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1、摘 要序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor），简称SBR。是一种中小型的污水处理方法。SBR工艺污水处理计算机监控系统的核心是可编程序控制器（PLC）。采用PLC不仅能够适应水处理系统的工艺特点，而且代表了现代工业的发展方向。随着工业自动化的普及与发展，要求有人家先进、稳定、可靠的监控设备加入到控制系统中，以完成数据的采集以及设备的安全运行。作为当今工厂企业重要的自动化控制设备之一，可编程逻辑控制器（PLC）已经被广泛的用于现代工业控制系统中，尤其适用于逻辑、顺序过程控制。它正随着计算机、通讯、网络等技术的进步全面迅速发展。关键词 污水处理，序批式活性污泥法，SB
2、R，可编程序控制器 ABSTRACTSequencing Batch Reactor, which is called the SBR law , is a kind of center and small sewage treatment method .The core of SBR craft sewage treatment computer supervisory system is the programmable foreword controller(PLC).Using PLC not only could adapt to the craft characteristic
3、of the water disposal system, but also represents the modern industry developed direction.Along with the popularization and the development of industrial automation , in order to complete the data gathering and the safety running of the equipment, more advanced, stable and reliable monitoring equipm
4、ents are required to join the control system. As one of the important automation control devices in nowadays factories, the programmable logical controller(PLC) has already been used widely in the modernindustry control system, especially for the logical, order process control, It is developing rapi
5、dly along withthe progress of the computer,communication , network and so on. Keywords Polluted water，processing，SBR，Programmable Controller 目 录前言 . 1 第一章 SBR污水处理系统介绍及流程图1.1 SBR污水处理工艺 . 3 1.2 SBR污水处理系统动力设备 . 4 第二章 SBR污水处理系统的硬件设计2.1 硬件设计总体说明 . 52.2 SBR污水处理电气控制原理图设计 . 5 2.2.1 主电路设计 . 5 2.2.2 交流控制电路设计.
6、 .6 2.2.3 主要参数计算 . 7 2.2.4 PLC输入、输出接口功能表 . 72.2.5 PLC电气控制原理图 .82.2.6 元器件目录表 . 9第三章 SBR污水处理系统的编程及组态3.1 程序设计 . 12 3.2 北京昆仑组态MCGS简介 . 13 3.3 组态的设计 . . . . 13 第四章 SBR污水处理系统电控箱及控制面板布置 4.1 确定元器件及其布局 . 15 4.2 绘制元件布置图 . .15 结论 . 16致谢.17 参考文献 . 18附录. 19前 言本毕业设计课题为 基于PLC控制的SBR污水处理系统，确立这个课题是从整个世界的大前提下考虑入手的。地球虽
7、然有70.8的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26，而且分布不均。20世纪50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。 在国际金融危机的背景下，中国采取继续扩大内需，促进经济增长政策
8、，把环境保护放在突出的战略位置。2008年四季度新增的千亿元中央投资中，投向节能减排和生态建设的资金达120亿元。用于重点流域的水污染防治工程投资及用于城镇污水和垃圾处理设施、污水管网建设提速的资金高达60亿元，前者投资为10亿元，后者为50亿元。可以说，污水处理行业迎来空前的发展机遇。 利用SBR（Sequencing Batch Reactor）污水处理系统，是因为SBR有以下几大优点：(1)易产生污泥膨胀的丝状细菌在SBR反应池中因反应条件的不断的循环变化而得到有效的抑制。而污泥膨胀问题是其它活性污泥方法中很常见且很难控制的问题之一；(2)在通常的条件下，该工艺可以不用添加化学药剂而达到
9、硝化、反硝化的效果；(3)SBR工艺通过缺氧好氧过程交替进行共同作用达到对污染物的去除，因此与常规活性污泥法等好氧处理工艺相比，具有电耗低的特点；(4)SBR工艺系统的启动及生物驯化容易，并且耗时短；(5)运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；(6)工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；(7)反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；(8)SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于污水处理厂的扩建和改造；(9)脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果；(10)工艺流程简单、造价低。加上
10、PLC的控制简单，控制能力强、抗干扰能力强，带有脉冲输出，可以直接连接伺服系统。可编程序控制器(简称PLC) 作为一种通用控制装置,广泛应用于各类工业领域。便于控制。完成这个课题，需要对全球的污水处理状况做一个大体了解，世界各国的污水处理工厂等是如何来进行日常生活成产的污水处理的，对于污水处理系统做到心中有数，成熟的污水处理系统有哪些，这些系统中又有哪些缺点和不成熟的地方。并着重了解SBR污水处理法。在了解SBR污水处理的基础上，就需要灵活应用所学到的PLC控制知识，来完成SBR的整个过程。做到简单控制，全面控制。 在撰写论文的过程中，需要查阅相关资料，这就需要利用到图书馆和网络中的丰富资源来
11、辅助这次毕业设计的完成。当然，毕业设计的完成离不开同小组同学的帮助和指导老师的解疑答惑。第一章 SBR污水处理电气控制系统介绍及流程图1.1 SBR污水处理工艺SBR污水处理技术是一种高效污水回用的处理技术，采用优势菌技术对生活污水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。SBR污水处理系统方案要充分考虑现实生活中校园生活区较为狭小的特点，力求达到设备体积小，性能稳定，工程投资少的目的。污水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响污水处理效果，因此采用地埋式砖混结构处理池以降低温度对处理效果的影响。同时，SBR污水处理技术工艺参数变化大
12、，硬件设计选型与设备调试比较复杂，采用先进的PLC控制技术可以提高SBR污水处理的效率，方便操作和使用。SBR污水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成，在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。SBR污水处理系统工艺流程图如图1-1所示。图1-1 SBR污水处理系统工艺流程图污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。当污水池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱
13、色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧（曝气）时间一般需要68h。在曝气管路上安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起，延时,罗茨风机空载启动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排空电磁阀再次启动，罗茨风机空载停机，然后延时,排空电磁阀关闭。曝气风机在无负荷条件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。经过1.5h的水质沉淀，PLC下达起动1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清水泵自动停止运行。这时2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时，2#清水泵自动停止运行，
14、这时中水箱内的水全部完成处理过程。如上所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当污水池中的水位降至低水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。SBR污水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同，工艺要求要求有所不同，电气控制系统应有参数可修正功能，以满足污水处理的要求。1.2 SBR污水处理系统动力设备SBR污水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀），均采用三相交流异步电动机，电动机和电磁阀（AC220V选配）选配防水防潮型。1#清水泵：立式离心泵LS50-10-A，扬程10m，流量29m3/h，1kW。2#清水泵：立式离心泵LS4
15、0-32.1，扬程30m，流量16m3/h，3kW。曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。电动阀：阀体D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置LQ20-1，AC380V，60W。第二章 SBR污水处理系统的硬件设计2.1 硬件设计总体说明(1)SBR污水处理系统控制对象电动机均由交流接触器完成启、停控制，电动阀电动机要采用正、反转控制。(2) 污水池、清水池、中水水箱水位检测开关，在选型时考虑抗干扰性能，选用电极考虑耐腐蚀性。(3) 电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保护信号，PLC控制电路考虑该信号逻辑关系。(4) 1#清水泵、
16、2#清水泵、罗茨风机电动机、电动阀电动机分别采用热继电器实现过载保护，其热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为PLC的输入信号，用以完成各个电动机系统的过载保护。(5) 罗茨风机的控制要求在无负载条件下起动或停机，需要在曝气管路上设置排空电磁阀。(6) 主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护。(7) PLC选用继电器输出型。2.2 SBR污水处理电气控制原理图设计2.2.1 主电路设计 SBR污水处理系统主电路如图2-1所示。图2-1 SBR污水处理系统主电路图(1) 主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、
17、曝气风机M3；交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。(2) 电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M4实现双重保护。(3) QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用方便。(4) 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。2.2.2 交流控制电路设计 SBR污水处理系统交流控制电路如图2-2所示。 图2-2(1) 4台电动机
18、M1、M2、M3、M4的过载保护，分别由4个热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护信号，KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。(2) 上水电磁阀YA1、排空电磁阀YA2，分别由中间继电器KA2和KA3触点控制。2.2.3主要参数计算(1) 断路器QF脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。SBR污水处理系统有3kW负载电动机一台，起动电流较大，其余三台为1.1kW以下，起动电流较小，而且工艺要
19、求4台电动机单独起动运行，因此可根据3kW电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF：IQF1.7IN=1.76A10.2A10A，选用IQF10A的断路器。(2) 熔断器FU熔体额定电流IFU。以曝气风机为例，IFU2IN22.5A5A，选用5A的熔体。其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。控制回路熔体额定电流选用2A。2.2.4 PLC输入、输出接口功能表表1-1和表1-2分别为SBR污水处理系统PLC输入和输出接口功能表。表1-1 SBR污水处理系统PLC输入接口功能表序号工位名称文字符号输入口1污水池高水位传感器H1X0002污水池低水位传感器L1X0013清水池高水位传感器H2X0024
20、清水池低水位传感器L2X0035中水箱高水位传感器H3X0046中水箱低水位传感器L3X0057启动按钮（绿色）SB1X0068停止按钮（红色）SB2X0079旋钮开关（自动）SA1-1X01010旋钮开关（手动）SA1-2X01111手动开电动阀旋钮开关SA2X01212手动关电动阀旋钮开关SA3X013131#清水泵手动旋钮开关SA4X014142#清水泵手动旋钮开关SA5X01515电动阀门开起限位开关SQ1X01616电动阀门关闭限位开关SQ2X01717电动阀电动机故障报警FR0X02018电动机热保护器报警KA1X02119曝气风机手动旋钮开关SA5X022图1-2 SBR污水处理
21、系统PLC输出接口功能表序号工位名称文字符号输出口11#清水泵接触器KM1Y00022#清水泵接触器KM2Y0013污水池高水位红色指示灯HL7Y0024污水池低水位绿色指示灯HL8Y0035清水池高水位红色指示灯HL9Y0046清水池低水位绿色指示灯HL10Y0057中水箱高水位红色指示灯HL11Y0068中水箱低水位绿色指示灯HL12Y007 （续）序号工位名称文字符号输出口9电动阀门开起绿色指示灯HL13Y01010电动阀门关闭黄色指示灯HL14Y01111开电动阀门接触器KM4Y01212关电动阀门接触器KM5Y01313电动机热保护器报警红色指示灯HL6Y01414罗茨风机（曝气风机
22、）接触器KM3Y01515排空电磁阀继电器KA3Y01616上水电磁阀继电器KA2Y017171#清水泵泵指示灯HL2Y020182#清水泵泵指示灯HL3Y02119罗茨分机指示灯HL4Y02220上水阀指示灯HL5Y0232.2.5 PLC电气控制原理图包括PLC硬件结构配置及PLC控制电路原理图设计。 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置。 根据上述硬件选型及工艺要
23、求，绘制PLC控制电路原理图，绘制PLC控制电路，编制I/O接口功能表。图1-4为SBR污水处理系统PLC电气控制原理图，A点（L1），B点（N）作为PLC工作电源，输入，输出采用24V电源。 图1-4 KM4和KM5接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。 PLC输入回路中，电源由外部的24V直流电源提供，所有输出口的COM端短接后接入DC24V的（）端。2.2.6 元器件目录表根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件目录表，如表1-3所示。表1-3 SBR污水处理系统元器件目录表序号文字符号名 称数量规格型号备 注1M1M4电动机4Y系列三相交流异步电动机2FR1FR4热继
24、电器4JR16B-20/3参照电动机整定电流3FU1FU4熔断器12RL1-15熔体210A4FU5FU7熔断器2RT16-32X熔体2A5QF断路器1C45AD脱扣电流10A6SB1起动按钮1LAY37绿色7SB2停止按钮1LAY37红色8SA1转换开关1LAY37-D2手动/自动转换9SB4SB8手动开关5LAY37-D2黑色10KM1KM4接触器4DJX-9线圈电压：DC24V11KA1KA3中间继电器3HH52P线圈电压：DC24V12HL1HL15指示灯15AD16-22LED显示，DC24V13YA1电磁阀1ZCT-50A线圈电压：DC24V14YA2电磁阀1ZCT-15A线圈电压
25、：DC24V15YA3电动阀门装置1LQA20-1DC24V，6W16PLC可编程序控制器1FX2N-48MR继电器输出第三章 SBR污水处理系统软件程序设计3.1 程序设计根据控制要求，建立SBR污水处理系统控制流程图，如图1-5所示，表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。在明确PLC寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，包括主程序编制、各功能子程序编制、其他辅助程序的编制等。（程序见附录）图1-5 SBR污水处理系统控制流程图3.2北京昆仑组态简介MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京
26、昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机
27、界面等专用设备。3.3 组态的设计如下图，SBR废水处理系统监测窗口下图为控制窗口第四章 SBR污水处理系统电控箱及控制面板布置4.1确定元器件及其布局先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及电控箱内装配板与控制面板上应安装的电器元件。本系统除电控箱外，在污水处理设备现场设计安装的电器元件和动力设备有：电磁阀、水位开关、电动机、电动阀（含阀位控制器）等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、隔离变压器、PLC、接触器、中间继电器、热继电器和端子板等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、旋钮开关、各色指示灯等。4.2绘制元件布置图依据用户要求满足操作方
28、便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图，如图1-7图1-8所示。至此，基本完成了SBR污水处理系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。图1-7 电控箱电器板元件布置图 图1-8 电控箱电器面板元件布置图结论本文介绍了以PLC为核心的SBR污水处理自动控制系统。在实现多工序定时控制的前提下，实时监测污水中溶解氧含量，并以变频调速方式调节鼓风机的供氧量,从而提高污水处理质量，具有节能、省时的特点。SBR工艺具有工艺简单、占地面积小、投资省、不易发生污泥膨胀的特点。采用PLC控制技术实现对溶解氧含量的控制，提高了SBR污水处理系统的性能。致谢至此，我们
29、的毕业设计将近了尾声，虽然这个课题需要自己花大量的精力来投入其中，需要各方面查询资料，回顾以往所学习的课程内容，在做设计的同时，也需要忙于工作的事情，我的中期检查和工作上的事情还产生了时间上的冲突，使我感到力不从心，但是这毕竟是我大学三年来的一个综合性的总结，这个设计代表了我三年来所学习知识情况的整合，代表了我利用各个方面资料的能力，也体现了同学间相互帮助的精神。感谢学校给我们充裕的时间来完成这个毕业设计课题，感谢指导老师曹金娟，百忙之中总能抽出时间来帮我们解决毕业设计中的问题，感谢同组的同学帮我解决遇到的问题。参考文献1、张运刚，宋小春 .PLC职业技能培训及视频精讲.人民邮电出版社, 2010.1(2010.8重印)2、瞿彩萍.PLC应用技术(三菱).中国劳动社会保障出版社,2006年3、何献忠.工业污水处理的PLC控制应用.机电产品开发与创新.2004年4、张卫娜.基于PLC的污水处理研究.沈阳航空工业学院学报.2007年5、张占,张德虎.基于PLC和MCGS的串行通信实现.科技创新导报.2008(8):2-36、徐琳,牟道光. PLC在污水处理中的应用. 微计算机信息.2004,20(3):42-437、张统.间歇式活性污泥法污水处理技术及工程实例.化学工业出版社,2002:19-27附 录SBR污水处理系统PLC梯形图程序如下：
