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环境学论文

基于PLC污水处理控制系统毕业论文

时间:2014-1-1 21:29:52  作者:鸿禾娱乐官网注册-鸿禾娱乐怎么注册  来源:www.92bylw.com  查看:36  评论:0

      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。文章首先介绍了基于PLC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,控制系统,PLC,工艺流程 

第1章 绪 论

   水与人的生活息息相关,特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。然而,水资源是有限的。据报道我国人均拥有淡水量为2400吨,为世界平均值的1/4,在全球149个国家(参与统计国家中),我国人均淡水资源位居110位,属于淡水资源贫乏的国家。而且我国水资源时空分布极不均衡,全国500多个城市缺水,其中多个严重缺水,北方地区缺水现象尤其严重,人均拥有淡水量仅有240吨。令人担忧的是淡水总量日益减少,用水成本不断升高,淡水的浪费非常严重。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。淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。
   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大陆人类的生存。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。众多迹象表面,水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈,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。
1.1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进行研究。“七五”和“八五”攻关项目在氧化塘、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,以这些成果为设计依据,建立了一些氧化塘、土地处理等污水示范工程。在人工处理技术方面,“八五”对高负荷活性污泥、高负荷生物膜、一体化氧化沟技术进行了深入研究。研究成果己被应用于大批工业污水处理厂。污水厂污泥处置问题在“九五”科技攻关中受到重视,并配套开发成套的污泥处理。经过“七五”、“八五”和“九五”期间的努力,我国在工业污水处理技术方面取得了较大的成就。目前在水污染治理技术上,我国已能提供下列工艺技术传统活性污泥法技术、各种新型活性污泥工艺如:SBR法和氧化沟技术等、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在水体污染、改善水体环境方面发挥了突出的作用,标志着我国工业污水处理事业发展到了一个崭新的阶段。现阶段,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具体项目的实施。
   国际上,大规模的水污染治理是在第二次世界大战后,随着50年代经济的蓬勃发展带来的60年代日益严重性的环境污染而展开的。工业污水处理设施中,城市排水管线和工业污水处理厂的兴建和运行在水污染控制中发挥着骨干作用。至70年代末,美国投入了数千亿美元兴建了18000余座城市工业污水处理厂,英国、法国、德国更耗费了巨额资金兴建了7000至8000座城市工业污水处理厂。这些工业污水处理厂的投入对国家的水体污染改善起了关键的作用,也为人类治理水污染积累了丰富的经验。现在,这些国家的工业污水处理水平又有了进一步提高,兴建了一批具有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的作用。
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。其中处理过的污水还可以循环再利用,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。所以水资源也是一种保护。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有必要。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。
1.3目的和意义
   世界任何国家的经济发展,都会推进社会进步、促进工农业生产能力,使人民生活得到进一步改善,但是也随之带来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。我国是一个严重缺水的国家,虽然我国年平均水资源总最为28000 亿m2,居世界第6 位,人均水资源量为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,其中严重缺水城市有5O个。据中国经济信息网分析统计,全国按目前正常需要,年缺水总里约为300 亿~400 亿立方米,因缺水造成的经济损失每年达2300 亿。超过洪涝灾害。水资沟的匮乏和水资源的污染,己经严重的影响了人民的日常生活,严重的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降低工业污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会和和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。
1.4课题主要设计的内容
    本课题主要设计的内容是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,主要由以下内容组成:
   (1)介绍了工业污水处理的基本内容,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,并对工业污水处理控制系统进行设计分析;
   (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。第5章 调试和运行结果
   工业污水处理厂自动控制系统设计、安装完成后,进行系统的调试和试运行,确定符合实际进水水量和水质的各项控制参数,发现并解决设备、仪表、程序、工艺等方面出现的问题,检验系统是否实现工艺设计目标,即出水各项指标达到设计要求。
5.1硬件系统的调试
   按照系统设计要求将各硬件接线接好。调试过程首先检查总供电及各设备供电是否正常,然后检查设备的电气控制是否正常,能否正常开机,各种闸阀能否正常开启和关闭,检查仪表及控制系统是否正常。在对系统进行必要的检查后,开始具体调试。
   硬件功能调试主要是测试硬件的功能是否正常,这部分的调试内容包括:
   (1)供电线路的设置和检验,主要用万用表检测电路的连通是否实现,以及保证接线的正确性,防止220V与24V线路的错位接线发生;
   (2)电机直接加三相电源调试,检测电机工作状态;
   (3)变频器单独调试,检测能否正常进行参数设置;
   (4)变频器加电机进行调试,检测能否正常进行变频调速,在外部控制模式下,控制端子是否能正常控制电机启动,调节电机转速等;
   (5)PLC单独检测,检查PLC单元能否正常工作,指示灯是否正常,该部分工作实际上在鸿禾娱乐官网注册模拟调试前就己经完成;
   (6)PLC加变频器联机调试,检查PLC、变频器是否能实现对此系统控制;
   经过测试,结果表明上述功能一切正常,可以进行总体调试。
5.2软件系统的调试
   在STEP7-Micro/WIN32软件中,通过编程,将编好的程序下载到PLC中进行运行调试,检查程序是否有错误,是否能够实现相应的功能控制。调试时,可根据功能模块分类分别调试,最后进行总体调试。 在该控制程序中,需要根据外界输入的状态来控制清污机、潜水泵,以及污泥回流泵的启停,因此需要按照液位传感器和液位差计反馈来的信息进行判断处理,然后再进行输出控制。 
5.3运行结果
   通过系统调试,能够实现PLC在系统控制中的手动、自动模式的控制。启动电源后按下手动或自动模式选择按钮,当在手动模式时,可通过各控制按钮实现对工业污水处理系统中各电机的控制运行同时相应的指示灯亮。
   当在自动模式时,在自动方式下进行闭环控制,系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停控制。自动控制系统过程包括:粗格栅系统、潜水泵系统、细格栅系统、曝气沉砂系统、污泥回流系统、污泥脱水系统。启动自动运行按钮后,自动过程开始,启动潜水搅拌器和刮泥机。运行粗、细格栅机,进行间歇运行,即运行一段时间然后停止一段时间,循环进行。在间歇运行过程时,粗格栅机运行20min定时到后停止运行2h,2h定时到后又开始运行20min。细格栅机粗格栅机相似。根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行与停止。而进水泵房中的潜水泵根据液面高低进行运行、停止及运行数量的控制:①潜水泵系统启动首先开始启动潜水泵。②检测液面高度,低于最低位传感器时,开始定时防止误判。③定时到后,若仍低于最低位传感器,则停止潜水泵运行,否则潜水泵继续运行。④检测液面处于中位和高位传感器之间时,开始定时防止误判。⑤定时到后,若液面仍持续处于高位传感器,则输出报警信号。
   而转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后通过变频器控制其进行工频运行还是变频运行,进行加速还是减速运行,同时控制分离机的运行与停止。
   污泥回流泵的运行与停止根据液面的高低进行控制:①污泥回流系统启动首先检测液面高低,若低于最低位传感器,启动定时。②定时到,若液面仍低于最低位传感器则停止回流泵运行。③若液面处于最高位和最低位之间,启动污泥回流泵。④若液面高于最高位传感器时,启动定时。⑤定时到,若液面仍处于最高位传感器时,输出报警信号。
   在污泥脱水系统中,离心式脱水机的启动采用顺序控制方式,依次启动其设备。控制系统能根据外界溶解氧仪检测反馈的模拟量信号输入的状态来控制清污机、潜水泵,以及污泥回流泵的启停,因此需要按照液位传感器和液位差计反馈来的信息进行判断处理,然后再进行输出控制。各模块程序在仿真软件上进行调试时也能实现相应功能的控制。基本上达到了系统设计的目标要求。
第6章 结 论
   工业污水处理控制系统是一个比较复杂的综合系统,它包括与之相关的生产工艺流程、相关生产设备,现场计量自控检测仪表的选用、控制流程的模型建立、对 PLC系统软硬件应用研究等。本文详细阐述了工业污水处理工艺流程、控制系统总体方案以及具体的软硬件实现。
   通过一个月的课题设计和调试,基本上完成了对PLC工业污水处理系统的设计,达到了预期的设计目标。在这个过程中,使我学到了很多知识,积累了许多宝贵的经验,锻炼了自己的独立思考能力和实践动手能力。进一步加深了解了PLC在实践当中的应用。熟悉了PLC硬件的工作原理,完成了整个系统的模拟调试,通过对系统的不断修改和调试,基本上达到了预期的设计要求。
   在设计过程中主要从硬件和软件两个方面的问题进行,工业污水处理系统中,主要的硬件问题包括机械结构、硬件选型和PLC的外围电路设计和接线处。在PLC的外围硬件连线方面,主要是增加一些保护设备。由于输出都是何接触器等元件连接,接触器的突然断开和闭合会形成突波对PLC的输出端子造成损坏,因此需要加装一些保护装置,例如,续流二极管等,增加触点的寿命。软件方面主要问题在于程序编写完毕后,需要首先在电脑上对程序进行软件仿真,主要检查是否存在各种错误,可利用西门子公司配套的仿真软件。然后通过模拟硬件的方式检查程序,主要检查程序是否存在逻辑上的错误。调试时,可根据功能模块分类分别调试,最后进行总体调试。在该控制程序中,需要根据外界输入的状态来控制清污机、潜水泵,以及污泥回流泵的启停,因此需要按照液位传感器和液位差计反馈来的信息进行判断处理,然后再进行输出控制。
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标签:基于 污水 水处理 处理 控制 

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