论文总字数：17503字

目 录

1 绪论 - 1 -

2 国内外现状 - 1 -

2.1国内现状 - 1 -

2.2国外现状 - 2 -

2.3所存在的问题 - 2 -

3 本文目标及实施思路 - 3 -

3.1系统设计目标与相应功能 - 3 -

3.2处理工艺的选择及其控制要求 - 3 -

3.2.1SBR污水处理工艺 - 3 -

3.2.2该工艺对控制系统（PLC）要求 - 4 -

3.3PLC的选型及介绍 - 4 -

3.3.1可编程控制器（PLC）的选择 - 4 -

3.3.2S7-300 系列主要组成模块 - 4 -

3.3.3本系统中所使用的信号模块 - 6 -

3.3.4STEP7软件的介绍 - 6 -

3.4传感器的选择 - 6 -

3.4.1浮球式传感器（水位开关） - 6 -

3.4.2pH酸碱度传感器 - 7 -

4 污水处理系统软硬件分析设计 - 7 -

4.1系统中设备运行流程 - 7 -

4.2系统所需硬件及其电路图 - 8 -

4.3PLC硬件组态的搭建及设备的I/O表。 - 9 -

4.4PLC程序设计 - 12 -

5 结果及评论 - 15 -

5.1本系统所实现的主要功能 - 15 -

5.2主要功能的调试与仿真 - 16 -

5.3主要结果的评论 - 19 -

6设计总结 - 19 -

参考文献 - 19 -

致谢 - 21 -

基于PLC工业污水处理控制系统的设计

李世禹

，China

Abstract：According to the sewage treatment process requirements and processes, combined with the SBR sewage treatment method, designed a set of control program based on SIEMENS S7-300 series PLC. At the same time, the hardware structure and combination method, work flow and the principle and steps of designing PLC control system are explained. The application of this system can improve the quality of sewage treatment, reduce energy consumption, and improve economic efficiency. Through the simulation software provided by STEP7 to debug, the state acquisition and automatic control function of SIEMENS PLC to field equipment is detected, and it meets the requirements of the control program.

Key words: Sewage disposal, PLC, process flow, SBR method

1 绪论

人类文明的起源离不开水。随着人们对工业经济的追求，水的需求量也是同步增加。根据有关数据显示，我国淡水人均拥有量为2400多吨，与其他国家相比明显不足。在参与统计的150个国家中，我国排名110，处于水资源匮乏国家之列。中国的水资源布局极为不均，全国众多城市缺水，主要位于秦岭淮河以北，每人可以利用的水为240吨 [1]。我国水资源问题除了人均占有量少，而且其污染状况也令人担忧。国家在推行城市化建设的同时，对其周围的水域也造成了或多或少的破坏。虽然部分地区的污染得到了控制，但总体上还是持续加重的状态。解决好水污染问题，符合我国可持续发展方针。工业污水的处理已刻不容缓。

污水的产生主要与人类活动有关，最近几年随着城市的发展，工业项目持续开发建设，其产生的污水也在等比增加而且水的污染源也变的复杂起来。现今污水处理厂所使用的工艺已不能使处理后的污水达到工业要求的排放标准，未达标的污水排放到水系中会对其他正常的水资源造成巨大的污染，而且严重破坏了环境。为了减少此类问题,工业污水处理工艺的更新与换代就日趋重要了。污水的再利用是人们节约水资源最重要可行的环节。我们国家排放的废水中60%以上是工业污水。工业污水一般是指包含中间产物、生产用料的废水。工业污水比城市污水的整治的优先级更高。由于工业的生产工艺以及产物的不同导致产生的污水性质也各不相同，常见的有色污染、热污染、有机污染等。由于工业污水的水质及边界条件会根据生产工艺的变动而改变，导致了工业污水处理的技术要求提高。工业污水处理厂的现场环境一般较差，含有大量对人体有害的物质，污水处理设备运行周期长，为了保障操作人员的安全以及提升作业效率，污水处理所需的自控系统已成为各大处理厂所必备的设施。

污水处理厂的建设标准主要体现在节能与高度自动化。污水处理厂大多选用PLC作为控制核心设计自控系统，主要因为其稳定性以及自控技术的成熟。PLC设备的应用一定程度上减少了工业污水处理中的电能消耗。长期以来，能耗与运行成本问题成为了制约我国工业污水处理厂发展的关键，部分建成的处理厂由于此类问题一直不能持续生产，只能间歇性运行。污水处理厂运行效益的关键在于能否实现对能源的合理分配。现如今，主要厂家都在积极寻求能效高的处理工艺及其对应的控制设计。

2 国内外现状

2.1国内现状

我国面临的水资源问题在工业上主要体有两个，其一是水资源不足难以支撑工业的发展，另一个方面是工业污染问题严重。前者问题短期内并没有合适的解决方案，后者则可通过治理水体污染，最大程度上将污水变成可再次投入生产的状态。未来的数年，国家将对污水处理厂的建设增加投资和设立相应政策。在环保工程中,技术人员根据污水处理所需要的工艺结合已有的自控设备，设计出控制系统，从而促进产业升级。在水污染处理工艺突破的同时，就要求与其配套的自动化控制系统的出现。

由于特殊的国情，先发展后治理，虽然工业水污染问题在我国由来已久，但对水污染治理的问题起步较晚。早期，在七十年代，业内人士利用荒废的河道，水池建立稳定塘满足对污水预处理要求。到了八十年代国家开始注意到环保问题,并确立了一项与之相关的基本国策。另外国家还开展了一系列的治理工程，如“三河三湖”工程，国家政策及政府的力度使这些工程都起到了显著的治理效果。一时间污水处理厂的建设在全国推广起来。“八五”时期，各地政府对水体治理提出了新的要求，污水处理厂的建设达到历史新高。有关数据显示截止本世纪初，全国已有的大小污水处理厂超过800座，但远不及西方国家，与之相比治理水污染程度并不理想。按照“八五”、“九五”时制定的计划，国内污水处理厂生产工艺还是有不错的突破[2]。根据水污染治理在我国的进程来看，虽说国家对环保问题、处理工艺的研究相对国外较晚，但我国在这方面并不处于劣势。与国外的差距主要在自动控制系统和处理过程中的单元设备。目前我国大部分处理厂中的设备还不能实现真正意义上的自动控制，他们的自动控制主要体现在现场检测及部分设备上。根据治理水污染积累的经验，我们主要采用的解决方案:酸化水解好氧技术、SBR法和氧化沟技术等。随着新技术的开发与应用,我国工业污水治理水平已不再落后其他国家了。现如今，行业内已把积累的技术开始运用于新建的污水处理厂。

2.2国外现状

国外在上世纪中叶开始重视水体污染。随着二战的结束，各国都忙着城市的重建，恢复经济。大规模的工业工厂的建设使其周围的水体遭到破坏。欧洲各国考虑到水污染的带来的后果，立即着手建立相应的污水处理厂和铺设城市排水管线。这些基础设施在控制水污染问题上起到至关重要的作用。美国在七十年代加大了对污水处理的投资，这段时期建立投产的处理厂达18000座。英法德为首的欧洲发达国家也是花费了大量资金建立了8000余座工业污水处理厂。随着工业污水处理厂的建立与完善，欧美等国所承受的水污染压力明显减少。工厂积累了大量的水污染治理经验为后来的设备升级改良提供了参考。在污水处理行业中，做的最好的是美、日、欧等地区。其主要的成就在自控污水处理系统上以及理论和工艺的创新方面。起步早的西方国家拥有几十年的处理经验以及可靠的技术，使得污水处理率达到85%。此外一些意识超前的国家已在研究污水的再利用，如以色列就有高达90%的污水利用率。

目前，西方国家的污水处理厂主要可分为三类，其中应用最广泛的是活性污泥处理工艺,有些国家会在对此方法进行一些改进，比较知名的是克劳塞尔工艺。第二种主要是利用化学反应，通过消化/反硝化反应进行脱氮。还有一种就是通过生物法和沉淀法相结合的形式除磷。其中德国在这领域处理的水质最高，该国在除磷脱氮工艺上所掌握的技术与经验值得我们学习借鉴。

2.3所存在的问题

国内较大污水处理厂的控制系统的建立主要通过两种方式，一种是使用资金从德国、丹麦等国引进成套的污水处理自控系统以及与其配套的软硬件。另一种是通过学习、借鉴国外先进工艺和经验自行开发相应的系统。前者由于设备都是引进工艺成熟的国家。设备间的配合协作的比较好，可操作性强。虽然此类处理厂实现了生产流水线的自动化，净化后的水质也有保障，但一旦运行中出现故障，没有国外技术人员的帮助，这些故障都不能得到很好的解决。除此之外，处理设备更新速度快，需要花费的成本高。

制约我国污水处理厂发展的因素在于控制系统方面:自制与引进的都有，,手动与自动并存。有些处理厂虽说用的是国际上先进技术与原装进口的设备，但在技术上还不能做到消化吸收。那些个相对较小、使用自制系统的污水处理厂，由于使用准确性不高的仪表，导致设备运行不能按时到位，影响了出水质量。此外，在通讯和监护功能都存在着不足，影响处理的效率与经济效益。

部分采用自控系统的污水处理厂由于经费问题所使用的都是比较单一的控制系统，并不能对处理过程中的所有设备的运行状态进行实时监视与控制。另外，还有些处理厂只使用了一些基础的除污设备，如格栅除污机，完整的工艺要求具备粗细两种，只采用粗格栅除污机会使处理后的水质大打折扣。

3 本文目标及实施思路

3.1系统设计目标与相应功能

本课题主要对水污染处理中的一个工艺进行操作，即除去水中杂质，得到较为干净的水。本系统的核心是PLC控制模块，根据主程序，远程I/O程序和模拟量输入程序建立系统。来最大程度减少人员工作量，提高整套流程的自动化程度。通过传感器检测待处理水水质，未达到要求设备自行启动。主要的除污设备通过时间以及浮球式液位传感器来控制。

本系统主要执行四个步骤形成一个周期，即预处理，排水以及生化反应进行的曝气、沉淀。污水通过管道流向预处理设备，操作人员按下自动模式按钮即可，整套设备依照PLC中的程序运行，一个周期结束后，操作人员根据水质检测模块的结果决定净化后的水是排放进水系，还是排放至污水池再进行一次处理。

3.2处理工艺的选择及其控制要求

3.2.1SBR污水处理工艺

本设计采用的工艺流程如图3.1所示。流程图根据污水处理中SBR法的工艺中关键步骤绘制。一个流程包括预处理、曝气、沉淀、排水四个阶段。整个流程遇到紧急状况，都能自动有序的运行[3]。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17503字

相关图片展示：