the PLC program in accordance with the sewage treatment process.

Key words: sewage treatment the PLC process

II

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目 录

1 绪 论 ...................................................................................................................................... 1 1.1课题的背景 ....................................................................................................................... 1 1.2工业污水处理的国内外现状 ........................................................................................... 2 1.3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本设计系统工业污水处理工艺及描述 ........................................................................... 9 2.4工业污水处理系统控制形式 ......................................................................................... 10 2.5工业污水处理系统的功能要求 ..................................................................................... 11 2.5.1信号输入 .................................................................................................................. 11 2.5.2控制输出信号 .......................................................................................................... 12 3 硬件系统配置 ...................................................................................................................... 13 3.1主要组成部分 ................................................................................................................. 13 3.2电气控制系统 ................................................................................................................. 14 3.3工业污水处理系统的工作原理 ..................................................................................... 15 3.3.1控制系统总体框图 .................................................................................................. 15 3.3.2工作过程 .................................................................................................................. 15 3.3.3工业污水处理系统主电路设计 .............................................................................. 16 3.4 PLC的选型 ............................................................................................................... 16 3.4.1 PLC的选择 ......................................................................................................... 16 3.4.2 S7-200 PLC概述 ..................................................................................................... 17 3.5 PLC的I/O资源配置 ..................................................................................................... 18 3.5.1数字量输入部分 ...................................................................................................... 18 3.5.2数字量输出部分 ...................................................................................................... 18 3.5.3模拟量输入部分 ...................................................................................................... 19 3.5.4 模拟量输出部分 ................................................................................................... 19 3.6其他资源配置 ................................................................................................................. 20 3.6.1接触器选型 .............................................................................................................. 20 3.6.2变频器简介 .............................................................................................................. 21

III

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3.6.3变频与变压(VVVF)原理 ......................................................................................... 21 3.6.4变频调速的基本原理 .............................................................................................. 22 3.6.5变频器选型 .............................................................................................................. 23 3.6.6变频器参数设置 ...................................................................................................... 23 3.6.7电动机的选型 .......................................................................................................... 24 3.6.8液位差计 .................................................................................................................. 25 3.6.9溶解氧仪 .................................................................................................................. 25 4 软件系统设计 ...................................................................................................................... 27 4.1总体流程设计 ................................................................................................................. 27 4.1.1手动模式 .................................................................................................................. 27 4.1.2自动模式 .................................................................................................................. 28 4.2曝气过程控制的任务 ..................................................................................................... 37 4.3氯气投加环节 ................................................................................................................. 37 4.4絮凝剂投加环节 ............................................................................................................. 38 4.5 PID控制 ......................................................................................................................... 38 4.6 PLC和变频器通讯......................................................................................................... 39 5 预期效果 .............................................................................................................................. 41 5.1硬件系统的调试 ............................................................................................................. 41 5.2预期效果 ......................................................................................................................... 41 6 结 论 ................................................................................................................................ 43 参考文献 .................................................................................................................................. 44 附 录 ...................................................................................................................................... 45 致 谢 ........................................................................................................................................ 58

IV

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

1 绪 论

1.1课题的背景

我国淡水资源不断减少，而且污染现象较为严重。随着社会的发展，水资源已经成为影响工业发展的重要因素，现代工业中生产工艺和设备对水质要求越来越高。但是我国工业用水耗费高，重复利用水少，中水使用率不高，有关资料显示，我国的工业用水重复利用率平均为40%～50%。目前全国城市污废水的处理率（达排放标准的）仅有10%左右，其余的污废水都直接排入河川、湖泊、海洋。耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国工业系统水资源利用的突出问题。严重的环境污染使有限的水资源日益减少、水质日益恶化，无疑是“雪上加霜”。据统计，由于水质污染，我国已有大约3亿人的饮水发生不安全现象，其中1.9亿人的饮水是超标水。气象学家预测，2100年全球变暖加剧，地表将有1/3的面积变为沙漠，那时，干旱将威胁全球一半的人类的生存。这些现象都是水污染产生的严重后果，因此工业污水处理项目的实施已经刻不容缓。众多迹象表明，水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的障碍，因此世界各国越来越重视水处理和水的再利用，通过各种技术进一步提高供水质量，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、沼气等再生能源可以为工业生产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的。随着环境保护的呼声越来越高，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成为各企业基本的要求。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提出了非常高的要求。

未来10年，中国工业污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元，其中工业污水处理设备投入约300亿元。采用先进、实用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。在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益以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。其中处理过的污水还可以循环利用，由于我国是一个水资源匮乏的国家，而且时空分布上极不均匀，许多地区和城市严重缺水。因此，从环保、注水等多方面的因素考虑，对于工业污水处理是非常有必要的。因此，有效的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、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。

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