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  • 2022-04-22 11:32:21 发布

sbr污水处理工艺自动控制系统的设计

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'霧■石治文遺乂#:——UNIVERSWITY'硕士学位论MASTERdissertation^^^^:輪|_论文题目:SBR污水处理工艺自动控制系统的设计_学位类别:硕士学科专业:^研究生:^—指导老师:画教授丨陈美芳高级工程师 国内图书分类号:X3密级:公开国际图书分类号:西南交通大学研究生学位论文SBR污水处理工艺自动控制系统的设计年级二0—二级姓名李子起申请学位级别硕士专业环境工程指导老师欧阳峰副指导老师陈美芳二零一五年五月十六曰 ClassifiedIndex:X3U.D.C:SouthwestJiaotonUniversitgyMasterDereeThesisgSBRWastewaterTreatmentProcessDesignofAutomaticControlSstemsyGrade:2012Candidate:LiZiqiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:EnvironmentalEngineeringSupervisor:Prof.OuyangFengMay.16,2015 西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以釆用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1.保密□,在年解密后适用本授权书;2.不保密使用本授权书。“”(请在以上方框内打>/)“学位论文作者签名指导老师签名:曰期:曰期: 西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本学位论文的主要工作或贡献如下:1.SBR污。根据水处理工艺,运用自动控制系统实现工艺流程的全自动控制2.利用PC+PLC实现对整个工艺现场的控制、主控室监控(实时、历史)等。3.利用W。incc组态实现监控界面实时显示现场状况及历史信息本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名、日期icf口:; 西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着经济的不断发展,水资源已经成为制约我国经济社会可持续发展的重要因、、素,造成我国严峻水环境形势的原因主要包括三个方面:水资源短缺水污染严重一浪费惊人。在生活质量越来越被重视的今天。,城市水污染治理是个刻不容缓的问题根据经济发展的需要,全国各地相继建成各种各样的污水处理厂,但在实际运行中,其自动化程度并不高,而且运行效果不佳。SequencinBatchReactor(SBR)为序列间歇式活性污泥法,又称作序批式活性g是一污泥法种污废水生物处理技术。它是按时序来以间歇曙气方式运行,改变活性污,泥生长环境的,被全球广泛认同和釆用的污水处理技术。由于SBR污水处理工艺独具的时序特性,使得它能够釆用自动控制技术来提高其运行效率。目前国内的SBR污水处理工艺计算机自动控制技术大部分都是仅对工艺过程进行的流程自动控制,不能够很好的确保出水水质。本文根据SBR污水处理工艺过程的发展及国内外污水处理过程自动控制现状的分析研究,在对SBR污水处理工艺流程进行全自动控制的基础上,利用西门子组态软件Wincc建立组态界面,使得监控PC机能够更加清楚的展现出现场状况,并利用PROFIBUS进行通讯实现PLC现场控制设备与控制室PC机之间的信息传输,最终达到控制室对现场设备的全自动控制及现场开关对设备的手动控制,对现场的实时数据和历史数据进行监控与记录,组态界面能够清晰明了的显示出现场情况,不仅使得对整个系统的控制更加灵活,而且可以确保系统工作的可靠性与准确性。:SBRcc关键词,工艺特点,自动控制,Wm,PLC 西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractRailwayspoiltendtohavelarge,looseslagheapandpermanentlydiscardpilecharacteristicsresultineoloicaldisastersarelikeltooccursuchasavalanches,ggy,,landslidesanddebrisflows.Therefore,theecologicalrestorationofrailwayduminsitespgmeaningfultoreventionofenvironmentalollutionandreventsoilerosion.Thisarticleppp-urvtakethenewbuiltChenLanrailwaasanexamleonthebasisoffieldsesandgyp,yanalsisoftheecoloicalenvironmentalontherailwalinefeaturesecoloicalfunctionsyggy,gaswellcombinedwithbasicexerimentofduminsitesecoloicallsensitiveareasof,ppggyecologicalrestorationfromChinaRailwayEryuanEngineeringGrouCO.LTDCREECp(),throuhdatauerandexertadvicevariousecoloicallysensitiveareasaridvalleofgqyp,g(ytheMinianRiverhihaltitudeandahabitatofsiteconditionsandveetationjg,g,p)gdistributionhasgot,meanwhile,accordingtodiferentenvironmentalfunctionand-nensecprotectiongoalsdeterminesChengLarailwayecologicallysitiveareasofologicalrestorationdumingsitesaroateseciesandlantinethodsveetationcommunitpppprippgm,gystructureandmanagementofconservationmeasureseventuallbuildduminsites,ypg-aecologicalrestorationtechnologysolutionsofChenLanrailwadowntothreerarahsgypgpecoloicalfieldasMinianRiverdrvallehihaltitudetheiantandahabitat.Bgjgyy,g,gpyselectingecologicalrestorationatternindesinofroramstolookforwardtodesinapgpggfinanciallyreasonableandtechnicallfeasibleecoloicalleffectiveecoloicalrestorationy,gygtechnicalsolutionssreadtootherrailwaorassociatedworks-,py-nraKeords;Railwaduminsites;ecoloicalrestoration;ChenLailwaywypgggy;ecologicallysensitiveareas;siteconditions 西南交通大学硕士研究生学位论文第m页目录第1章绪论11.1研究背景11.2国内外的研究现状及意义21.2.1国外的研究现状21.2.2国内研究现状21.2.3研究意义31.3SBR污水处理工艺自动控制系统的发展趋势41.4本设计的重大意义41.5本设计的研究内容及重点5第2章SBR污水处理工艺介绍62.1SBR工艺的历史82.2SBR工艺的特点82.3传统SBR工艺的工艺流程102.4SBR污水处理工艺的发展112.5自动控制系统在SBR工艺中的应用13第3章SBR工艺自动控制系统的设计153.1系统控制设备与检测设备153.2控制系统需要满足的工艺要求163.3控制系统硬件的选择173.3.1控制策略选择173.3.2控制系统的结构183-.3.3控制系统硬件S7300PLC介绍193-.3.4S7300PLC的选型203.323.5系统控制量的统计与分析3.4自动控制系统网络通讯的选择243.4.1现场总线的特点243525.4.2见场总线种类选择第4章控制系统的软件设计及组态26 西南交通大学硕士研究生学位论文第IV页4.1PLC程序设计264.1.1STEP7软件26>4.1.2PLC组态与MII、DP网络的搭建274.1.3PLC编程324.2网络通讯的实现344-.2.1PROFIBUSDP的网通讯344.MP.22I网络的搭建与通讯344.3组态监控设计354.3.1WINCC组态软件简介354.3.2建立SBR污水处理工艺自动控制系统监控画面35第5章实际应用415.1污水处理厂概况415.2应用结果435.3应用的意义43iSit44顏45#較_46附录1污水处理厂鸟職图50附录2设计主程序51附录3通讯程序52附录4设计的主电路图54 西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1.1研究背景/3目前,我国尚有2以上的城市归属于缺水行列,更有100多个城市属于严重缺水型。在水资源如此短缺的情况下,我国的城市水污染治理技术却相对滞后,尤其是近几年,随着现代社会经济的飞速发展,城市人口急剧增多,水资源被过度开发,工业废水和生活污水肆意排放,水体自净能力越来越显得,城市环境质量随之直线下降微不足道,这些不仅严重威胁着城市的饮用水安全与健康,更阻碍了中国可持续发展战略的实施。随着人们生活质量不断改善,环保意识也越来越高,但目前我国城市生活污水处理的现状与老百姓的期望仍有很大差距。2010年全国城市生活污水集中处理率平均为65,.12%全国城市地表水环境功能区(城区)水质达标率平均为86.81%。根据以上数据可知,我国的水环境形势仍十分严唆。“”根据《十二五全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》要求,2015年,全国所有设市城市和县城集中处理污水的效率要取得进一步的提升,其中城市的处理“”率要达到85%、县城的处理率达到70%。根据《十二五全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》可知,,我国的城镇污水处理任务十分艰巨各种污水处理厂的发展之路任重而道远。目前大多数污废水处理厂釆用活性污泥法,特别是80年代以来序列间歇式活性污泥法(又称SBR法)得到了广泛的应用,尤其在处理水质和水量变化都很大并且间歇排放的企业污废水方面效果显著。SBR法作为一种活性污泥工艺,特点如下:优点—构筑物数量少、造价成本低,;结构简单;组合式构造利于扩改;处理后出水水质好;良好的自控系统使得脱氮除磷效果明显;运行上的有序和间歇操作;可处理难生化降解的生活生产废水。缺点—(控制相关)自动化程度较高,对操作管理人员素质要求高。根据以上SBR污水处理工艺的优缺点可以看出,SBR污水处理工艺自动控制控制系统十分重要,本设计以此为切入点进行设计,有针对性的对已有的自动控制系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第2页进行改进,并增加了对出水水质的反馈闭环控制,在实现对SBR工艺有效控制的同时,使得SBR工艺的优势得到充分体现,,保证系统处理运行安全可靠确保处理效果。1.2国内外的研究现状及意义1.2.1国外的研究现状国外的计算机自动控制系统已经被广泛的应用到污水处理中,尤其是技术先进的国际污水处理厂已经实现了完全自动化。SBR(SequencingBatchActivatedSludgeReactorTechnology)即序批式活性污泥处理系统,是20世纪70年代由美国NatreDame大学的Rlrvine博士将老式的充排系统改进并发展而成的。早期的污水处理池由于进出水切换复杂和控制设备方面的原因,限制了其发展。但随着科学技术的不断发展,计算机和自动控制技术的加入,使SBR在城市污水、工业废水中的应用越来越广泛。目前,SBR工艺已成为各国竞相开展的热门工艺。计算机集散型自控系统已在国外的许多水处理厂得到广泛应用一个,实现了整个水处理过程的多环节自动。即在处理厂内会同时使用几台计算机控制现场设备,控制的设备包括进水阀、水菜、鼓风机、搅拌机、药剂投加器等,,上位机设在中央主控制室内每个现场计算机通过给主。机发送数据,实现实时与历史数据如图表、曲线的显示,记录设备开停,故障报警等1.2.2国内研究现状在目前我国污水处理设备需要依靠进口的情况下,自动检测、控制系统及相关的软件进口比重更大,并且从监控系统的总体结构来讲,通常采用以下几种常用形式(在第二章中进行详细的介绍):(1)数据釆集与监视控制系统(SCADA)(2)分布控制系统(DCS)(3)上位机PC+PLC系统(4)工业现场总线控制系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第3页————wBWMai——B—agg———at——waw下面简要介绍两个国内污水处理厂的控制系统结构:秦皇岛海港区污水处理厂采用的是不设初沉池的A/0工艺,其自动控制系统设计采用全场集成的自动化控制,以标准的、幵放的现场总线为基础,设立1个中央控制室,3个PLC分控站,中央监控室设通讯控制器,监控管理系统、数据服务器和动态模拟屏,各分控站与中央控制室之间以工业以太网进行数据通讯。污水处理厂的管理操作站以标准的工业以太网和中央控制系统连接,组成计算机综合管理控制系统。濮阳市污水处理厂采用A2/0处理工艺,其自动控制系统包括上位监视级和下位一一一控制级,监视级由两台工控机(备用)和台打印机组成,下位控制级包括4台PLC-,上485下位机之间通过RS,通讯介质采用光纤,使得传输效率更高进行通讯。1.2.3研究意义一通过对国外现状及国内现状的了解,对我国与些欧美发达国家进行比较,可知无论是在污废水基本理论方面,还是在工程设计、工艺流程等方面存在的差距并不大。我国存在的主要差距为日常管理和自动化程度实现方面。我国在污水处理上要耗费更多的人力和财力(日常运行管理人员是国外所用人员的几倍、处理成本是他们的好几倍),虽然已有20,。因为我国的自动控制技术起步较晚多年的发展但是大多数的控制技术仍处在实验室的研发阶段一,需要进步的完善才能进入实际的应用。因此加强污水处理自动控制技术的研究、应用和实现具有重要的科学意义和国家战略。SBR污水处理工艺在众多的污水处理工艺中是一种比较适合我国污水处理现状的废水生物处理技术,所以就我国的国情而言其拥有广阔的应用前景。但是我们必须意识到SBR工艺并不完美,其发展可能还缺乏比较系统、科学的操作方法和比较成熟的运营管理经验。SBR法操作的实时性、在线取样的控制及整个系统设备的自动控制,控制室管理等,都是目前SBR污水处理工艺控制中需要解决的重要理论及重大的现实性实践课题。本设计针对以往SBR污水处理自动控制系统中存在的SBR法操作的实时控制、在线取样,、操作系统以及自动操作管理问题进行改进实现控制室与现场的兼容性控制(不仅可以在控制室对现场设备进行控制,还可以通过手自动切换幵关实现对设备的现场手动控制),同时利用西门子组态软件Wincc设计污水处理现场的组态界面, 西南交通大学硕士研究生学位论文第4页—I—BI—MM—tWW———8—WWWBW—MMmw—WW—实现对现场状况的全程监控与显示,使得系统更加安全可靠。1.3SBR污水处理工艺自动控制系统的发展趋势分布式、网络化以及智能化已逐渐成为SBR污水处理工艺自动控制领域的发展趋势一,特别是现场总线技术的应用更是验证了这点。现场总线是应用在生产现场的全数字化、双向、多节点的数字通信系统。、实时现场总线技术使得生产现场的各种检测用的仪器仪表具有了自己的专用CPU,它们具备了以前没有的通信和数据计算处理能力,使得智能化成为可能。现场总线技术使一用电缕和双绞线进行连接,把现场的各种检测仪器仪表连接到网络上,作为网络的个节点,并按照标准的网络通信协议进行各种信息和数据的互传和交换,使得生产现场各种检测仪器仪表之间以及和控制室计算机之间的连接成为可能,形成先进的网络系统,,。因为这些生产现场的检测仪器仪表具备自己的专用CPU它们高度智能化通过网络上的各个节点之间互传,能够获得自身需要的各种信息,计算和处理各种信息和数据,实现真正的生产现场分散式自动控制,从而增强系统控制的安全可靠性和运行自治性。当前,我国各个地方污废水处理系统应用工业现场总线自动控制技术的趋势程明显上升,尤其以PROFIBUS总线应用为主,,而随着科学技术水平的不断发展自控系统以及自控仪器仪表方面的很多新技术不断出现,为工业现场总线的实现提供了有利因素。污废水处理厂(站)生产现场的各种主要设备与这些先进技术更加紧密的结合起来,共同实现更加先进的处理工艺和更自动化的控制系统,己经成为我国环保领域的研发趋势。1.4本设计的意义随着我国经济的迅猛发展,对环境保护的重视程度也越来越大,尤其是对水资源的保护方面有了更严格的要求,各类城市相继建成更加完善的城市污水处理设施,但是污水处理厂的运营状况却不甚理想。国家环保部曾针对全国50多个城市中的五千多套污水处理设备的实际运行情况进行了全面的调查,结果表明:运行情况较好的只占一到了1/5多点,而未投入运行的和处理能力未能达到设计能力半的设备就占到了被一调查总数的半以上。造成这种现象的原因很多,但仔细分析可以发现,主要原因是运行控制与管理水平太低。目前,就我国的绝大多数的污水处理厂采用的都是活性污 西南交通大学硕士研究生学位论文第5页泥污水处理法一,序批式活性污泥法(SeuenenBateheaorSBR法),qigRt简称般用于处理间断性排放的、水质和水量的变化都比较大的、城市废水或工厂的污水。SBR法的主要缺点是操作控制比较复杂,通过自动控制实现其简便的操作,就能发挥其优势。目前,就我国的绝大多数的污水处理厂采用的都是活性污泥污水处理法,序批式euenenBa一活性污泥法(SqigtehReator简称SBR法),般用于处理间断性排放的、水质和水量的变化都比较大的、城市废水或工厂的污水。SBR法的主要缺点是操作控制比较复杂,通过自动控制实现其简便的操作,就能发挥其优势。一目前些釆用SBR工艺的污水处理厂在某种程度上,或许已经实现自动,但大多数污水处理厂仍采用的是比较传统的控制方式—时序程序控制。时序程序控制主————要是根据BSR法的五个工艺流程阶段,:进水反应沉淀排水闲置各个过程所用的时间,通过预先的程序设定,实现其工艺的自动控制。如果污水的进水水质或进水水量随时间变化情况不确定,有机物的溶度就会千差万别。在这样的情况下,如果仍然按照固定的时序程序来控制SBR系统运行,进水浓度高出设定的处理浓度时,就会出现水质不达标度太低,,就会显得系统的反应时间太长;如果进水浓出现浪费能耗,污泥膨胀等现象。可见运用时序程序控制由于太过于死板导致系统的应变能力差,直接影响出水效果。一鉴于以上的各种情况分析,可知SBR污水处理工艺必须拥有种更为有效的控制方式,让其更好的去自行调整,才能充分发挥其独特的处理优势,保证处理系统的可靠运行一。SBR法作为种生物类的处理技术,实际的污水处理过程会随时间推移发生很大变化,因此需要对其运行时的动态行为和运行特性给予更多的关注。采用先进的自动控制技术,可以实现系统实时监测,对设备的运行时间及工艺过程参数进行随一时的调整,使得系统直处于最优状态,合适的自动化。而且根据国内外的实践经验管理不仅能实现劳动力的节约,更能节省系统运行成本。欧、美等发达国家在城市污水处理工艺、设备和控制技术研究与开发方面要早于一我国,虽然我国经过长久的努力,在城市污水处理工艺和设备等方面已经取得了定的效果,但是,在污水处理的核心设备与控制管理技术方面的的还存在着较多的不足,一甚至还有部分污水处理厂仍需要人工操作才能正常的运行,。目前尽管小部分污水 西南交通大学硕士研究生学位论文第6页处理厂已经配备了全自动控制系统,却未能实现设备的现场控制与控制室控制的切换、现场数据的实时与历史记录,没有对现场设备进行监控且控制室内没有现场设备的组态显示界面,这些都会严重影响城市污水处理的质量,因此,加快提升城市污水处理自动化控制水平就显得尤其重要。本人在认识到以上问题的基础上,进行了SBR污水处理工艺自动控制系统及其配套的组态监控画面的设计,确定了本设计的研究内容及重点。1.5本设计的研究内容SBR污水处理工艺的过程非常复杂,它的特点主要是非线性强、不确定性大、变量较多以及建模比较困难等,并且不能够在线测量污水水质参数,需要运行和控制的目标不能用过程参数来表示,运用计算机自动控制技术将极,基于这些方面的问题大提升SBR污水处理工艺水平。本设计结合SBR污水处理工艺发展现状,提出将工业现场总线技术应用到SBR污水处理过程中来。PLC下位机及PC上位机之间的通讯网络采用PROFIBUS工业现场总线网络实现,由现场总线、PC和PLC组成与现场总线控制系统FCS相兼()容的系统。该系统以现场总线PROFIBUS为核心,以计算机为系统编程、组态、监一、PLC为控制的主体,实现SBR污水控管理和维护的体化平台,以可编程控制器处理计算机控制系统与污水处理生产现场网络通信的集成,并能较强的适应今后控制系统的扩展功能。本论文主要完成的内容如下所示:(1)实现现场总线控制技术在SBR序批式活性污泥污废水处理工艺系统中较高自动化的应用,,实现PLC可编程控制器对工艺流程的各项检测监控实现PC上位计算机的管理和远程监测的功能。(2)选择并实现具有较好速率与质量的通信网络及协议,选择合适的工具平台完成数据库的建立,选择合适编程语言以实现上位监控计算机的各种显示界面,直观方便进行操作。(3)仔细研究污水控制的各个对象,选择合适控制的参数以达到较好的控制效果。(4)污水处理站设有很多高耗能的设备,为节资降耗,节能减排,必须合理配 西南交通大学硕士研究生学位论文第7页置运行设备。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8页第2章SBR污水处理工艺介绍SBR工艺,是以间歇曝气的方式来运行的污水处理工艺,是基于以悬浮生长的微生物,在好氧条件下对生产生活污水中的有机物、氨氮等污染物进行生物降解的废水处理工艺。2.1SBR工艺的历史SBR(英文名:SequencingBatchActivatedSludgeReactorTechnology)即序批式活性污泥处理系统。1912Clark和Ga,会年,英国的g发现对废水长时间曝气产生污泥,水质也会得4一[]到定改善。1914年,Alden和Loeket发现,污水经过曝气后闲置会产生沉淀,如果倒出上部的液体,留在下部的沉淀污泥,可以用来继续处理污水,这样减少了循一1916环处理污水所用的总时间,,于是在这个实验理论的支持下年第个活性污泥污水处理厂建成投产。这个活性污泥法的雏形由于受到当时的技术方面的制约,并且需要人来进行大量的管理、缺乏监测监控的手段、用于曝气的设备更是特备易堵塞等等一。问题都没能被解决,导致难以在这阶段的活性污泥处理法没有被推广[1955年,SBR法成功处理了生产牛奶所产生的废水120世纪七十年代初,美国人R.Ivrine等通过研究对比SBR和CFS(连续流活性污泥法),证明SBR工艺可以更好地处理连续污水流。特别是20世纪八十年代以后,针对该研究所取得的成果,在世界上引起了广泛的重视,在此基础上也不断地被开发和运用。但是早期的活性污泥污水处理池是釆用进出水切换轮流进行的,所以由于操作比较繁琐以及控制的原因,阻碍了活性污泥法中SBR的快速发展。随着科学技术的不,。断发展,以及伴随着计算机和自动控制技术的加入使得SBR运用比例逐步提高SBR污水处理法已经。目前,被各个国家竞相开展运用2.2SBR工艺的特点1.SBR工艺的优越性(1)工艺流程比较简单,系统运转起来比较灵活,最初的投资基建少。SBR污水处理工艺的主要设施是SBR反应器,根据以上的分析得知,在整个工艺流程中SBR反应池起到了很重要的作用,可以作为混合池、主要反应池、还是反应后期沉淀池以及污泥浓缩池等一。差不多个反应的全部流程和操作都可以在这个主 西南交通大学硕士研究生学位论文第9页体设备中进行,可以按照时间顺次进行不同的工艺流程。这些也突显了SBR工艺的一个优点:构筑物的数量比较少,也,自然基建费用小,大部分情况下同步具有了布置紧凑、占地少的优势。(2)污水的处理效果良好,出水水质稳定从系统反应动力学的角度分析,SBR拥有其独特的好处。目前的连续型生物处理反应器有完全混合型和推流式两种。在连续推流式进行的反应器中,爆气池的各个混合断面上只有同(横)向的,不存垂直(纵)方向上的混合。污水的浓度从最高浓度的进水口依次降低到最低浓度的出水口,根据反应系统动力学可知,这样的浓度梯度为反应的进行提供了很好的推动力。而在曝气运行反应阶段,反应器内的混合液尽管达到了最佳混合状态,但就其污水中含有的基质和微生物的浓度而言是随时间逐步降解的,也可以认为是时间上的推流状态。综上所述,SBR反应器实际上是完成了连续流中两种反应器的结合。(3)除磷脱氮效果明显除磷脱氮作为处理污水的必备效果,需要在污水处理中提供厌氧、缺氧、好氧的一5条件才能实现,是个比较复杂的处理过程。通过对SBR法中个不同工序的时间进行排,、缺氧与好氧状态的交替轮流实现厌氧,从而实现生物脱氮除磷。(4)产生污泥的沉降性良好污泥膨胀是活性污泥处理过程中经常遇见的问题,90%的膨胀都是由于污泥中的丝状菌膨胀一。但是SBR法却可以对丝状菌的过度繁殖进行有效的控制,是种污泥沉降性比较好的污水处理工艺。(5)对进水水质和水量变化的应变性强大部分的污水处理设施的处理效果都会因为进水水质水量的变化受到很大的影响。理论分析显示,完全混合式反应器较推流式反应器耐冲击负荷能力更强。而SBR工艺在时间序列上属于推流式,但是反应器的构造上却属于完全混合式,所以SBR污水处理工艺可以承受较大的冲击负荷。2.SBR工艺的局限性(1)容积利用率低SBR反应器的有效面积需要按照最高水位来设计,而实际情况下,反应器的水位不恒定,且大多时候达不到设计值,容积利用率偏低。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10页(2)水头损失大由于SBR池内水位不恒定,若仅仅依靠重力来流入后续的构筑物,则需要后续SBR池。构筑物与有较大的位差,甚至还需要用到提升泉(3)峰值需氧量高SBR工艺属于。时间序列上的推流式,因此也具有推流工艺的缺点在进水初期污水中的污染物浓度比较高,需氧量也较高,需要根据此时的浓度来确定所需的爆气量,但随时间的变化,污染物的浓度下降,需氧量也逐步减少,导致整个系统的氧利用率低。(4)设备利用率偏低■当几个SBR反应器并联运行时,每个反应器在不同的时间内,分别充当进水调一节池、■气池或沉淀池,但每个反应器内均需设有套曙气系统,因此不同时刻都有设备处于停滞状态,就显得设备利用率偏低。(5)不适合大型污水处理厂如果釆用SBR工艺,污水处理厂的处理能力你要在20000t以下,如果需要处理的规模大于lOOOOOt就不能采用SBR工艺。2.3传统SBR工艺的工艺流程SBR污水处理工艺的核心设备是一个序批式的间歇性反应器,其他工艺相比节约了很多处理构筑物一,所有的反应时序在同个反应器中运行,通过时间序列控制,使得SBR反应器达到各阶段不同的处理要求,整个系统在流态上是完全混合的,不仅。体现了时间上的推流状态,而且有机污染物的浓度也在时间上呈现递减状态一SBR工艺的个完整运行周期包括5:进、个工序,依次为水、反应、沉淀出一水和闲置,这5个工序全部在个安装有曝气设备或搅拌设备的反应器内依次进行。在处理污水的过程中,5个工序依次循环进行最终达到污水处理的目标。,一下面将详细介绍下整个工艺的操作要点与功能: ̄ ̄“*“*进水反应沉淀出水*闲5I1I图2-1SBR法流程示意图1.进水工序 西南交通大学硕士研究生学位论文第11页污水进入之前反应器处于上一周期时序中的闲置状态,由于上次的反应周期中,一.经过了反应沉淀期,所以会有活性污泥留在反应池内,这些活性污泥可以在这反应周期里起作用一。进水工序就是将需要处理的污水排入处理池中等待进步的处理,但是进水有一个水位的上线,当达到上限时便会停止进水。2.反应工序进水工序完成进水以后,反应工序就会根据要达到的处理效果来确定相应的操-■作。具体确定了相应的操作及设备参数就开始对污水进行处理,来实现污水的具体反应处理。3.沉淀工序经过反应工序,污水被处理后就进入沉淀环节,由于SBR工艺的所有工序全部一在个反应设备内完成,所以该设施实际上替代了相应的沉淀池或二沉池的作用,而且与其他污水处理工艺相比,该工艺在沉淀阶段没有陆续的进水,使得整个系统的沉淀效果更佳。4工序.出水出水就是将上一工序分离产生的上清液排出一工序沉淀产生的活性污泥则,而上大部分都将作为下个周期中的留用污泥,只有少部分失去活性的污泥被作为剩余污泥排出。5.闲置工序当SBR池处于空闲状态时,微生物通过内源呼吸恢复原有的活性,同时由于溶一。解氧浓度下降,产生了定的反硝化作用,从而脱氮由于经过闲置期的微生物处于一种饥饿状态一个进水阶段活性污泥将更好地起到降,活性污泥的表面积更大,在下解作用。2.4SBR污水处理工艺的发展在实际的工程应用中一,传统SBR污水处理工艺尚存在定的局限性。所以基于:实际应用的需要,经过改进逐渐衍生出多种新形式1.ICEAS工艺ICEAS(IntermittentCyclicExtendedAerationSystem)工艺的全称为间歇循环延一时曙气活性污泥工艺。20世纪80年代初从澳大利亚开始兴起,本质上属于种变了形的SBR法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12页ICEAS与传统的SBR相比,通过在系统的进水端处增加预反应区,将系统由元老的间歇式转变为连续进水、间歇排水式,因此系统也没有了明确的反应和闲置两个阶段。上述的改进式SBR污水处理工艺在处理市政污水和工业废水等方面比传统的SBR工艺更省费用、更方便进行管理。2.CASS(CAST,CASP)工艺-CASS(Cc-ylicActivatedSludgeSystem)或CAST(Technology)或CASP(P工艺是一rocess)种循环式活性污泥法。该工艺又是在上述的ICEAS工艺基础上改进的。改工艺与ICEAS相比,所需的预一反应区容积比较小,是款设计更加合理的生物反应器。该工艺将主反应区中部分剩。余污泥回流到了选择器中,保证CASS,从而使得在沉淀阶段不进水了排水的稳定性工艺适用于处理工业废水及对脱氮除憐要求比较高的污水。3.IDEA工艺间歇排水延时_气工艺(IDEA),在保留了CAST工艺优势基础上,使用了连续进水、间歇曝气、周期排水的运行方式。CAST工艺中原来的预反应区被改为与SBR反应池分立了的预混合池,,其中的部分剩余污泥会回流进入预混合池而把进水改在了反应器的中部,通过预混合池的设立,使污水在高絮体负荷下有了较长的停留时间,从而有效保证了高絮凝性细菌的选择。4DAT-AT工.I艺一一一DAT-IAT是种仅利用个单的SBR池来实现系统连续运行的工艺,是传统活性污泥法与典型的SBR工艺的结合体,,它不仅具有前者的连续性和高效性等优势-又具有后者的灵活性,适用于进水水质比较差,进水水量又比较大的情形。DATIAT工艺的主要设施包括一般情况下需氧池:DAT(需氧池)、TAT(间歇曝气池)。在、会持续的进水,并且不间断地进行暖气:曝气,其出水进入间歇曝气池完成后续的工序沉淀、饶水、排出剩余污泥。5.UNITANK工艺ITANK,普遍的UN,它的主要设备是三格池的结构,它们之间是相互连通的每个池体内分别设有独立的曝气系统,池体的外部设制有用于排水的出水堰和排放污泥的 西南交通大学硕士研究生学位论文第13页装置,池子交替的作为曙气和沉淀池使用,污水在进入处理系统前,可进入其中的任何一个。一在个完整的运行周期内,污水可以不间断的进入反应器,通过对时间和反应系统空间的有效控制,使不同的池子处于好氧、厌氧或缺氧的合适状态。UNITANK系统不仅拥有自控能力,还具有结构简单、出水比较稳定,不需要进行回流等优点,而且可以通过对污水的进水点的变化来实现脱氮、除磷的效果。2.5自动控制系统在SBR工艺中的应用SBR污水处理工艺的污水处理髙效率,系统设施设备低造价,为SBR污水处理工艺的推广提供了有利条件,也为该工艺占据污水处理领域的市场奠定了基础。顺应发展,在SBR工艺参数及控制方面的研究工作得到国家的大力支持,也相应的产出了丰富的成果。其中运用SBR工艺在处理含碳有机物、脱氮除磷方面的都取得可喜的进步。随着这些研究的不断深入,处理过程的规律及相关的工艺参数等已经完全被。掌握随着世界科学技术在不断飞速发展进步,尤其是计算机控制技术及与其结合的自动化控制方面取得了突飞猛进的发展,相继出现了各种相关参数的检测测定设备,它们也为整个SBR工艺的飞速发展及应用提供了更充分的设备支持。一在上章中已经介绍了目前SBR工艺自动控制系统的多种形式,但介绍的比较一。粗略,此处将进步的做详细介绍针对我国的具体情况来讲,大多数污水处理厂所使用的计算机自动控制系统大致可以分为以下几种:(1)计算机+可编程控制器很显然计算机+可编程控制器由两个部分组成:计算机和可编程逻辑控制器。分别担任中央控制室的工程师站和操作员的角色。由可编程控制器PLC组成的分控站通过网络通信实现可靠连接及相互间信息的传递。计算机+可编程控制器系统具体优势为:1)系统的开发时间更短,编程简洁且容易进行修改;2)由于可编程逻辑控制器的使用,使得系统的网络连接很方便;3)由于可编程逻辑控制器,可以通过控制线的连接实现对现场的各种分散设备的控制;4)通过线路的连接,直接将现场工业的信号传输给可编程逻辑控制器,控制器 西南交通大学硕士研究生学位论文第14页的模拟量模块可以通过编程轻松实现数字量的显示。(2)DSC(DistributedControlSystem)DCS系统叫做集散控制系统,又被称作分布式计算机控制系统,将微机和现场的各种设备相互连接组成的。DCS系统的优缺点:1)相应的时间短、实时性能好、系统的设计及编程技术已经比较成熟;2)真正的实现了现场设备的分散进行控制,整个系统设备间的危害减少,系统运行更加安全可靠;3)通过对系统及设备进行的等级划分,分别确定其功能以及相应的控制策略,使系统程序更加的简便、富于逻辑;(3)SCADASupervisoryControlAndDataAcuisition(q)SCADA系统又叫做监视控制和数据采集系统,主要包括两个部分:远程终端与一个主控组成的。SCADA系统的优缺点是:1)可以比较容易的实现与其它系统的集成;2)与现代的先进技术结合比较紧密,有比较高的应用前景;3)实时性较差,难以实现比较复杂的系统的控制。(4)FCS(FiledbusControlSystem)FCS系统全名是现场总线控制系统,是基于PLC和DCS而开发出来的,整个系统以现场智能设备为基础,,把DCS的集中控制站改为虚拟分散的控制站实现对整个控制系统的控制。FCS系统的优缺点:1)将工控机改为可兼容计算机,利用计算机的优势实现软硬件的丰富化;2)具有较好的实时操作及响应性能;3)系统的网络通讯由于PLC的存在实现了传输量大、控制点多等优势; 西南交通大学硕士研究生学位论文第15页第3章SBR工艺自动控制系统的设计3.1系统控制设备与检测设备根据SBR污水处理工艺的具体流程及工艺控制要求可知,整个控制系统需要实现对以下设备的控制:进水阀、进水水粟、鼓风机、出水阀、排泥阀。本设计既要实现工艺过程的实时监测及检测,同时要实现通过对出水水质的检测实现水质的反馈闭环控制。根据以上分析可知需要自动控制的检测设备包括:DO仪、ORP检测仪、MLSS计、液位计、流量计、PH计、温度计、池度计。污水处理过程中,溶解氧的浓度、酸碱度、温度、氧化还原电位是非常重要的参数指标。其中DO以及ORP都可以作为反应系统中有机物污染物降解的间接反映指标。根据以往的实验结果:在SBR工艺的反应阶段,氧化还原电位与含氧量这两个指标与化学需氧量均有某种确定的相关性一,化学需氧量直被降解到剩下的均属于难降解的有机物,此时氧化还原电位与含氧量的值反而会迅速地升高,之后很快又趋于一一平稳,最终稳定在某较高值的特定范围。氧化还原电位与含氧量表现的这特点,不仅可以作为SBR充分反应的信号,而且氧化还原电位与含氧量检测仪这两种设备都具有构造比较简单、反应比较迅速,方便与计算机连接等优势。因、价格相对便宜此一,如果把氧化还原电位与含氧量视为SBR工艺反应过程的时间方面的种控制参数,不仅可以保证系统的出水水质,还可以减少因曜气量太大而导致的污泥膨胀,与此同时还节约了电能。污水在反应过程中必须通过微生物的作用才能去除有机物。因为整个过程利用的微生物主要是好氧菌,如何能够实现水中的含氧量的定量控制成为处理过程中比较重一要的部分。在整个处理过程中一,酸喊度值PH的控制也是个比较重要部分。因应对进水的酸喊度值进行有效的控制也是很值得关注的。水温作为重要参数中的一个,在某个特定的温度变化范围内,生化反应速率会跟一随温度的升高而加快,,同样微生物的增殖率跟着加快,但是超过这限度微生物的产生就会被破坏。根据SBR的工艺特点,如果实现对其的自动控制,至少需要拥有以下几种测量仪表: 西南交通大学硕士研究生学位论文第16页一(1)液位计:在污水处理中最重要的检测量就是液位。液位是个动态的量,而且所测量的液体也会有温度、粘稠度等的差异,再需要达到要求的精度,液位测量及运用都显得复杂。(2)污泥浓度计:监测污水中污泥的浓度,了解系统的运行情况对运行的时序时间进行调整。—(3)H计:监测污水的酸碱度选用LP3000C型PH计。p,(4)溶解氧(DO)仪:用于测量污水中溶解氧的含量为调节爆气机的鼓风量提供依据。(5)ORP检测仪:用于测定系统运行时被处理污水的氧化还原电位。因为氧化还原电位是系统反应进行情况的一可以通过对ORP个有效反应,我们值的测定,了解系统的反应进行到了那个阶段及反应的程度,进而有针对性的调整系统的控制时序。(6)温度传感器:温度传感器就是能够自发的感受温度的高低并转换成可以被识别的信号从而进行传输的传感器。(7)压力计:主要用于监测所用的曝气机出口的风压。(8)池度计:主要用于监测出水水质是否达标。独度就是我们所说的浑独度,不溶解的悬浮物和胶体类物质是造成水体浑池的主要因素,国际标准所规定的独度单位是:FTU,与通常我们所见到或用的的NTU是一-致的。本设计采用BSS200D型在线独度分析仪,其设计构造紧密,功能强大,内部配置了背光液晶显示屏以及存放数据的存储器,还有继电器控制输出(3路)等。BSS-200D型在线池度分析仪的输出信号是4?20mA的电流型信号,该信号是单独的一路输出,可直接用于进行独度检测与控制的场合提供可靠的独度相关数据。3.2控制系统需要满足的工艺要求根据SBR污水处理工艺的特性,自动控制系统应满足如下要求:(1)可靠性:任何的控制系统只有在确定可靠运行的情况下才能投入到实际的工程中一,因此可靠性是项必备指标。(2)安全性:任何的控制系统只有在确保安全运行的情况下才能投入到实际的工程中一,因此安全性也是项必备指标。(3)实时性:任何的控制系统只有在满足需要的情况下,才会被应用并投入到 西南交通大学硕士研究生学位论文第17页实际的工程中,现在的污水处理设备如果想要被广泛应用需要对现场设备的状态进行一一实时采集。能够对系统的些异常情况,及时的进行报警处理,因此实时性也是项必备指标。(4)先进性:任何的控制系统只有在满足当代社会需求的情况下才能被广泛的一应用,因此先进性也是项必备指标。(5)经济性:任何的控制系统只有在拥有经济性的前提下才可能被投入到实际一的工程中,因此经济性更是项必备指标。3.3控制系统硬件的选择一、、污水处理是个拥有多个参数多目标及任务需要控制多太设备,且在实际控一制中具有随机性、时变性的个繁琐复杂的控制系统。因此,要实现对污水处理系统的控制就需要一台能够对系统进行自动监控与及综合性的管理系统来进行现代化的管理,使系统在其控制下仍然可以安全经济可靠的运行。、目前,在污水处理行业中:PLCDCS控制,,国内的大部分控制系统采用的是但这些系统往往不容易实现网络之间的互连和相互共享资源,使的原本比较先进的自动化控制系统成为信息独立体。随着经济技术的发展,人类拥有了更先进的计算机方面的技术、通信方面的手段和控制方面的策略,特别是已经开放了的系统互连协议和TCP/PI协议被广泛的应用与工业生产及工程中,通过,越来越多的传感器、执行器、驱动设备实现了智能化它们的内置CUP可以实现量程转换、数字滤波等效用,在工程控制领域也产生了不断。更新的控制模式,逐步实现了可以通过网络进行集成的自动化控制系统3.3.1控制策略选择结合具体的设计方案及需要控制的设备与检测仪器及控制要求,本设计总体的设计方案为工控PC机+PLC的控制策略。设计的主要内容-(1)SBR污水处理工艺系统的整个工艺流程按时序进行的全自动控制。(2)针对出水水质进行的检测反馈闭环PID控制。—W(3)基于PROFIBUSDP现场总线和INCC在线通讯和监控系统。SBR污水处理工艺一个最重要任务就是要实现污水处理过程的自动控制系统的自动化、处理效果的准确化。根据上述对SBR污水处理系统的介绍及自动控制的分 西南交通大学硕士研究生学位论文第18页析可知,系统工作过程中涉及到对进水阀、鼓风机、搅拌机、出水阀、排泥阀等的控、制,以及现场各种检测设备DO测定仪ORP检测仪、MLSS计、液位传感器、流量传感器、PH计、温度传感器、独度计等元器件的信号采集和控制。因此本设计最终选择以S7-300PLC为控制系统的核心,同时也结合工控机WINCC监控软件等组成SBR污水处理工艺R污水处理工艺各自动控制系统,实现实现SB个过程的基本时序控制,同时实现现场数据的传输、显示、管理以及人机界面等多项功能。整个系统的--网络拓扑图如图3.1。系统通过PROFfiUSDP总线的方式将S7300PLC与SM334等一-300PLC通过MPI进行实时通信设备连接起来,工控机与S7,从而组成个层次分明的控制网络。机MPIIS7-300PLCPRQFIBUS-DF进鼓出排f水风水泥:SH334SM334Jm机:闹阔^'ULJ/UU^I,1I1^虔仪删二f3计虔jiUnH土—立立3-图1系统的网络拓扑结构3.3.2控制系统的结构本控制系统是一个基于RPOFBIUS网络的三层控制体系,釆用分布式控制系统“”结构,达到分散控制,集中管理。分散控制有利于将可能发生故障的危险进行分散降低故障发生率,也有利于故障发生后及时进行处理,集中管理有利于综合集中釆,集信息从而能够对控制进行优化。根据目前比较先进的全集成自动控制思想,污水处理厂的控制包括三级:管理监控级、控制室控制级、现场设备级。(1)管理监控级本设计中整个系统的管理监控级釆用的是工控机,对系统的现场设备参数进行设定一、与下级的PLC之间进行数据的传输、信号传递以及相互通讯、整个系统现场J 西南交通大学硕士研究生学位论文第19页设备的监控室故障报警显示及处理、系统的运行及管理等。(2)控制室控制级PLC作为现场全部设备及设施的控制中枢,对现场的设备进行控制、传输控制信号、以及将现场设备的状态进行回传给监控级的计算机,因此控制级被认为是监控室监控级与现场设备设施的连接挢梁,是整个系统能够正常运行实现整个控制的关键环节。(3)现场设备级主要的任务是:实现控制信号与动作信号之间的转换、现场数据的回传及执行控制级发送的所有的控制命令。现场设备是整个系统实现系统功能的基础。3-.3.3控制系统硬件S7300PLC介绍-300系列PLC釆用的是模块化的中小型PLC系统西门子公司生产的S7,该系列PLC功能相对较强,能满足中等性能要求的设计应用与系统的控制。采用模块化结构设计思想的优点在于,各种单独的模块之间能进行广泛组合,更方便的用于扩展,CPU的型号和功能更是越来越丰富多样,而且可以带有具有方便功能的各种V0扩展模块,因此,设计者们可以根据自己所设计的实际系统的需要来选择CPU和各种输入输出口。模块化的PLC应用领域非常广泛,像纺织行业中的机械控制、食品包装生产中的机械控制、智能小区的楼宇自动化以及钢铁冶金行业中的乳机设备控制等。7-300PLC的模块式S系列系统组成主要有以下几个单元:-(1)中央处理单元(CPU)。西门子S7300系列PLC包括有不同型号不同性能的CPU,也正是因为该系列的CPU性能各异,所以该系列的PLC完全可以满足不同用户的需求,CPU模块主要用于完成各项自动控制,是控制器的核心部件,另外,CPU的另外一项功能就是还要通过它背部的背板总线提供5V的直流电源,有的型号的CPU还可以通过MPI或PROFIBUS等网络与其它控制器或编程装置进行通讯链接。(2)信号模块(SM)。信号模块SM的主要作用在于,该模块可以接受与PLC的内部信号性匹配的电平信号-300PLC,还可以将S7的内部电平信号转化成PLC以外的其他控制设备所需要的电平信号。(3)通信处理器(CP)。该模块可以进行连接网络以及点对点连接,这种模块种RS-232C口的CP40等。类很多,如具有接3(4)功能模块(FM)。不同的功能模块有着不同的特定作用,例如功能块FM352 西南交通大学硕士研究生学位论文第20页——————M—m—――—la———BB—fg^——MM————MI—■a<MMMJ就是用来进行高速计数用的再如功能块FM353,该功能块就是用于对步进电机进行定位的等。(5)接口模块(IM)。接口模块的作用在于它可以实现多机架的扩展,该模块能一将主机架与扩展的机架连接起来,般来讲每个主机架最多可以扩展3个扩展机架。每个机架又可以分别配备8个不同的模块,因此每个主机架CPU最多可以操作32个模块。(6)负载电源模块(PS)。电源PS模块的主要作用在于将常用的交流电转换为直流24V电源,为CPU以及其他各模块提供直流电源。-2其硬件结构如图3。I56,赫樹爾輸塑I卿輕稱-H,pfI324789图3-2S7-300PLC实物图其中:1VDC电.负载电源2.后备电池3.24源连接4和故障指示灯6.存储器卡.模式开关5.状态7PI..M多点接口8.前连接器9前盖3-PLC.3.4S7300的选型PLC的选型既要考虑能否具满足系统设计控制需求,也要考虑现场环境等各方面要求-,具体应考虑以下几点1.所选用的PLC的性能应与设计任务相适应;2.所选用的PLC的处理速度应满足实时控制的要求;一3.所选用的PLC应用系统结构合理、机型系列应统; 西南交通大学硕士研究生学位论文第21页IP———————I—————4.在线编程和离线编程的选择。PLCPLC一般要根据实际设计的需要和对在的选型时还要考虑的存储容量问题,控制系统的要求来计算出整个设计的整体所需要的存储器的容量,从广义上来讲每个PLC一系统的存储容量都包括这两个部分,其中个部分是指I/O的点数所占有的容量,另一部分是指用户存储器的容量。不同的型号的PLC其系统的开关量I/O点数以及模拟量I/O通道数是不同的,而且其幵关量和模拟量的输入输出信号的类型也各有不同。首先应该根据PLC具体的型号类型来统计出输入输出的总点数后,然后再在这个总点数的基础上增加约占总体输入输出点数的10%到15%的裕量,用于以后的的系统改造。/影响用户所需的存储器容量的因素有许多,例如设计的控制系统的总的IO点数的多少、生产工艺队所设计的系统的控制要求、系统实际运行时的CPU运算处理量等等,这些因素都会对存储器容量有所影响,因此在程序设计之前要经过粗略的计算。一PLC按照经验,设计总体所需的每个输入输出点和有关的功能模块和器件所占用的的内存大致如下:?1.25X(DIX10DOXI设计所需存储器总容量大致等于(+8+A/OX100+1)”CPX‘‘300)/1024。其中:DI用来代表整个控制系统用到的有效幵关量输入的总点“”“”数,DO代表的是整个系统中开关量相应的输出总点数,AI/AO代表模拟量输入与模拟量输出通道的总数“”;CP代表通信接口的总数。(1)CPU的选型通过结合本设计所需的控制点数和控制要求,并根据PLC容量计算公式和选型标S7-300PLCCPUCPU315-2DP。CPU准,我选用的的型号为此次设计我选用该型号的的原因是,该型号的CPU具有对二进制和浮点数运算处理的能力相对较强,而且该型ROFIBU-DP口DP号的CPU配有两个PS接,其中I口又可以当做MPI网络的通讯口,还,使用,既可以可用于大规模的输入输出口配置可用于建立分布式输入输出结构该型号的CPU具有64KB存储容量和内置96KB的装载存储器,其功能既能能满足本设计所需的控制要求,同时性价比也相对较高。(2)远程I/O的选型ET200M是模块化的分布式1/0,最多可以扩展8个功能模块,可以连接256个输入输出通道一,它的最大数据传输速率为12Mb/S,并能够以个DP从站的形式挂到PROFfiUS-DP现场总线上。由于要进行远程监控,所以本控制系统设置远程I/O模块ET2M一00,数字量输入和数字量输出模块均安装在这机架上。 西南交通大学硕士研究生学位论文第22页(3)I/O模块的选型模拟量I/O扩展模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出模块三种。模拟量模块提供了模拟量的输入输出接口并实现相应模拟信号的传输功能,PLC通过扩展这些模块可以应用于一些更加复杂的控制场合。由于可以扩展的具有较高的分辨率的模拟量的输入输出模块,使得它可以直接与工作场所中的检测设备及执行设备相连。模拟量模块的扩展非常方便,可以直接通过模块自带的I/O总线电缆与一一个模块的插槽连接前个模块用于扩展下,然后直接安装在导轨上。-/O表31I模块型号i型型号输入输出SM33-数字量模块16ES73317KF02OABO8033-数字量模块SM16ES73317KB02OABO22332-ABO02模拟量i块SM6ES73325HB01OSM332-模拟量模块6ES73325HFOOOABO08M34-模拟量模块S36ES73340KE00OABO4(RTD)2SM334E"AAO42模拟量模块6S73340CE01O”本设计共需要釆集8个模拟量,所以输入模块在扩展时需要有8个模拟量输入,一所以本设计选用2块SM334进行扩展实现模拟量输入。下面重点介绍下SM334的接线方式:(1)电压测量和电流输出、—I,‘■③「!1卜CIiH2j?X■(fe10丨24I+I_,YI/d?\V.\_11M3^/I1^II"‘-?-rtlHMaCHSP1^I^M.3.L_SPJ_^;-__—Irr^^Q'nN!VII!—-‘!rT.r?_i'II?CHImQIIfawa^H__ilyI^l^WM、""“1J、n丨,、⑦①部电源②模数转换器(ADC) 西南交通大学硕士研究生学位论文第23页②入:电压测量④输出:电压输出⑤数模转换器(DAC)⑥背板总线接口⑦等电位连接⑧功能性接地(2)电流测量和电压输出的4线制传感器、r?u—_—^一0-3-—Q_―I1=CHO44^1I[^—IkMV.+|1^L+ ̄CH1Mlrim④l+iDMU_M_二;一"一CH2._二产,rRh人"^^I113+丁。+_''^3-CH3_Z?L_2Ir.-InnM3+J_]____J1|4idMUM__14^bo^!CHO‘g()|Jf]l—QVi___I^(7)‘^'^_TiANA?1cm-T^[if^"SMI""“JJ^、、??4?①内部电源②模数转换器(ADC)③输入:用4线传感器进行的电流测量④输出:电压输出⑤数模转换器(DAC)⑥背板总线接口⑦等电位连接⑧功能性接地3.3.5系统控制量的统计与分析设计系统的控制信号主要分为以下两大类:(1)幵关量输入与输出信号。其中开关量输入信号包括各个传感检测仪的电平信号、各个按钮开关控制量信号等;开关量输出信号包括对指示灯、接触器等的控制。(2)模拟量输入与输出信号。其中模拟量输入信号有各检测仪器的检测输送回来信号等。“序号名称类型分配管脚备注1启动输入0.0系统启动开关1 西南交通大学硕士研究生学位论文第24页2停止101系统停止开关输入.3手动控制输入10.2手动控制开关4自动控制输入10.3自动控制开关5进水水菜启/停输入10.4进水水粟控制开关6鼓风机启/停输入10.5鼓风电机控制开关7进水阀启/停输入10.6进水阀控制开关8出水阀启/停输入10.7出水阀控制开关9排泥阅启/停输入11.0排泥阀控制幵关107K位上限位开关输入11.1上限位开关自控开关11水位下限位开关输入.211下限位开关自控开关12运行指示灯输出Q0.0系统运行指示辅f13停止指示灯Q0.1系统停止指示山14手动控制指示灯输出Q0.2手动控制指示15自动运行指示灯输出Q0.3自动控制指示.16进水水栗工作输出Q047K泵中间继电器17鼓风机工作输出Q0.5鼓风机中间继电器18进水阀工作输出Q0.6出水阀中间继电器19出水阀工作输出Q0.7出水阀中间继电器20排泥阀工作输出Q1.0排泥阀中间继电器表3-2开关量输入输出统计及管脚分配3.4自动控制系统网络通讯的选择随着社会经济技术的突飞猛进一,现代化的网络通讯更加的先进,如果个系统想。要拥有更加光明的应用前景,就必须紧随时代的步伐本设计的网络通信采用目前应用比较广泛且前景广阔的现场总线技术。3.4.1现场总线的特点全部釆用误差小、更加准确的全数字通信,更加的对用户开放、更强大的互操作性能、更强的现场设备设施环境适应能力,使得现场总线技术在各行各业都占有了较大的市场。现场总线具有如下特点-一(1)全部的数字化通信使得PLC与现场的设备设施的连接仅用了条电缆,信号的传送全部釆用数字化的信号,提高了传输信号的可靠性。(2)实现分散和分布特性,可以对分散到各个现场的设备设施进行控制,由于设 西南交通大学硕士研究生学位论文第25页备的分散性被称为分散分布特性。(3)具有强大的信号信息集成能力,可以连接先进的智能设备,实现现场获得信息、设备状态故障、参数相关信息的整体化传送。(4)降低了系统的费用,与以往的技术相比可以减少使用的导线,而且可以降低导线在安装和维护中所消耗的费用。(5)允许在符合标准的情况下进行开发。3.4.2现场总线种类选择。综合考虑各方面的因素及效果,本设计最终选择的现场总线技术作为通信技术目前,市场上比较常见、实际工程中运用的比较广泛的现场总线的种类包括有:PROFIBUS、LANWORK,CANBUS、CONTRONLET等。其中最典型的是PROFIBUS,是一种被国际公认的开放的FCS标准。下面详细介绍一S网络通讯下本设计所选用的PROFIBU现场总线:一PROFIBUS现种现场总线技术场总线作为当今世界上应用最为广泛的,它主要---FSM-包括的网络有:PROFIBUSDP、PROFIBUSPA,PROFIBUS。其中PROFIBUSDP传输的最大波特率可达到12M。PROFIBUS现场总线不仅可以用于自动化控制系统与现场信号之间的单元进行通讯,,同时还可以与带有通用接口的变送器、执行装置、传动设备等直接进行连接实一现了对现场信号的最优化采集和最真实监控。但是上述功能得实现仅需对双绞线即可,不仅替代了传统的传输电缆,系统也因此变得更加简洁方便,使的系统的调试变得更为方便。因此,本设计选择PROFIBUS现场总线作为操作控制员和现场设备相互间的通信网络。 西南交通大学硕士研究生学位论文第26页———BMP——P———o—I—BI—M—1^—■—BM—B—e—g—e—Hatatflui—i_i__M<■■第4章控制系统的软件设计及组态4.1PLC程序设计上述三章内容主要讲述了SBR污水处理工艺自动控制系统的整体方案以及硬件选型和硬件的搭建等内容,但要想系统正常运行还要有还有其他辅助机构的控制。为了完成系统的全自动控制、整个系统的安全运行、控制效果的满意,必须设计与实际设备设施完全吻合适用的控制系统软件程序。SBR污水处理工艺控制软件系统由上位机(工控机)程序以及可编程逻辑控制器PLC程序组成。在工控机上利用WINCCV6.0SP3作为幵发环境,进行整个系统控制界面的组态设计利用西门子STEP7软件编写程序载入可编程逻辑控制器中,;实现控制级的功能。上述两个部分的软硬件相互协调,对现场的设备设施进行控制,共同实现SBR污水处理工艺自动控制系统的正常运行。4.1.1STEP7软件一STEP7标准软件中为用户提供了系列的强大的应用工具,例如西门子管理器,对系统硬件的错误诊断,多样化的编程语言,配套的硬件组态和网络组态等。对西门子PLC300、200进行硬件组太与网络拓扑搭建,都可以在STEP7编程软件中完成。它同时具备编程简单、方便、快捷和便于修改等优点。该应用该软件不仅可以在现场正常运行的情况下进行在线编程,,而且可以在单机上进行编程的只需要对PLC的进行4-1程序的下载即可,同时还可以进行在线上载或下载。图为运用STEP7编程软件创建新项目的流程。在STEP7的编程环境下实现对300PLC的控制编程,:梯形图(LAD)语句表(STL)FBDTEP7编一和功能块图()三种方式都可以实现。梯形图是S程语言中比较直观种。 西南交通大学硕士研究生学位论文第27页B—im—I——m—tMW——a———>1——wa—r———iwM—niww设计控器^,生成用;程序I1、在程序中调用块2、定i局域符号J■启动stLp7并创tI建一个新项目生成参考数直"“?,组态硬件和连麥,It"“组态硬件和连接寺1、组态模块^程序丨下1丨12、连网各个站点I^I测试程序诊断错误?丨定义符号丨t[^印和存档I4-图1STEP7新建项目流程4.1.2PLC组态与MPI、DP网络的搭建在STEP7中对主机PLC的硬件进行组态及网络搭建的具体步骤如下:“”(,1)打幵编程软件,用鼠标单击新建图标在弹出的对话框中按照提示输入文件名称(热连轧板带钢厚度控制系统设计)和文件夹地址,然后点击OK;系统将自动生成一个新的项目。“”“”(2)单击主画面中的INSERT工具选项,选中Insertnewobject选项,点击""一-SIMATIC300STATION选项7-30042选抒,完成插入个S的站点。如图所示。彦文?8lDftAO)m棚()奶8口*JCO.「‘T¥sJ^aiSS>Dlir、、:"kmWHsmiiCDi)ir)iac3(ia^sun3_ac00(1)图4-2插入站点“”(+3)在主界面左侧栏里将新建的项目前的号打开或双击项目名称,选中""“”SIMATIC300站点选项,然后选中Hardware并双击将硬件组态画面打开。“”(4)在打开的硬件组态画面的右侧栏里找到SIMATICSOO的压缩栏,点击它MM——n——M——■<———0——BW—Bn——f—MH 西南交通大学硕士研究生学位论文第28页“”“"“”+RACK-前面的号,展开SIMATIC300压缩栏300,并将其拖到硬,选中-4-3。件组态编辑区内,完成S7300PLC的机架添加。如图所示?項BQ*HAdI入CIJth--lMCE)?a〕tlTC)?)QI)D5'g身:电碎AAigk?4!???)I"“‘‘IlE?丨PROnB^WrwrBus-ir*3nnrintloi*§I*:tAJ;_SllIC300-?1:i¥」aJ-0_S—cr30;30_IV%CJCPV0j-1Wre300H<;?,》?■,:1??:??hm:CJdo^-XCjnITIBIMI--3Q?r^CaBJOO"o:eauii<>:iySi?^-3Q0S^"?*1IWl/4SETICK!??<CvDral30000*s?*ncremtr…—mWt?a.sm..aiBI..aNUt<£.I;三;IIII丄Ii一-不:d『tfc*qr鹰的AXj图4-3添加机架“”(5)在添加的机架上选中1号槽位SIMATIC300里找到PS307,再在左侧栏一-5A的电源模块,双击或选中拖到RACK300机架的号槽位上。然后选中机架的2号“”-槽位CPU3152DP,将其添加到机架的2,再从左侧栏里找到模块选择适合的型号一CPU的号槽位,与此同时系统会自动弹出个对话框,在对话框里根据提示可以设置一2地址般默认为),点击OK完成CPU的添加。用同样的方法将本次设计中所用(,到的各模块依次添加到与之相对应的槽位上,3。注意号槽位为通讯槽位本次设计没用到该模块,所以组态时将3号槽位空幵,从4号槽位幵始添加SM模块,并为各模块分配合适的硬件地址-44-5。如图4,所示。‘‘??Da□愁V?Ggm奶挪糊I— ̄似—I(>:拓了子网?贼使用下个巧EHHHH&§|;3i1—i 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西南交通大学硕士研究生学位论文第34页理论上来讲可以进行无限次的调用。功能一FC不(FC):功能FC区别于功能块的个因素就是功能需要建立与其相对应的背景数据块,功能FC可以根据用户自己的需求随意建立,所建立的功能FC可以无限次的调用。系统功能(SFC)和系统功能块(SFB):每个S7CPU都自带有内存既有系统功能块又有系统功能。工艺程序运行流程图如图4-本控制系统SBR污水处理12所示设计具体程序详见附录。4.2网络通讯的实现4-.2.1PROFIBUSDP的网通讯PROF一IBUS现场总线作为当今世界上应用最为广泛的种现场总线技术,它主要--DP网络OFIB-FSM网络三包括PROFIBUS,PRIBUSPA网络,PROFUS种形式的现场-DP的最总线的形式。其中PROFIBUS高波特率可达12M。本设计选择PROFIBUS现场总线的原因主要是:它不仅可以用于自动控制系统与现场设备设施单元之间的信号数据传输,还可直接与带有合适接口的设备进行连接,实现现场信号的釆集、传送和监控一。,而完成上述的所有功能只需要用对双绞线,更加的方便简洁因此本设计最终选用了PROFIBUS-DP作为PLC与远程I/O、变频器等设备的通讯。4.2.2MPI网络的搭建与通讯MP一I网络通讯是种全局数据通讯方式,若果釆用MPI网络进行通信,不需要另外再配置其他专用的通讯模块,因此可以大大节约网络的设计成本;釆用MPI网络进行通信实际操作时非常方便,更不需要了解具体的通信协议,而且还可以节约成本,所以本次设计选用MP-I网络进行PC机与S7300PLC的数据通讯。PLC通过MP一个接入I网络可以同时将编程器,PC机,人机界面链接起来,每一一MPS7-I网络的设备我们都称这个设备为该MPI网络的个节点,个300PLC通过建立MPI网络最多可以建立32个节点。在组建MPI网络时,要进行MPI地址的分配,一个节点都要有属于自己的MP每I地址。利用MPI网络进行通讯的最大传输速率是187.5Kbpsc本次设计选用装有CP5611板卡的PC机进行与PLC的MPI网络的搭建,也可以用适配器进行数据通讯。 西南交通大学硕士研究生学位论文第35页4.3组态监控设计4.3.1WINCC组态软件简介WINCC即西门子的全视窗集成软件是西门子全集成自动化系统的重要组成都,NCC包C进行系分,WI含有对西门子系列的PL统诊断的功能,因此为硬件的维护提供了方便。利用WINCC所建立的基本系统作为应用程序的核心,包含了以下9个部件。(1)变量管理器(tagmanagement)(2)图形编辑器(graphicsdesigner)(3)报警记录(arloin)lamggg(4)变量归档(tagloin)ggg(5)报表编辑器(reortdesiner)pg(6)全局脚本(globalscript)(7)文本库(textlibrary)(8)用户管理器(useradministrator)(9)交叉引用表(cross-reference)同时,WINCC软件几乎能够实现所有先进人机界面产品的所有功能,其具体的功能如下。(1)图形系统(2)数据处理(3)变量存档(4)报表系统(5)报警信息系统(6)应用程序接口(7)标准接口4.3.2建立SBR污水处理工艺自动控制系统监控画面一(1)新建项目。双击打幵WINCC软件,建立个单用户项目,并为新建项目命“”-名为4-monibihuan13414,如图,所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第36页1議』I一:CES=-lc单用户项目^-<多用户项目<"客户机项目!广打弁已存在的项目取消::::]看I【:::::::::猶憲:::謹4-图13项目管理器.....……...“:鴻^^^^KKKKM一—-"“"“——n「项目路径I创建⑧丨■■IC:V.-.Vwinccprojects|项目名称:(£)取消(£)(文件夹!)I”[.-]--monibvLhuan.Aijj|^'⑴r.帮助01)I— ̄‘新建子文件夹⑤:ID ̄‘“GONG[]Imoniunii^Lb[ls|j]一?—l][jxggIInbhtm]可以使用本对话ta来创達I…一新的WinCC项目《丨距动器?:iII■*■;c:I丨I1cmi.rji?i!II图4-14创建新项目(2)stepWINCC链接驱动程序的添加。本次设计要求实时监控七台精乳机?与组个机架的乳棍转速,监控带钢出口厚度,和报警指示等,因此所需的变量除WINCC内部变量外,还应有外部变量,如果想实现通过WINCC就能对PLC的当前过程值进一。行访问,则必须组态个通讯连接来连接WINCC与PLC执行通讯的程序是有专门一-200PLC7通讯的驱动程序控制的。这里我们使用的是S7,因此个S,如果需要添加“”驱动程序,具体操作步骤:先右击浏览窗口中的变量管理,再在快捷菜单单击选-中添加新的驱动程序子目录,其中菜单项如图415所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第37页^*查找范围d):bin4E函,)Cyj^ceSIMATICS5EthernetTF.CJiQPDiJCahg|OFC.chn國SIMATICS5ProfibusFDL.(_]FrofibusDF.chit画IHATICS5ProgrammersPcQS]QProfibusFMS.chn^SIMATICS5Serial3964R.CgATIC505TCPIP.chn.gSIMATICSTProtocolSuittsiHjSIMATICS5EthernetLayer4.CHHgSIMATICTIEthernetLayeigI^“""""-““文件名?:asss打开da)jI1文件类型CP:|Wir£C通讯犯动程序(*.chn)3肖图4-15添加驱动“”然后再通过选择添加新的驱动程序,选择SIMATICS7ProtocolSuite.chn,输“”入正确的文件名,然后点击打开按钮即可将其添加显示到变量管理的子目录中。“”一MP通过单击驱动程序前面的+,然后建立个基于I网络的通讯逻辑连接,在快“”“”-捷菜单中选择新驱动程序的连接菜单项。如图416所示。通过连接属性对话“”-框中设置PLC1作为逻辑连接名,单击确定完成设定。如图417所示。m--?lld—!!他腦rIhtiiiHitf丨f———tifhWh\文拜a)MS)?(EQ9XAS}VMai)D>gj:r名丨gfl费IAiVMuil?t藝ril!元aiAjg.fcJZtWiBJ;ylritriiMliljl*SUMIC51rBTccntsumiitJg.rtciMMits热■Tr?■TCT/uSm)ilTMTOUt*C*??*..<tlr.dtwlCiXl*fll.diIWI)^■。“#iSrMfN±IUtX城R2S?EWPSM?93???1£kWtB&Mi“…?<B¥uMj^V9vnaMi\vsiuTirS7nonm.sum外量液系「图4-16添加MPI驱动 西南交通大学硕士研究生学位论文第38页—a—13——————————awwi——wana—iBMBag—M3M1-MI某规I“名称厘性(Q)I"“单元:pFF3服务器列表'i?慕■illj’iiSg—ii〒能品或?等¥殊¥符1[i——...———.——..“—..—.———」"确定I1取消I帮助I图4-17连接属性“”(3)变量组态。其中内部变量在左侧栏的内部变量里单击鼠标左键,选择新-建变量或新建变量组,如图418所示。。在对话框里按指示和需要建立所需的内部变量常规P艮制/报告jI名称):泉口1CH!I数据类抵j:]I长度:pI选禪(二)地址;CA)I1I改变格式⑷:「33?项e范围内更新广十复机本地更新<=>Ii<£:L,__.?—“—,-:W;::二si-Xwsi!I‘‘"“一‘“‘一-V.;1V.k!l?{I" ̄—- ̄"T从換作系统点——里白勺数据类型;j确—I取捎帮助Ij图4-81变量属性“”组建外部变量时选择在新建立的链接逻辑属性下建立,,单击变量管理然后“”“找到SIMATICS7PROTOCOLSUITEMPI前面的+,在快捷菜单中单击选择新建变”量4-9项,如图1所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第39页B.-O?i!?e>s.mI"'‘-r,.?.li^u?{Iiif名ingggR上次更atI5有sift存在;胃3^irsit/内S!:5蛋一:SIlAnCSTFfiDTOCOLSUTR!1I^^^^^^|^|^^^^|^||^||^|||||||^||||||^?K■In^utziEtUniti;feIfttatmUgk*rttrtTO雜raa*s/j|謹inSft^S&=?■>??dC?*eti?i*:tWngfta)Itw^战剛,3lox,;长?.:丨?^漏r9smncsuncz,战ir^EMTrasI"一:-?3i…■…Ti——P?口枝、.:::!!!!!:!::TIf|i*EJfiSa厂iJjSftTd*「Mt* ̄cb#?????"联-—一--?-,.,..Z-n.-y-全風WS;,V,.:SiHZMfipM“,叫)sri??:r11Ir]ec^ii—用,■户《.—"?“ii.,?;!???3?等if丨iHlilMEI?!— ̄S」丄_rLl^」!■!;.—3:丨o?‘mij|- ̄城i**7 ̄—…‘-..Tii^lRSZ;:.:.:.」.......二—二—..」^1II……*:?ufcohi?n\ft\snuiTicSTfBjTooa.sunE\n\in\o7fi(fS:m3tf?亲f图4-19组态变量(4)创建监控画面。单击图形编辑器,选择新建画面,双击打幵新建的画面,-20所如图4示。再在画面编辑区里应用右侧栏里的工具画出自己设计的监控画面图形,-2如图41所示。—■—______iij?'n■:■^?■uasw?%:?oi^'>ea12^:sr:?wir;!^■::—“‘■:IliTactr"心[d^'、TfV*也i^HRU“一 ̄--3ST-ih丨It ̄ri.?.mSWMnT:—『匿11"lirgSCr‘...J:;:::____!__■纖綱;(...:.4‘;?;1fe?!8Br■i?,。”,2:",,,6?p??!i:.^:i"i^-;7ij...:"?>St?:i5ccvilij—:S:i:I*is图4-20新建画面'.???;H?<'XA?-Tl?!?**!31>IOMM、>*??*:;a?■,*?>*9iW?j■.--..—-二二?上…⑶.安一.i‘;“;;;織I巧t恐?甲-!:::r!二二巧MSS:;S;s:^Irz-?!?*■?.?mt?-..—1!>■>.*ut%???</*/&1.,19:1*?i.“*?4?lfVl-w?rl.iviMM<?I*fCSK2MrT10:<l?tlH;*B.I^-wAsle?w->w?;Ntn??mtr??==:上rsMrtstnKKr?'*-c'jujs“.tieI*>??':*?繼Sfl:fe:買m''■rvfTiMTirFMrfTy*vfnMMt^Tt谈.:;:.M?M)M1..^^^^图4-21新建变量 西南交通大学硕士研究生学位论文第40页一(5)链接变量。这里以个变量链接为例。选中要链接变量的图形,在下拉菜单“”“”中选择属性对话框,选项再,在弹出的对象属性对话框中选择属性单击颜色在“”右侧栏里背景颜色动态选项中双击,在弹出的对话框中选择要链接变量的名称,这里选择数据类型为布尔型,同时设置背景颜色,即变量为真时背景颜色为绿色,变一-22量为假时背景颜色为红色。如图4所示。按照上述的方法次链接其他图形变量。—Hia…■— ̄—事件名称■iIIdULP]SLI\取旁肖ggpj-—“——表达式/公式—1?f检查^..I(g)-I1'?xitoxiuxkxingyg.…|1——表达式/公式的结果^:痴一掉勤::i.--rIfSk量有效范围In—;I..L:一古/假mmmmm1广位①"直接<1:Lji_ji?I藤歸⑧,I::广评估变量状态迄).:图4-22动态设置(6)保存编译。链接好所有变量后点击保存按钮,保存组态画面,然后点击激活按钮。 西南交通大学硕士研究生学位论文第41页第5章实际应用为了对该设计的实际性意义及可行性进行检验及证实,在完成本设计的基础上,一又有针对性的对攀西地区的个污水处理厂进行了实际的应用,运用了该自动控制系统后,取得了让人满意的效果。本人设计的针对SBR污水处理工艺的自动控制系统的一。实际意义得到充分地体现,也进步的证明了该设计的现实的可行性与先进性5.1污水处理厂概况本次实地应用通过对该污水处理厂的实地考察,发现该SBR污水处理工艺自动控制系统在该污水处理厂的现有设备的基础上一下就可以应用与该污,只需稍微的调整水处理厂。一,坐落于攀西地区的内的座生活污水处理厂据考察及资料显示(污水处理厂的1)鸟瞰图见附录自投入运行以来,运行良好。该污水处理厂釆用先进的污水处理设备,厂区主体工艺釆用SBR处理工艺,经处理后的污水水质排放标准为《城镇污水处理厂—污染物排放标准》(GB189-182002)级排放B标。这个污水处理厂运行后,极大地改善了该攀西地区的水环境,对保护当地生态平衡具有十分重要的作用。该攀西污水处理厂厂区总占地面积40多亩,服务人口约为11万人(2020年),服务面积为813公顷。污水处理厂的处理系统包括:污水无害化处理系统、污水深度处理及回用系统、污泥处置系统,污水经处理达标后补给工业用水或排入附近河流。进入厂区的原污水和处理后出水的水质指标(《城镇污水处理厂污染物排放标准》一-(GB189182002)中级排放标准的B标准)见下表。 西南交通大学硕士研究生学位论文第42页-:rmm三麵标准I序号基项目■——rAmm8mm''1化学雷氣量《coo)50601001202生化需氣量ID2D30603悬浮iKSSJ102030904动植物^135205石油类135156明寓子褰面難_0.S125—一7总氣《以N计)15208费N>—:氣《以:>SC88<my2St30)计总璃2aBSpi2月3ia前纖勘i1.5359-(以P计)如0611曰__0.5135^月10色度(稀释儲it)3030405011PH6 ̄9— ̄‘"“— ̄? ̄12獎大晒群酣m)ir10m——1—Ii—--表51《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB189182002)污水处理工艺系统:污水无害化处理系统釆用的主体工艺为SBR污水处理工艺,处理工艺流程见下图。图5-1拳西某污水处理厂工艺流程图一一一一”进水_且格栅集水井Mfl格栅一^旋流沉砂池?集水井?SBR—?消毒出水^ ̄后续处理?集i井城市生活污水与工业废水经污水管网系统收集进入污水处理厂后:首先要经过粗,,可以去除比较细小的颗粒格栅栏截去除较大悬浮物及漂浮物;然后经过细格栅;再进入旋流沉砂池,去除废水中体积较大,密度也较大的无机颗粒:然后流入系统的污水集水井,再通过潜污栗的提升作用,将污水输送进入SBR的反应池,并釆用搅拌曙气机进行曝气充氧一,在经过上述的进水和曝气反应后,进入下个环节沉淀(沉降);沉淀池的出水再经过加氯消毒处理后回用或排放,剩余污泥静压后由SBR池排入污泥 西南交通大学硕士研究生学位论文第43页。SBR井,并且将污泥作为肥料加以充分利用紧接着系统进入闲置(静置或称待机)—状态8-2002。该污水处理工艺达到的目标为GB1891级排放B标。污水处理工艺特点:(1)工艺流程简单,组合式构造方法,利于废水处理厂的扩建和改造。(2)构筑物数量少、造价低:不需要设初沉地,也不需要二沉地,操作和管理更加简便。、快捷(3)出水水质好,强于单级好氧处理工艺。(4)占地少,能耗低,投资省,运行和管理都很方便。(5)依靠现代自动化控制技术,对操作管理人员素质要求较高。5.2应用结果本次实际应用是在充分了解该污水处理厂的实际运行情况的基础上,结合现场设备情况及设计的软硬件设施的具体情况,有针对性的将该污水处理厂进行了基于PLC和PROFIBUS的SBR污水处理工艺自动控制系统的改造,在污水处理厂的的极力配合下,实现了对该污水处理厂SBR污水处理工艺的全自动控制。该全自动控制系统最终实现控制室对现场设备的全自动控制及现场开关对设备的手动控制,不仅可以对现场的实时数据和历史数据进行监控与记录,而且组态界面能够清晰明了的显示出现场各个处理环节的情况,在确保污水处理系统工作可靠性与准确性的基础上,使得对整个系统的控制更加灵活的。5.3应用的意义本设计在攀西某污水处理厂的成功应用,充分的证明了本设计所具有的实际意义,更符合当前我国各个地方污废水处理系统的发展趋势,但是各个行业的技术都在随着经济的发展而不断创新、不断改进,作为更新换代更快的自控系统以及自控仪器仪表,各种新技术、新设备更是层出不穷,污水处理的自动控制系统也越来越需要与时俱进。污废水处理厂现场的各种设备、设施,在自动控制的时代会与上述的先进的技术产生更加紧密的联系。该设计在某种意义上讲,或许已经实现了与比较先进的技术、工艺、自动控制系统的结合,也可以认为是符合发展趋势,达到了目前污水处理控制系统领域的要求。 西南交通大学硕士研究生学位论文第44页结论为最大程度的提髙污水处理厂的出水水质,减少随机性因素对系统的影响;降低运行成本,减少劳力资源的投入;污水处理过程自动控制被投入到了越来越多人的研究中,其重要性可以从其的发展速度中体现出来。—本文通过对SBR工艺的发展,、控制研究现状及发展趋势等方面的介绍并结合国内外污水处自动控制系统的发展现状及研究趋势,找出了目前存在于污水处理自动控一+PLC的控制策略制系统中的些不足和问题,介绍了釆用PC,辅助运用现场总线进行通讯的自动控制系统。实现监控级组态显示现场设备状态、随时调参、记录历史数据和实时数据,控制级对现场设备的控制及信息传输,现场设备接收执行命令及回传现场数据等功能。本人经过设计分析总结:,可以得到以下几条结论(1)在进行控制系统设计中,运用PLC作为控制级,由于PLC所具有的诸多优、。势,使得系统具有了操作灵活、控制简洁节约人力财力等优点(2)由于PLC具有模拟量输入模块,可以为现场的设备提供更高效的输入信号,并将智能仪表的检测信号准确传输到监控设备。(3)现场总线技术可以用于自动控制系统与现场设备设施单元之间的信号数据传输,还可直接与带有合适接口的设备进行连接,整个系统因此更加的方便简洁。(4)利用VB6.0形成的人机交互界面更加的直观,方便用户的理解及操作。一步改进完善本系统尚存在不足之处,还需要进。相信随着工业控制技术的发展进步一二、污水处理工艺的进步完善,者结合产生的污水处理自动控制系统也会更加的完善。 西南交通大学硕士研究生学位论文第45页致谢一三年的研究生学习即将划上一个句号,而于我的人生来说却仅仅只是个逗号,是新的征程的开始。历时将近半年的时间,我终于完成了这篇学位论文,在这段充满奋斗的历程中,带给我无限的激情和收获。在论文的写作过程中遇到了许多的困难和障碍,在此我要一对我的论文指导老师表达我强烈的谢意欧阳峰老师,没有他对我进行了不厌其烦的悉心指导和帮助,为我进行论文的修改和改进,就没有我这篇论文的最终完成。在此,我向指导和帮助过我的老师们表示最衷心的感谢!同时,我也要感谢本论文所引用的各位学者的专著,如果没有这些学者的研究成,我将无法完成本篇论文的最终写作果的启发和帮助。至此,我也要感谢我的朋友和同学,他们在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材,也在论文的排版和撰写过程中提供热情的帮助!更要对我的设计提供应用的攀西某个污水处理厂,这才使得我的设计有了更加实际的意义!至此论文付梓之际,,我的心情无法保持平静,从开始选择课题到论文的顺利答辩、朋友给了我很多的帮助!有无数可敬的师长,在这里请您接受我诚挚的谢意最后,再次对那些在论文完成过程中,关心、帮助我的同学和朋友们表示衷心地感谢!金无足赤,人无完人。由于我的学术水平有限,所写论文难兔有不足之处,恳请各位老师和同学批评和指正! 西南交通大学硕士研究生学位论文第46页参考文献-1周雹.SBR工艺的分类和特点J..2001(2):3133[][]给水排水2刘芳荣J-[],孟霖华.SBR工艺特点及其应用发展[.科技信息科技前沿.]2008-(2)29303王国华..:[,任鹤云工业废水处理工程设计与实例[M北京化学工业出版社,]]20054陈东升,韩东宁,王洪臣.小城镇污水处理采用SBR工艺的控制系统[J.中国[]]给水排水.2006(4):76-5彭永__..93:291[],SBR法五大优点中国给水排水19,9(2)3[6]周锐锋.SBR工艺在城市污水处理厂的应用[J].环境保护与循环经济.53,5458’7高艳玲M.北京:],马达.污水生物处理新技术中国建筑工业出版社,2006[[][8]成官文.水污染控制工程[M].北京:化学工业出版社,20099吴凛云...2002,[],叶献方基于PCL的SBR法污水处理控制仪[J]石油仪器16(5):1310侯加全..[,张晓清城南污水处理自动控制系统设计[J]自动化与仪器仪表,]2005(1)11赵红忠,.SBR污水处理工艺及自动化控制J.电气传动自动化.[]秦小州[]2003,25(2)[12]高德欣,路永华.PLC在城市污水处理系统中的应用J].自动化与仪器仪[表.2003(2)13张可方.SBRJ.,张朝升,方茜法处理城市污水的脱氮除磷功效[]中国给水[]排水.2001(11)14孙利源.SBR及其改进型技术分析研究[J.能源研究与信息,2003(04)[]]15马培忠,于崇涛,孙好芬.SBR法的发展应用探讨J.青岛大学学报.2003,[][]-18(2):9397[16]余武,汪仁智.城市生活污水处理控制内容综述[J].世界仪表与自动化.(-200327.,79):2117Zhan.DesinofheconforsewareatmentbasedonCand[]g,JgttrolsystemSBRgetPL 西南交通大学硕士研究生学位论文第47页MCGS[A.2ndInternationalConferenceonAdvancedEngineeringMaterialsand]Technology(AEMT)C,Zhuhai,2012[]18YinYDesindIndustilPiComterMitoriControlSstemforg,.anraractceofuonn[]gpgySBRWasterwaterTreatmentA,InternationalConferenceonCommunications,[]ElectronicsandAutomationEnineernCXian,2013gig,[]19NieXi.TheExerimentalResearchonPhoshorusandNitroenRemovalin[]ppgTwo-stageSBRProcessbyAutomaticControl[J].JournalofJilinUniversity.200737(3-;P611614,)20WeixuanLi,YuzhuSun.Automaticmonitorinandcontrolsystemof[]g-ndindustrialsewagetreatmentA.2009AsiaPacificPoweraEnernineerin[]gyEggConferenceC,Wuhan,2009[][21]罗俊,黄东.废水处理监控系统的设计与应用[J].自动化与仪器仪表.2004(2)22王凯军,贾立敏.城市污水处理新技术幵发与应用M.北京:化工工业[][]出版社-,2001:1315[23]董国日,柳建设,周洪波等.釆用PCL实现废水处理工艺[J].电气时代.2003(12-):9293[24]蔡卫权,吴芳云,陈进福.SBR工艺运行控制战略研究进展J.环境科学动[]200-9态.1(1):161[25]需保欢.当代给水与废水处理原理M].北京:高等教育出版社,2000:[203-216,二26川朱武崔村燕,陈长綺.污水处理厂自动控制系统综述[J.环境工程.[]]2002(03)[27]陈澄,彭永臻,刘敏.SBR法处理生活污水时非丝状菌污泥膨胀的发生与?控制J.环境科学学报.2005,25(1):105108[]、28高景峰,彭永漆,王淑爱,曾薇.ORP、PH控制SBR法的脱[],隋铭暗以DO006-11氮过程.中国给水排水,21,):17(429CHENDonshenHANDonninANGHonchenAlicationof,,W.PLC[]gggggppControlSystemtoSBRProcessUsedinSmallTownSewageTreatmentJ.[] 西南交通大学硕士研究生学位论文第48页Ch-inaWater&Wastewater.2006,22(4):P717330HonJunmin,HonHuashen,JiaoWeidon.AlicationofPLC[]gggg;gpp-mAutocontrolSysteinASBR/SBRProcessforSlaughterhouseWastewaterTreatmenh-tJ].CinaWater&Wastewater.2005,21(8):P7173[3-1ChenJindonPanF.Deithntltewteertreatt,ensnecorossmofaswatmen[]gggyJ-.Automation&Instrumentation.2008236):P3336[],(32高大文,彭永療,王淑莹.利用ORP和H控制豆制品废水的处理过程J.哈[]p[]?尔滨工业大学学报.2003650,35(6):64733彭永臻,王宝贞,王淑璧.活性污泥法的多变量最优化控制:基础理论与DO[]?浓度对运行费用的影响J.环境科学学报.199818(1):1119[],[34]冯忠,陈湘闽.现场总线在污水处理厂控制系统中的应用[J].有色冶金设计与研究.2005,26(1)35]何志刚,阮鸿雁,PROFIBUS总线在城市污水处理自动控制系统中的应用[一J-.机电体化.2004(6):P7375[]36赵世伟.基于PROFIBUS现场总线的PCL与传动变频器间的通讯J.-[][]PCL&FA-.2005(3):P525437CuiGuanlian.AutomationControlofSBRWastewaterTreatmentBase[]ggon-ProfibusJ.Water&wastewaterenineerin.200329(11):P8487[]gg,-38HunX-iaoin,inixinheautomaiccontrolsstembasedona.Tt[]gpgQgQg,yPROFIBUSforthecitysewaetreatmentJ.AliedMechanicsandg[]ppMas--terial.2013:385386,85786139Liu--ZhuXuBaoiWeililicaiRearchofPROFIBUS,uo,Xon.Atonse[]ggppandLaBVIEWTechnologyinSewageTreatment[J].InstrumentTechniquesand-Sensor.2012,11:P8082[40]JinLei.RemoteMonitoringSystemofSewageTreatmentBasedonWirelessNetworkIntrthnu-Jsumen:.TeciesandSensor.2011,10P8486[]q--4-1LiJianinShiensuieisosalSsemseOnrofibusDPBus[].FSewaDtBaPpg,gpyJ].MicrocomuterInformation.2009,22:P52,53,11[paoe-s-es42ZhDhen,MaConuoAutomaticrocscontrolofwastewater[]gg,p 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页I..1:r,i 西南交通大学硕士研究生学位论文第51页附录2设计主程序辦:10.00.110.110.3M/HI()I11M0..110.0Q00()1I1IM0.110.100.1()1I1I10.310.2Q0.2^-H/Hh)IM0.110.210.3Q0.3/()1I||IIM0.111.110.4Q0.4/()IIIIHM0.111.1Q0.410.6Q0.6/()I1|1I1I1TiPWjT3710.60.5.5Q0Q/)11IMHT38M0.1T37IN1I1IPT—胸T38M01120.7.10.71.Q—//()|1II1|11T39M0.1T3811.0-HHMptH胸T39M0.111.0Q1.0-/HHh<)IM0.1T39T37IIII 西南交通大学硕士研究生学位论文第52页附录3通讯程序上位机PC与PLC建立连接,进行通讯的编程如下,本系统采用VB编程语言。程序;OptionExplicitOptioiiBase1PublicMyOPCServerAsOPCServerPublicWithEventsMyOCPGroupAsOPCGroupDimServerNameAsStringDimservenodeAsStringDimGroupNameAsStringDimItemIDs()AsStringDimItemNumbAsLongDimMyserverHandlesQAsLongDimMyClientHandiesAsLon()gDimErrorsQAsLongDimItemCountAsLongDimServerConnectedAsBooleanDimGroupAddedAsBooleanDimItemAddedAsBooleanDimiAsLongDimncountAsIntegerDimnItemValiie(20)AsVariantPrivateSubClassnitializeJ()=ItemNiimb20ReDimItemIDs20()""Se=rverNameOPC.SiinaticNETVVVVS^VVVVWVN^""Server=node192.168.50.115G'roupNamfgroupT"”=ItemIDslS7;S7connectionlMW2501()[_],''=ItemIDs2=S7S71MW254r:connection()[_3,""=ItemIDs(3)S7;[S7coniiectioa_l]MW258,1'='=MW262ItonIDs4S7;S7connectionlr(>[_], 西南交通大学硕士研究生学位论文第53页"“=MW2661言概IDs(5)S7:[S7coniiectioslJJ_"”=MW274ItemIDs6S7:S7connectionl1()[_]."=ItemIDs7S7:S7connectionlMW278i()[_].''^ItemIDs8=S7S7.0r:coanectioal|M60,()[_""ItemIDs9=S7tion.1:S7conneclM60C)[_IX''ItemIDsl0S7:S7coQnectionlM60.2,r(K[_]""=It?nIDsl1S7M60.;S7connectionl3J()[_J'ItonIDsl2S7:S7coimectionlM60.4广(K[_】:"'=ItemIDs13S7:S7connectioiilM60.5r()[_]."■‘It?nIDsl4^S7:S7connectioiilM60.61()[_J,'M"ItemIDsl5S7:S7coanectionl60.74<K[_l''ItemIDs16S7:S7connectionlM6L0:r(K[—】'M:Item.IDsCl7KS7:(S7coimection_lJ61.1,r''ItemIDsl8S7:S7coimecti<mlM61.2,r(K[_l''ItemIDs19S7:S7connectionlM61.3rK:([—]'"ItanIDs20S7:S7CGunedtionlM6lAl(K[},_=ItemAddedFalseacoun=t0W'VWwVvWAry/DimStaitOrstoAsBooleanpConnectServerNameAddGroupGroupNameAddItemsItemIDsItemNumb,S=tartorstopReadSyncWS*WWWiVW:ItemAddedTraeEndSubI T技^辦西南^^学^0wy位g一.nc,EM付录4SfS「1lJ厂1了广nJ「—1l真ss了g-「1厂11r!L「1了^.1Jl「了■1Uc1i了ssigIiHniri?WiiiiEisfbss?WiwsiJiI?I?fflIina23w二jiisw^iwviliiiiwisnsvs二i8wj§??ii^s§sm3s3101B—士¥?dr??S植90ss?1s^^tfitSssn3ssln??ls^rSiiAsssss32一儿r^?fsE_.s^^t1n2^U'