武汉理工大学毕业设计（论文）

Abstract

Economic development of any country in the world, will promote social progress and to promote industrial and agricultural production capacity and further improve people's lives, but also will bring a different program of environmental pollution. Sewage also contributed to one of the sources of environmental pollution. Attracted the attention of the governments of the world's pollution sources, water pollution environmental topics to be included in the work schedule of the World Environmental Organization.

This thesis describes a sewage treatment control system based on PLC. The system uses the oxidation ditch sewage treatment process, oxidation ditch is a deformation of the activated sludge process, a low load, extended aeration activated sludge process.

The thesis first introduces the purpose and significance of this topic, the state of development of the automatic control system at home and abroad sewage treatment, sewage treatment process control system and related processes, the overall control system design, system hardware architecture and design, working principle and system software PLC ladder programming, 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 process requirements, including start and stop equipment, status signal fault signal, the 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.

Finally, this design use the MCGS configuration software, and designs a reflection of the display system of the sewage treatment process.

Key Words：Sewage treatment Oxidation Ditch PLC

II

绪论

1）课题目的及意义

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。与此同时，在我国大部分城市和地区，本已极为有限的水资源还受到水质恶化和水生态系统破坏的严重威胁。尤其伴随着城市化和工业化进程的加速，需水量和污染物排放量迅速增长，水危机不仅会长期存在，而且有迅速加剧的趋势。水资源短缺和水环境污染造成的水危机已经成为我国社会经济发展的重要制约因素。国内外水环境恢复与再生的实践表明，污水深度处理与再利用是通向健康水循环的桥梁，推进污水深度处理和普及再生水，利用人类与自然兼容协调，创造良好水环境，促进人类可持续发展的重要举措。

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。

2）国外发展状况

国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力，进行水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。国外污水处理自控系统主要存在以下几个特点：

（1）采用集散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS。按照厂区的自身情况和工艺段来划分若干个控制站，站与站之间可以平级关系也可以是上下级关系，站与站之间一般独立运行。设立中控室，中控室有操作员和工程师站，负责全厂的数据管理与记录、报表等工作。

（2）采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实行实时监测，并由上位机记录下来，提高了测量精度。

（3）生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动地调整相应的控制方式。

（4）大量采用遥测、遥控设备，并开始有效地利用社会信息资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。

3）国内发展状况

解放初期，我国由于工农业生产刚刚起步，当时的污水污染程度很低，且提倡利用污水进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利用作为经验进行推广，全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂在处理工艺有的还是一级处理，处理的规模也很小，致使污水处理技术和管理水平处于较落后的状态。

与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表，实行集中巡检；八十年代应用分析仪表和DCS系统；至九十年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建设投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大的提高。从国外引进污水厂的自动控制系统已经广泛采用集散式

计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺，新设备大量出现并得到应用。可以说我国污水处理自动化的现状是：手动与自动皆备，自制和引用并举。可以看出我国的污水处理自控系统有以下特点：

（1）对于新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统，手动与自动并存的控制方式。

（2）国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在线仪表，但是由于进口仪表价格昂贵，所以应用并不是很广泛。

（3）各个控制站之间完全独立，没有信息的交换。并且各个控制单元由于其内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制和逻辑控制。

通过对比，不难看出整体上和国外相比我国污水的自控系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。 4）设计的主要内容和预期目标

本设计的主要内容是：了解污水处理的工艺方法，确定采用其中一种处理工艺（氧化沟法），根据其工艺要求及相关流程，选定设备的具体型号，设计系统的硬件连线图和PLC梯形图程序，从而完成整个污水处理系统的设计。 所要完成的任务和预期目标：

（1）设计能够实现污水处理的氧化沟系统方案。

（2）利用AutoCAD，绘制污水处理系统的电气硬件连线图。

（3）根据控制流程图，完成系统的PLC梯形图程序。

（4）设计控制系统操作与显示接口，利用MCGS组态软件设计界面。 5）论文结构

根据以上的主要内容和预期目标，本次设计论文通过以下几个方面进行阐述污水控制系统：

（1）绪论。主要概述课题的目的和意义，已及国内外的发展现状。

（2）第一章 系统总体方案设计。介绍氧化沟系统的组成部分、工作原理和工作基本过程。

（3）第二章 系统硬件设计。主要介绍PLC的I/O配置、设备选型和硬件电路连线图。

（4）第三章 系统软件设计。介绍手动自动控制流程和梯形图程序。

（5）第四章 系统的MCGS组态。设计系统的组态界面和MCGS与PLC设备的连接控制。

（6）结束语。对本设计进行总结，并提出需要解决的问题和注意的方面。

1 系统总体方案设计

1.1 系统主要组成部分

工业污水处理系统的结构比较复杂，设备较多，在氧化沟中其控制过程及原理大致相同，都是通过控制曝气机的转速来调节污水中的含氧量，其基本组成如图1-1所示。

图1-1 污水处理系统基本组成示意图

进水系统 除砂系统 氧化沟系统 沉淀系统 污泥脱水系统 1）进水系统。进水系统主要有进水管道和进水泵房组成，进水管道主要由粗格栅机和清污机组成，进水泵房主要有两台潜水泵组成。进水管道的主要功能是将污水中的大块物体排除，其中的粗格栅是根据程序设定的时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止是根据粗格栅两侧的液位差来决定的，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行。进水泵房中的潜水泵运行及停止是通过安装在泵房内的液位传感器来决定的，当液位较低时只启动一台潜水泵，当液位较高时启动两台潜水泵，若液位持续升高时，则输出报警以示意有故障发生。

2）除砂系统。除砂系统主要由细格栅系统和沉砂池组成，细格栅系统是由细格栅机和清污机组成，沉砂池的主要设备是分离机。细格栅系统的主要功能是进一步净化污水中的颗粒物体，将污水中细小的沙粒滤除，其中的细格栅机是根据程序设定时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止则根据细格栅两侧的液位差来决定，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行，这和粗格栅系统的运行方式一致。沉砂池中分离机的运行和后续处理中的转碟曝气机的运行同步，即启动转碟曝气机的时候同时启动分离机，对沉砂池中的沙粒进行排除。

3）氧化沟系统。氧化沟系统由氧化沟和污泥回流系统构成，氧化沟是污水