发布时间 : 星期四 文章基于S7-200PLC的SBR污水处理控制系统设计 - 图文更新完毕开始阅读
本科毕业设计说明书（论文）
1 绪论
1.1 选题的目的
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从总的方面来说，中国的淡水资源总量与其他国家相比是不少，但就全国的分布上来说不是很平衡，因此相对的平均资源就少了。而且在全国城市化大潮的推动下，在各个地方都有对环境或多或少的破坏，造成了不同程度上的污染。但是，由于人口的迅速增加和工业上的生产需求，对于水资源的需求量，也是日益增多[1]。就在这种严峻的形势下，污水处理工艺也就应运而生。由于生产力水品的迅速提高，PLC技术也得到了充分发展的机会，使得污水处理控制系统变得更加合理化、智能化，同时也更加的省时省力，大大的节约了社会资源与劳动力，符合可持续发展原则。以前的传统活性污泥法，现在早就跟不上社会的需求。
但现在依然有部分的企业采用传统活性污泥法来处理工业污水，这样虽然运行的成本低了，但是建设投资与占地范围都比较大，而且相对国家标准而言也是不符合相关要求的，容易造成对土地的再次污染。如果一次性处理的污水太多，就无法及时进行反应处理，于是出现了更加高效、节能的污水处理控制工艺来满足人们与企业的日常需求。
1.2 选题的意义
随着社会的高速发展，传统意义上的污水处理控制系统已经无法跟上发展的步伐，其缺点也是越发明显，已经逐步被社会所淘汰。但是随着PLC技术的迅速发展，出现了一个新的基于可编程控制器的自动化程度比较高的污水处理控制系统。
本课题是基于S7-200PLC的SBR污水处理控制系统的设计，这个系统可以达到对污水池液位的实时监控、进水泵与风机相关I/O设备的故障检测及报警的目的，及时避免了不必要的浪费与危险。本设计不仅仅完成了该系统的设计方案、工艺流程、程序编写，同时还完成了该课题在软硬件方面的设计以及组态监控画面。
1.3 污水处理的发展现状
在国外，许多的污水处理厂早就想到了要将污水处理与网络连接到一起,这就是一些早期的与污水处理相关的自动控制系统的起源。而且国外的人早些时候就把SCADA技术应用到供、排水系统中，并且也取得了一些不错的社会与经济效益。当
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国外的许多厂家为了方便监控与检测，已经可以在污水处理方面采用智能控制系统来代替传统的人工控制的时候，国内的污水处理技术才开始起步。国内在污水处理方面的自动化[2]控制技术起步比较晚，90年代之前一直没有什么比较明显的发展。但从90年代开始，随着国内许多大型污水处理厂的建成，我国的自动控制技术也有了比较大的进步，才开始渐渐地采用智能化系统来代替传统工艺。后又从国外引进计算机监控系统，使得各种新的工艺跟设备层出不穷，并且都得到了最合理的利用。我国目前还处在手动与自动结合的阶段，自动化程度并不是很高，而且也没有信息的交换，不能对整个厂房的设备进行实时监控。
总的来说，虽然我国和国外的自动化技术相比还有不小的差距，但是对于我国这样一个环境污染严重的国家来说，污水处理迫在眉睫，所以，在中国污水处理自动控制系统的前景还是可观的。
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2 设计方案的确定
2.1 常用的污水处理工艺
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到现在，随着各种生产生活废水的肆意排放，相对应的污水处理方案也是层出不穷，每个地方的情况都不尽相同，所以要因地制宜选用处理方案。
(1) 比较传统的污水处理工艺[1]，主要部分是由沼气池与沉淀池组合而成，该方案中污水中的有机物在经过曝气池的时候，会被池中的微生物吸附掉大部分，同时还有部分也会被氧化掉，但是沉淀下来的一些污泥依旧会回到曝气池里继续前面的步骤。这种方法对于有机物的利用率比较高，不需要太大容量的池子，节约能源。但是，前期投资成本高，氮磷的利用不够充分，污泥容易堆积。
(2) 缺氧-好氧法(即A/O法)，该方法为生物法，就是在原有的传统工艺上发展出来的污水处理方法。通过增设的好(厌)氧池进行相关的化学反应(硝化-反硝化)，这样能大大提高氮的利用率。
(3) 生物降解法，该方法分为A和B两段，初期的时候没有沉淀的，曝气也分为高低负荷两个段。在高负荷的时间段，以生物的吸附为主要手段，不发生化学反应，缓冲比较好。B段为低负荷段，和一般的活性污泥法差不多，稳定性比较优良。但是该方法的污泥产量比较大，后期的费用会增加很多，氮的利用率也不是很高。
2.2 SBR法的原理及特点
本课题比较合适选用SBR法。SBR使用分时运行代替用传统方式进行的空间分割，能拥有在污水处理高峰期的持续工作能力。SBR工艺法的基本组成[3]是粗网格的去污池、蓄水池、污泥储存池、水泵和风机等主要设备，可以在各个反应池的相应位置都安置好相应的液位传感器，用来测量各个水池中的液位。SBR法跟传统人工的污水处理工艺具有很明显的几个优点[1]：
(1) 通俗易懂，操作灵活，资金成本不高。 (2) 处理效果好，出水可靠。 (3) 除磷脱氧的效果也很好。 (4) 污泥沉降的性能也比较好。
(5) 对于各种污水也有比较强的适应能力。
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但是SBR也有其局限：
(1) 对反应池容量的利用率不是太充足。 (2) 水头的损失很大。
(3) 高峰处理期间的时候需氧量很大。 (4) 没有将相关设备做到最合理的利用。 (5) 只适合中小型却不适合大型的污水处理厂。
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2.3 工艺流程
基本工艺流程[3]如下所示： (1) 进水
进水阀门打开，同时回流泵与风机都开始正常运行。污水一般要经由两次过滤，才能通过进水泵送入蓄水池，按照系统控制需求，把蓄水池里面的水按照一定顺序分别送到各大反应池，直至液位到达池中设定的上限位。
(2) 反应
反应这一步是SBR工艺最核心的步骤。当污水注入达到池中液位上限位的时候，进水的电磁阀关闭，无水进入，但是回流泵与风机一直工作着，搅拌机也开始运行，反应开始，主要就是对氮磷无机物之类的吸收[7]。以控制要求所需要实现的目的为依据，来确定和调整曝气方式、程度，以及反应时间的长短。风机与搅拌机同时运作，这样加大了充氧量，可以让反应进行的更充分，有效防止沉淀，提高了利用率，节约资源。
(3) 沉淀
反应一定时间之后，反应池里面的风机停止工作，风机开关断开，与此同时搅拌机跟回流泵都停止工作。静置一段时间将上层液体与下层污泥沉淀物慢慢地分开。
(4) 排水
SBR池中水位到达上限位，并且沉淀过一段时间，上清液与污泥分层隔开之后，滗水器会下潜将上清液慢慢排到反应池外面。当液位到达池中下限位之后，滗水器立刻就停止工作。与此同时，沉淀下来的污泥将被排放到储泥池，工艺流程如图2.1所示。