小型SBR廢水處理PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

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摘 要 本文主要講述PLC在小型SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編程控制器( PLC) ,設(shè)計成本低、效率高的材料自動小型SBR廢水處理裝置。由于SBR廢水處理技術(shù)具有工藝參數(shù)變化大、硬件設(shè)計選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜的特點，因此在處理系統(tǒng)中采用了先進的PLC控制技術(shù)作為系統(tǒng)的控制核心，以提高SBR廢水處理的效率，方便操作和使用。SBR廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)。本設(shè)計采用有時儀技術(shù)對校園生活用水進行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達到節(jié)約水資源的目的。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點,可根據(jù)不同對象,稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)要求。 PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動化控制方式，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機的控制。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,專門為工業(yè)控制而設(shè)計,具有功能強、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點,因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。 關(guān)鍵詞：SBR 可編程控制器，小型SBR廢水處理裝置，控制系統(tǒng) 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………………………….. 2 第一章 前言 1.1 SBR課題的發(fā)展及意義……………………………………………………………………………...3 1.1.1污水處理…………….……………………………………………………………………………....3 第二章PLC簡介 2.1 PLC簡介…………………………………………………………………………………………. …..6 2.1.1 PLC的發(fā)展歷程…………………………………………………………………………………….6 2.1.2 PLC的構(gòu)成………………………………………………………………………………………….6 2.1.3 CPU的構(gòu)成………………………………………………………………………………………….7 2.1.4 I/O模塊……………………………………………………………………………………………....7 2.1.5電源模塊……………………………………………………………………………………………..7 2.1.6底板或機架…………………………………………………………………………………………..7 2.1.7 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備………………………………………………………………………………..8 2.1.8 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)……………………………………………………………………………………..8 第三章SBR污水處理系統(tǒng) 3.1簡介……………………………………………………………………………………………………10 3.2總體方案 …………………..................................................................................................................11 3.3選用動力設(shè)備要求……………………………………………………………………………………12 3.4總體設(shè)計………………………………………………………………………………………………12 第四章 SBR廢水處理電氣控制 4.1 主電路………………………………………………………………………………………………...13 4.2 交流控制……………………………………………………………………………………………...13 4.3主要參數(shù)………………………………………………………………………………………………14 第五章 廢水處理系統(tǒng)PLC電氣控制電路設(shè)計 5.1 原理…………………………………………………………………………………………………..15 5.2 PLC控制程序………………………………………………………………………………………...15 5.2.1 PLC控制梯形圖……………………………………………………………………………………15 5.2.2 元器件目錄表……………………………………………………………………………………...16 5.2.3 PLC輸入、輸出接口功能表………………………………………………………………………17 5.2.4 PLC控制流程圖……………………………………………………………………………………19 5.2.5PLC控制梯形圖…………………………………………………………………………………….20 小結(jié)…………………………………………………………………………………………………………...26 參考文獻……………………………………………………………………………………………………27 致謝…………………………………………………………………………………………………………..28 第一章 前言 1.1課題發(fā)展及意義 自20世紀(jì)80年代起，國外將小型SBR廢水處理PLC電氣控制工藝逐步應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。近年來，國內(nèi)對SBR工藝的應(yīng)用也日益增多。從我國及美國、日本、加拿大等國家的應(yīng)用情況看，SBR是一種高效、經(jīng)濟、可靠、管理簡便、適合于中小水量污水處理的工藝，是符合我國國情的活性污泥法，有廣闊的應(yīng)用前景。它的發(fā)展趨向于全自動化、智能化。 SBR廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù) 一、SBR廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)，采用優(yōu)勢菌技術(shù)對校園生活污水進行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達到節(jié)約水資源的目的。 SBR廢水處理系統(tǒng)方案要充分考慮現(xiàn)實生活中校園生活區(qū)較為狹小的特點，力求達到設(shè)備體積小，性能穩(wěn)定，工程投資少的目的。廢水處理過程中環(huán)境溫度對菌群代謝產(chǎn)生的作用直接影響廢水處理效果，因此采用地埋式磚混結(jié)構(gòu)處理池以降低溫度對處理效果的影響。同時，SBR廢水處理技術(shù)工藝參數(shù)變化大，硬件設(shè)計選型與設(shè)備調(diào)試比較復(fù)雜，采用先進的PLC控制技術(shù)可以提高SBR廢水處理的效率，方便操作和使用 廢水經(jīng)隔油池去除油脂后經(jīng)格柵進入凋節(jié)池，經(jīng)提升泵進入水解池酸化水解后進入SBR反應(yīng)池。污水進入反應(yīng)池前，該池處于閑置狀態(tài)，此時池內(nèi)留有沉淀下來的活性污泥。污水注滿后進行曝氣操作，該池能有效地調(diào)節(jié)污水水質(zhì)。曝氣后，停止曝氣動作，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，進行泥水分離，沉淀時間為6-8h，沉淀效果良好。反應(yīng)池中沉淀后的上清液經(jīng)泵到清水池，留下活性污泥，作為下一個操作周期的菌種。當(dāng)反應(yīng)池內(nèi)活性污泥過多時，排放污泥進入污泥濃縮池，污泥經(jīng)濃縮后定期運走，進行干化處理。濃縮池內(nèi)上清液回流至廢水入口。SBR廢水處理技術(shù)是一種高效廢水回用的處理技術(shù)。本設(shè)計采用有時儀技術(shù)對校園生活用水進行處理，經(jīng)過處理后的中水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達到節(jié)約水資源的目的。 1.1.1污水處理 污水處理按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理。 一級處理，主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經(jīng)過一級處理的污水，BOD一般可去除30%左右，達不到排放標(biāo)準(zhǔn)。一級處理屬于 二級處理的預(yù)處理。 二級處理，主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)(BOD，COD物質(zhì))，去除率可達90%以上，使有機污染物達到排放標(biāo)準(zhǔn)。 三級處理，進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲分析法等。 整個過程為通過粗格刪的原污水經(jīng)過污水提升泵提升后，經(jīng)過格刪或者篩率器，之后進入沉砂池，經(jīng)過砂水分離的污水進入初次沉淀池，以上為一級處理(即物理處理)，初沉池的出水進入生物處理設(shè)備，有活性污泥法和生物膜法，(其中活性污泥法的反應(yīng)器有曝氣池，氧化溝等，生物膜法包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法和生物流化床)，生物處理設(shè)備的出水進入二次沉淀池，二沉池的出水經(jīng)過消毒排放或者進入三級處理，一級處理結(jié)束到此為二級處理，三級處理包括生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂濾法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲析法。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物處理設(shè)備，一部分進入污泥濃縮池，之后進入污泥消化池，經(jīng)過脫水和干燥設(shè)備后，污泥被最后利用。 各個處理構(gòu)筑物的能耗分析 ⑴ 污水提升泵房 進入污水處理廠的污水經(jīng)過粗格刪進入污水提升泵房，之后被污水泵提升至沉砂池的前池。水泵運行要消耗大量的能量，占污水廠運行總能耗相當(dāng)大的比例，這與污水流量和要提升的揚程有關(guān)。 ⑵ 沉砂池 沉砂池的功能是去除比重較大的無機顆粒。沉砂池一般設(shè)于泵站前、倒虹管前，以便減輕無機顆粒對水泵、管道的磨損；也可設(shè)于初沉池前，以減輕沉淀池負(fù)荷及改善污泥處理構(gòu)筑物的處理條件。常用的沉砂池有平流沉砂池、曝氣沉砂池、多爾沉砂池和鐘式沉砂池。 沉砂池中需要能量供應(yīng)的主要是砂水分離器和吸砂機，以及曝氣沉砂池的曝氣系統(tǒng)，多爾沉砂池和鐘式沉砂池的動力系統(tǒng)。 ⑶ 初次沉淀池 初次沉淀池是一級污水處理廠的主題處理構(gòu)筑物，或作為二級污水處理廠的預(yù)處理構(gòu)筑物設(shè)在生物處理構(gòu)筑物的前面。處理的對象是SS和部分BOD5，可改善生物處理構(gòu)筑物的運行條件并降低其BOD5負(fù)荷。初沉池包括平流沉淀池，輻流沉淀池和豎流沉淀池。 初沉池的主要能耗設(shè)備是排泥裝置，比如鏈帶式刮泥機，刮泥撇渣機，吸泥泵等，但由于排泥周期的影響，初沉池的能耗是比較低的。 ⑷ 生物處理構(gòu)筑物 污水生物處理單元過程耗能量要占污水廠直接能耗相當(dāng)大的比例，它和污泥處理的單元過程耗能量之和占污水廠直接能耗的60%以上。活性污泥法的曝氣系統(tǒng)的曝氣要消耗大量的電能，其基本上是聯(lián)系運行的，且功率較大，否則達不到較好的曝氣效果，處理效果也不好。氧化溝處理工藝安裝的曝氣機也是能耗很大的設(shè)備。生物膜法處理設(shè)備和活性污泥法相比能耗較低，但目前應(yīng)用較少，是以后需要大力推廣的處理工藝。 ⑸ 二次沉淀池 二次沉淀池的能力消耗主要是在污泥的抽吸和污水表明漂浮物的去除上，能耗比較低。 ⑹ 污泥處理 污泥處理工藝中的濃縮池，污泥脫水，干燥都要消耗大量的電能，污泥處理單元的能量消耗是相當(dāng)大的，這些設(shè)備的電耗功率都很大。 另外一種能量回收方式是將城市固體廢物焚燒場建在污水處理廠旁,將固廢與污水污泥一起焚燒,獲得的電能用于處理廠的運轉(zhuǎn)。 城市污水處理的能耗分析研究與節(jié)能技術(shù)和手段的發(fā)展往往并不同步。由于污水處理能量平衡分析方法研究的欠缺,節(jié)能措施的制訂和實施常常超前。而多數(shù)節(jié)能途徑和手段常常由處理廠的操作管理人員結(jié)合各處理設(shè)施實際情況提出,具有經(jīng)驗性和個別性,不一定能適用于其他污水廠甚至是工藝相似的污水廠;另一方面,從廣義上說,污水處理學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、新材料和新設(shè)備的使用都蘊涵著節(jié)能增效的潛力,因而節(jié)能的途徑和手段往往是很寬泛的。 總之，污水處理是能源密集(energy intensity)型的綜合技術(shù)。一段時期以來,能耗大、運行費用高一定程度上阻礙了我國城市污水處理廠的建設(shè),建成的一些處理廠也因能耗原因處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài)。在今后相當(dāng)長的一段時期內(nèi),能耗問題將成為城市污水處理的瓶頸。能否解決耗污水廠的能耗問題，合理進行能源分配，已經(jīng)成為決定污水處理廠運行效益好壞的關(guān)鍵因素。能耗是否較低，也是未來新的污水處理廠可行性分析的決定性因素，開發(fā)能效較高的污水處理技術(shù)，合理設(shè)計及運行污水處理廠，必將是未來污水處理廠設(shè)計和運行的必由之路。 第二章PLC簡介 2.1PLC的簡介 2.1.1PLC的發(fā)展歷程 　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。 　　個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。 　　PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 　　上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 　　PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 2.1.2 PLC的構(gòu)成 　 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 PLC的構(gòu)成 2.1.3 CPU的構(gòu)成 　 CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 　　CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 　　在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 　　CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 2.1.4 I/O模塊 　 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 　 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下： 　 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 　 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 2.1.5 電源模塊 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。 2.1.6 底板或機架 　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 2.1.7 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 　　(1)編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。 　　(2)人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。 　　(3)輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 2.1.8 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 　　依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點說法。 　　PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 　　PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，PLC各廠家均有采用。 　　對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 第三章 SBR廢水處理系統(tǒng) 3.1 簡介 SBR廢水處理系統(tǒng)分別由污水處理池、清水池、中水水箱、電控箱以及水泵、羅茨風(fēng)機、電動閥門和電磁閥等部分組成，在污水處理池、清水池、中水水箱中分別設(shè)置液位開關(guān)，用以檢測水池與水箱中的水位。SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖如圖2-1所示。 污水處理的第一階段：當(dāng)污水池中的水位處于低水位或無水狀態(tài)時，電動閥會自動開起納入污水。當(dāng)污水池納入的污水至正常高水位時，電動閥自動關(guān)閉，污水池中污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。 污水處理的第二階段：采用能降解大分子污染物的曝氣法，可使污水脫色、除臭、平衡菌群的pH值并對污染物進行高效除污，即好氧處理過程。整個好氧（曝氣）時間一般需要6~8h。在曝氣管路上安裝了排空電磁閥，當(dāng)電動閥門自動關(guān)閉后，排空電磁閥開起，羅茨風(fēng)機延時空 載起動，然后排空電磁閥關(guān)閉，污水池開始曝氣。當(dāng)曝氣處理結(jié)束后，排空電磁閥再次開起，羅茨風(fēng)機空載停機，然后排空電磁閥延時關(guān)閉。曝氣風(fēng)機在無負(fù)荷條件下起動和停止，能起到保護電動機和風(fēng)機的作用。經(jīng)過0.5h的水質(zhì)沉淀，PLC下達起動1#清水泵指令，將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池中的水位升至正常高水位時，1#清水泵自動停止運行。這時2#清水泵自動起動向中水箱泵水，當(dāng)水箱內(nèi)達到正常高水位時，2#清水泵自動停止運行，這時中水箱內(nèi)的水全部完成處理過程。 如上所示，當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時，2#清水泵又自動起動向中水箱泵水。當(dāng)污水池中的水位降至代水位時，電動閥門會自動打開繼續(xù)向污水池納入汗水。如此循環(huán)往復(fù)。 SBR廢水處理技術(shù)針對污水水質(zhì)不同選用生物菌群不同，工藝要求要求有所不同，電氣控制應(yīng)有參數(shù)可修正功能，以滿足廢水處理的要求。 SBR是序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術(shù)采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作，SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。 第一優(yōu)點：、 1.理想的推流過程使生化反應(yīng)推動力增大，效率提高，池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好。 2.運行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質(zhì)好。 3.耐沖擊負(fù)荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機污物的沖擊。 4.工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進行調(diào)整，運行靈活。 5.處理設(shè)備少，構(gòu)造簡單，便于操作和維護管理。 6.反應(yīng)池內(nèi)存在DO、BOD5濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹。 7.SBR法系統(tǒng)本身也適合于組合式構(gòu)造方法，利于廢水處理廠的擴建和改造。 8.脫氮除磷，適當(dāng)控制運行方式，實現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替，具有良好的脫氮除磷效果。 9.工藝流程簡單、造價低。主體設(shè)備只有一個序批式間歇反應(yīng)器，無二沉池、污泥回流系統(tǒng)，調(diào)節(jié)池、初沉池也可省略，布置緊湊、占地面積省。 第二SBR系統(tǒng)的適用范圍 由于上述技術(shù)特點，SBR系統(tǒng)進一步拓寬了活性污泥法的使用范圍。就近期的技術(shù)條件，SBR系統(tǒng)更適合以下情況： 1.中小城鎮(zhèn)生活污水和廠礦企業(yè)的工業(yè)廢水，尤其是間歇排放和流量變化較大的地方。 2.需要較高出水水質(zhì)的地方，如風(fēng)景游覽區(qū)、湖泊和港灣等，不但要去除有機物，還要求出水中除磷脫氮，防止河湖富營養(yǎng)化。 3.水資源緊缺的地方。SBR系統(tǒng)可在生物處理后進行物化處理，不需要增加設(shè)施，便于水的回收利用。 4.用地緊張的地方。 5.對已建連續(xù)流污水處理廠的改造等。 6.非常適合處理小水量，間歇排放的工業(yè)廢水與分散點源污染的治理。 3.2 總體方案 (1) SBR廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機均由交流接觸器完成起、?？刂?，電動閥電動機要采用正、反轉(zhuǎn)控制。 (2) 污水池、清水池、中水水箱水位檢測并關(guān)，在選型時考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。 (3) 電動閥上驅(qū)動電動機，其內(nèi)部設(shè)有過載保護開關(guān)，為常閉觸點，作為電動閥過載保護信號，PLC控制電路考慮該信號邏輯關(guān)系。 (4) 1#清水泵、2#清水泵、羅茨風(fēng)機電動機、電動閥電動機分別采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護，其熱繼電器的常開觸點通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為PLC的輸入信號，用以完成各個電動機系統(tǒng)的過載保護。 (5) 羅茨風(fēng)機的控制要求在無負(fù)載條件下起動或停機，需要在曝氣管路上設(shè)置排空電磁閥。 (6) 主電路用斷路器，各負(fù)載回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔斷器，實現(xiàn)短路保護。 (7) 電控箱設(shè)置在控制室內(nèi)?？刂泼姘迮c電控箱內(nèi)的電器板用BVR型銅導(dǎo)線連接，電控箱與執(zhí)行裝置之間采用端子板連接。 (8) PLC選用繼電器輸出型。 (9) PLC自身配有24V直流電源，外接負(fù)載時考慮其供電容量。PLC接地端面采用第三種接地方式，提高抗干擾能力 SBR廢水處理系統(tǒng)示意圖 3.3選用動力設(shè)備的要求 SBR廢水處理系統(tǒng)中所使用的動力設(shè)備（水泵、羅茨風(fēng)機、電動閥），均采用三相交流異步電動機，電動機和電磁閥（AC220V選配）選配防水防潮型。 1#清水泵：立式離心泵LS50-10-A，揚程10m，流量29m3/h,1 kW。 2#清個泵：立式離心泵LS40-32.1，揚程30m，流量16m/h，3 kW。 曝氣羅茨風(fēng)機：TSA-40，0.7 m3/min,1.1kW。 電動閥：閥體D97A1X5-10ZB-125mm，電動裝置LQ20-1，AC380V，60W。 3.4、總體設(shè)計 1總體設(shè)汁方案說明 1）．本方案中的控制對象電動機均有交流接觸器完成開、?？刂?，只有電動閥電機需采用正、反向控制。 2）．污水池、清水池、中水水箱中的水位檢測開關(guān)，在選型和安裝硬件以及編程時應(yīng)考慮抗干擾性性能。選用的電極還應(yīng)考慮耐腐蝕性。 3）．電動閥上的驅(qū)動電機，其內(nèi)部設(shè)有過載保護開關(guān)，一般為常閉觸點作為電動閥的過載保護信號，在設(shè)計PLC的控制電路時應(yīng)考慮信號的邏輯關(guān)系。 實際接線板 第四章 SBR 廢水處理電氣控制 4.1 主電路 （1）主電路設(shè)計 SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖3-1所示。 1）主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3分別控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機M3；交流接觸器KM4、KM5控制電動閥電動機M4，通過正、反轉(zhuǎn)完成開起閥門和關(guān)閉閥門的功能。 2）電動機M1、M2、M3、M4由熱功當(dāng)量繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現(xiàn)過載保護。電動閥電動機M4控制器內(nèi)還裝有常閉熱保護開關(guān)，對閥門電動機M4實現(xiàn)雙重保護。 3）QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔茫褂煤途S修方便。 4）熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4分別實現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護。FU5、FU6分別完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保護。 SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)主電路 4．2 交流控制 （2）交流控制電路設(shè)計 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制如圖3-2所示。 1）控制電路有電源指示HL1。PLC供電回路采用隔變壓器TC，以防止電源干擾。 2）隔離變壓器TC的選用根據(jù)PLC耗電量配置，可以配置標(biāo)準(zhǔn)型、電壓比1：1、容量100VA隔離變壓器。 3）1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝氣風(fēng)機M3分別有運行指示燈HL2、HL3、HL4，由KM1、KM2、KM3接觸器常開輔助觸點控制。 4）4臺電動機M1、M2、M3、M4的過載保護分別由4個熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現(xiàn)，將其常閉觸點并聯(lián)后與中間繼電器KA1連接構(gòu)成過載保護信號，KA1還起到電壓轉(zhuǎn)換的作用，將220V交流信號轉(zhuǎn)換成直流24V信號送入PLC完成過載保護控制功能。 5）上水電磁閥YA1和指示燈HL5、排空電磁閥YA2分別由中間繼電器KA2和KA3觸點控制。 SBR廢水處理系統(tǒng)交流控制電路 4.3 主要參數(shù) (1)斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負(fù)載交流電動機，斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的1.．7倍整定。SBR廢水處理系統(tǒng)有3kW負(fù)載電動機一臺，起動電流較大，其余三臺為1．1kW以下，起動電流較小，而且工藝要求4臺電動機單獨起動運行，因此可根據(jù)3kW電動機選擇自動QF脫扣電流IQF ： IQF =1．7IN =1．76A=10．2A≈10A，選用IQF =10A的斷路器。 (2) 熔斷器FU熔體額定電流IQF 。以曝氣風(fēng)機為例，IQF ≧2 IN =22．5A=5A，選用5A的熔體。其余熔體額確定電流的選擇，按上述方法選配?？刂苹芈啡垠w額定電流選用2A。 第五章 廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路設(shè)計 5.1 原理 (1) 繪制PLC控制電路原理圖，繪制PLC控制電路，I/O接口功能表。圖4-1為SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖，L6作為PLC輸出回路的電源，分別向輸出回路的負(fù)載供電，輸出回路所有COM端短接后接入電源N端。 (2) KM4和KM5接觸器線圈支路，設(shè)計了互鎖電路，以防止誤操作故障。 (3) PLC輸入回路中，信號電源由PLC本身的24V直流電源，以防止電源過載損壞或影響其他輸入口的信號質(zhì)量。 (4) PLC采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為AC250V，2A。 5.2 PLC控制程序 5.2.1 元器件目錄表 SBR廢水處理系統(tǒng)元器件目錄表 序號 文字符號 名 稱 數(shù)量 規(guī)格型號 備 注 1 M1~M4 電動機 4 Y系列 三相交流異步電動機 2 FR1~FR4 熱繼電器 4 JR16B-20/3 參照電動機整定電流 3 FU1~FU4 熔斷器 12 RL1-15 熔體2~10A 4 FU5、FU6 熔斷器 2 RT16-32X 熔體2A 5 QF 斷路器 1 C45AD 脫口電流10A 6 TC 隔離變壓器 1 BK-100 電壓比1：1，AC220V 7 SB1 起動按鈕 1 LAY37 綠色 8 SB2 停止按鈕 1 LAY37 紅色 9 SC1 轉(zhuǎn)換開關(guān) 1 LAY37-D2 手動/自動轉(zhuǎn)換 10 SC2~SC6 手動開關(guān) 5 LAY37-D2 黑色 11 KM1~KM4 交流接觸器 4 DJX-9 線圈電壓：AC220V 12 HA1~KA3 中間繼電器 3 HH52P 線圈電壓：AC220V 13 HL1~HL15 指示燈 15 AD16-22 LED顯示，AC220V 14 YA1 電磁閥 1 ZCT-50A 線圈電壓：AC220V 15 YA2 電磁閥 1 ZCT-15A 線圈電壓：AC220V 16 YA3 電動閥門裝置 1 LQA20-1 AC380V，60W 17 PLC 可編程序控制器 1 FX2N-48MR 繼電器輸出 5.2.2 PLC控制電路原理圖 圖4-1 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC控制電路原理圖 5.2.3 PLC輸入、輸出接口功能表 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸入接口功能表 序 號 工 位 名 稱 文 字 符 號 輸 入 口 1 污水池高水位開關(guān)信號 H1 X000 2 污水池低水位開關(guān)信號 L1 X001 3 清水池高水位開關(guān)信號 H2 X002 4 清水池低水位開關(guān)信號 L2 X003 5 中水箱高水位開關(guān)信號 H3 X004 6 中水箱低水位開關(guān)信號 L3 X005 7 起動按鈕（綠色） SB1 X006 8 停止按鈕（紅色） SB2 X007 9 旋鈕（自動） SC1-1 X010 10 旋鈕（手動） SC1-2 X011 11 手動開電動閥旋鈕 SC2 X012 12 手動關(guān)電動閥旋鈕 SC3 X013 13 1#清水泵手動旋鈕 SC4 X014 14 2#清水泵手動旋鈕 SC5 X015 15 電動閥門開起限位開關(guān) SQ1 X016 16 電動閥門關(guān)閉限位開關(guān) SQ2 X017 17 電動閥電動機故障報警 FR0 X020 18 電動機熱保護器報警 KA1 X021 19 曝氣風(fēng)機手動旋鈕 SC6 X022 20 輸入點備用 X023~X027 SBR廢水處理系統(tǒng)PLC輸出接口功能表 序 號 工 位 名 稱 文字符號 輸 出 口 1 1#清水泵接觸器 KM1 Y000 2 2#清水泵接觸器 KM2 Y001 3 污水池高水位紅色指示燈 HL7 Y002 4 污水池低水位綠色指示燈 HL8 Y003 5 清水池高水位紅色指示燈 HL9 Y004 6 清水池低水位綠色指示燈 HL10 Y005 7 中水箱高水位紅色指示燈 HL11 Y006 8 中水箱低水位綠色指示燈 HL12 Y007 9 電動閥門開起綠色指示燈 HL13 Y010 10 電動閥門關(guān)閉黃色指示燈 HL14 Y011 11 開電動閥門接觸器 KM4 Y012 12 關(guān)電動閥門接觸器 KM5 Y013 13 電動機熱保護器報警紅色指示燈 HL6 Y014 14 羅茨風(fēng)機（曝氣風(fēng)機）接觸器 KM3 Y015 15 排空電磁閥繼電器 KA3 Y016 16 上水電磁閥繼電器 KA2 Y017 17 輸出口備用 Y020~Y027 5.2.4 PLC控制流程圖 廢水處理PLC控制流程圖 5.2.5 PLC控制梯形圖 小結(jié) 通過這次畢業(yè)設(shè)計，讓我重溫和更加了解了在這幾年所學(xué)的內(nèi)容，更加深刻明白學(xué)習(xí)的重要性。 畢業(yè)設(shè)計是一個大專生總結(jié)自己在大學(xué)的幾年里究竟學(xué)到了些什么的最好的辦法，用心把它做好是每一個即將畢業(yè)的大專生的責(zé)任，也是對自己的能力與水平的一個挑戰(zhàn)。同時也為自己的大專生活畫上一個圓滿的句號。因此我必須用心的把它做的盡可能的完好。畢竟，它和平時的課程設(shè)計不一樣。歷時近一個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，雖說時間并不是很長，但也就是在這極短的時間內(nèi)，我在；PLC方面有了一個很大的提高，學(xué)到了很多東西。幾年的大專生活在忙碌與嬉戲之中已經(jīng)悄然接近尾聲，幾年以來，我們學(xué)到了什么知識，這次設(shè)計就是檢驗我們的時候了，也只有通過這次畢業(yè)設(shè)計來證實我們的能力了。 畢業(yè)設(shè)計所要求知識的綜合性較高，各方面都要用到一點，但是我的知識是不能達到這樣的水平，在設(shè)計的過程中遇到了很多困難，但我們在困難面前并沒有低頭認(rèn)輸，而是通過各種方法來解決。方法之一就是我們在平時里沒有注意到的自學(xué)能力。通過這次設(shè)計，培養(yǎng)了自己的自學(xué)能力，為以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)也奠定了一定的基礎(chǔ)。當(dāng)然一個好的畢業(yè)設(shè)計并不是一個人所能完成的，它需要一個團體，而這個團體也需要有一種敢于向一切困難挑戰(zhàn)的精神。 通過對本例的設(shè)計使我們認(rèn)識到PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。在本例中，使我們學(xué)習(xí)到了如何對系統(tǒng)進行設(shè)計，以及在元件選擇方面的許多知識。在對系統(tǒng)進行設(shè)計時，必須首先了解該系統(tǒng)的功能和任務(wù)，在搞清楚這點以后才能對整個系統(tǒng)的設(shè)計方案有一個初步的認(rèn)識，然后才能根據(jù)系統(tǒng)的需要來進行元件的選取和系統(tǒng)的模塊化細(xì)分。 近年來隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，PLC技術(shù)已成為電子技術(shù)領(lǐng)域中的一個新的亮點，使PLC技術(shù)成為一門綜合應(yīng)用技術(shù)，也是電子技術(shù)發(fā)展也革新的一個潮流。 隨著我們對PLC控制系統(tǒng)的認(rèn)識的不斷加深，相信在以后的工作和生產(chǎn)中我們會更加深入透徹的利用PLC來解決一些更加實際的問題。 結(jié)束語 感謝我的導(dǎo)師吳尉尉老師，在百忙之中抽出時間悉心指導(dǎo)，給我啟迪、提醒我的不足之處。 本論文是在老師的指導(dǎo)下完成的，論文從選題到寫作及最后的成稿，老師都給予了精心的指導(dǎo)和極大的幫助。 在此謹(jǐn)向尊敬的導(dǎo)師致以由衷的感謝和崇高的敬意！ 畢業(yè)論文，讓我把這幾年所學(xué)所得鞏固、啟發(fā)、凝練，在本文制作時同學(xué)之間的幫扶以及小組之間的團結(jié)互助讓我終身受用不盡，他們才是真正的財富。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我們把以前所學(xué)都綜合起來，感覺自己的水平提高很多。我們了解到了做一個系統(tǒng)的基本常識，為我們以后從事技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。 在設(shè)計的過程中遇到許多困難，在老師的幫助下，通過查資料，把困難都一一克服。這在我們?nèi)松猛旧弦彩且环N啟發(fā)，提醒我們要克服困難勇往直前，也感謝學(xué)校提供給我們一次提高的機會，我在此深表感謝。 參考文獻 [1]馬志溪.電氣工程設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002. 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