污水处理厂自动化监控系统设计样本.doc
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1、 污水解决厂自动化监控系统设计摘要随着人民生活水平提高和可持续发展战略需要,污水解决越来越受到社会注重。污水解决既可以起到环保作用,又可以实现水重复运用,节约水资源。为了提高污水解决质量和效率,同步节约人力、物力,设计一套自动化监控系统是十分必要。本文简介了中小型污水解决厂自动化监控系统整体设计方案。本污水解决厂设计采用倒置A/O解决工艺,设计解决污水规模为4万吨/天。整个监控系统分为三某些:一是现场数据采集某些,完毕数据采集功能;二是现场控制单元,分现场控制柜和PLC站,现场控制柜重要完毕手动控制,PLC站重要完毕数据解决、自动控制及通讯功能;三是上位机监控某些,重要监视现场各工艺流程运营状
2、况并实行远程控制功能。本文以工艺流程为线索,简介了系统总体设计方案、各PLC站设计、重要参数监测、通信网络和上位机监控界面开发。核心字:可编程逻辑控制器,自动化控制,组态软件AbstractWith the improvement of living standards and the needs of sustainable development,sewage treatment has aroused much attention of the society.It can play a role in environmental protection,and Can deal with
3、 water reuse to conserve water resources.In order to improve the quality and efficiency of sewage treatment,and save manpower and raw materials,designing an automatic monitoring system is very necessary.This thesis introducing the overall design plan of middle and small scale Sewage treatment plants
4、automatic monitoring systems.Sewage treatment plant uses invert A/O processing technique and conducts sewage treatment 40,000 tons per day.The whole supervisory system consists of three parts.The first part is field data collection,which completes the data acquisition function.The second part is sce
5、ne control unit.It is divided into two parts-scene control cubicle and the PLC station.Scene control cubicle mainly completes the task of hand control;PLC stands mainly competes the tasks of data processing,automatic control and communication.The third part is superior monitoring.The main function o
6、f it is to monitor the operation of various technical processes and implement remote control.This thesis introduced the overall project design,the design of each PLC station,the monitor of key parameter,the sequence of technical process,communication network and PC monitoring software.Keywords: Prog
7、rammable Logical Controller,Automatics Control,Soft Panel. 目 录1 绪论11.1污水解决国内外发呈现状11.2课题意义及背景21.3课题研究内容31.4 章节安排42 工艺流程简介52.1 污水解决指标52.2 污水解决基本工艺办法72.3 本系统采用工艺简介72.3.1 倒置A/O工艺简介82.3.2 本系统工艺流程93 控制系统方案设计103.1 污水解决自控系统难点103.2 设计原则113.3 设计思想113.4 系统构成123.4.1 系统构造图123.4.2 各单元功能描述124 控制系统硬件设计144.1 仪表系统144
8、.1.1 仪表选型原则144.1.2 本系统重要仪表154.2 PLC01站设计154.2.1 粗格栅154.2.2 提高泵房164.2.3 细格栅174.2.4 沉砂池184.2.5 氧化沟184.2.6 二沉池194.2.7 污泥回流泵房194.2.8 鼓风机房204.2.9 消毒出水池204.2.10 控制柜设计214.3 其她PLC站设计304.4 中央监控室314.5 数据通讯系统314.5.1 以太网简介324.5.2 工业以太网在本系统应用345 控制系统软件开发355.1 PLC编程355.1.1 编程软件355.1.2 PLC编程365.2 上位机监控画面设计425.2.1
9、组态软件简介435.2.2 组态王6.52在本系统中应用456 总结与展望536.1 总结536.2 对将来研究展望53参照文献55道谢56附录571. 绪 论随着经济高速增长,水需求在不断增长,而地球上水资源却在萎缩。可运用水源特别是都市周边水源污染等因素使得水资源缺少和水体污染己经成为各国面临严峻问题。水污染导致了巨大经济损失,水资源短缺制约了经济可持续性发展。水资源缺少将是21世纪人类面临最大挑战之一,如何更好地减少水污染以及污水回收运用,已经成为科学家们研究课题。1.1污水解决国内外发呈现状美国、日本、西欧等某些发达国家,较早实现了工业当代化,环境问题特别是水资源污染严重性也较早显现出
10、来。19世纪以来,经济发达国家相继浮现了环境污染和社会公害问题。这些国家政府高度注重,投入了大量人力、物力、财力进行污水解决研究,建设了大量污水解决厂【1】。美国是当前世界上污水解决厂最多国家,平均5000人就有1座,其中78%为二级生物解决厂;英国共有解决厂约8000座,平均7000人l座,几乎所有是二级生物解决厂;日本都市废水解决厂约630座,平均20万人l座,但其中二级解决厂及高档解决厂占98.6%;瑞典是当前污水解决设施最普及国家,下水道普及率99%以上,平均5000人1座污水解决厂,其中91%为二级生物解决厂。这些国家经验表白,大力兴建二级污水解决厂对改进水体卫生状况起了很大作用。这
11、些国家在研究水解决新理论和工艺同步,也注重污水解决自控系统研究,先后投资研究高效型、智能型、集约型污水解决设备和自动化控制仪表。某些发达国家通过几十年努力,污水解决率已经达到了80%,成功解决了来自于都市和工业水污染问题。同步某些国家开始注重污水回用,如以色列污水回用率达到了90%。水资源短缺是国内基本国情之一,国内人均水资源占有量只有世界人均水平四分之一,解决水资源短缺问题就必要对污水进行解决和再运用。国内当前都市污水解决率还相称低。据记录,当前全国年排污量约为350亿立方米,全国超过80%都市污水未经任何有效收集解决就直接排放到附近水体。全国90%以上都市水域受到不同限度地污染,近50%重
12、点城乡集中饮用水源不符合取水原则。近年来,各地不断发生水体污染影响生产、生活事故。近年来国家和地方政府对污水解决事业也越来越注重,先后启动了治理“三河三湖”工程,获得了明显效果。记录,全国城乡污水解决率为25%,依照建设部“到中华人民共和国城乡污水解决率要达到60%”规划目的,到“十一五”末,中华人民共和国将需新建1000座污水解决厂,全国城乡污水集中解决能力将达到10000万立方米/日左右。然而,同发达国家相比,国内都市污水解决事业无论数量、规模、普及率还是机械化、自动化限度,都存在着较大差距。1.2课题意义及背景国内污水解决事业起步较晚,当前还处在发展阶段,对水解决研究,特别是自动化控制设
13、备方面研究远远落后于发达国家。前几年国家环保总局曾对国内55个都市5000多套工业废水解决设施进行了大规模调查。成果表白,运营效果好和比较好只占24%,而建成后没能运营或解决能力达不到设计能力一半设施竞占63.8%。可见国内污水解决技术仍处在较低水平。此外,国内经济发展水平还比较低,资金匮乏,投资力度局限性等诸多因素,导致当前发达国家大批水解决公司大举进军国内水解决市场。国内某些都市污水解决厂全套引进了国外设备和技术,虽然获得一定效果,但所有引进国外技术存在如下问题:1.引进费用昂贵;2.维护费用昂贵,维护不以便;3.没有结合国内国情;4.不利于培养国内有关专业工程技术人员。为了变化国内污水解
14、决技术现状,中央政府、关于决策职能部门和研究机构都倾注了较大注意力,非常注重开展这方面研究。国家自然科学基金列出专项,支持开展污水解决厂自动控制系统研究。因而,对于国内这样一种污染严重、水资源短缺国家,研制出一批能满足排放规定、解决效果好、运营费用低、国产化限度高且自动化水平较高污水解决控制系统对国内经济发展具备重大现实意义。为更好贯彻国家环保基本国策和可持续发展战略,改进都市环境,增进经济发展,投资兴建污水解决厂十分必要。本文以此对污水解决厂自控系统进行了研究。1.3课题研究内容本课设计应用先进工业控制计算机、可编程控制器、工业自动化组态技术、电力电子控制技术以及网络通信技术等,结合污水解决
15、厂特点,设计出运营状态和参数可以自动检测和自动控制、具备自动故障应急解决能力并且具备网络通信能力高性能、高可靠性污水解决厂自动化监控系统。本文研究内容涉及如下几种某些:1)理解污水解决工艺,分析各设备在污水厂地理位置分布及控制特性,拟定总体控制方案。2)自动控制系统控制柜设计及各工艺段控制程序开发;3)上位机监控软件开发;上位机人机界面采用北京亚控公司组态王6.52开发,与西门子PLC、进行数据通讯,完毕数据采集、解决、监督及控制功能。1.4章节安排1.绪论,简介了污水解决国内外发呈现状,课题意义、背景及研究内容等;2.简介了污水解决工艺流程;3.简介了控制系统总体设计;4.简介了控制系统硬件
16、设计;5.简介了控制系统软件设计;6.对全文进行了总结并对课题将来研究前景进行了展望。2. 工艺流程简介2.1污水解决指标为了表征废水水质,衡量污水解决系统效果,国家规定了许多水质指标。水质指标重要涉及温度(T)、悬浮固体浓度(SS)、氧化还原(ORP)、化学需氧量(COD)、硫化氢浓度(H2S)、溶解氧(DO)、混合液悬浮固体浓度(MLSS)、酸碱度(PH)、有毒有害有机污染物、细菌总数、总大肠杆菌数等。下面将重要简介悬浮固体浓度(SS)、氧化还原(ORP)、化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)、酸碱度(PH)等几种惯用指标【2】。理解这些指标有助于全面掌握污水在物理学、化学和生物学方面特性
17、,并掌握污水解决流程和其最后办法。1悬浮固体(SS)悬浮固体是水中未溶解非胶态固体物质,在条件适当时可以沉淀。悬浮固体可分为有机性和无机性两大类,反映污水汇入水体后将发生淤积状况,其含量单位为mg/L。2氧化还原(ORP)ORP是英文Oxidation-Reduction Potential缩写,它表达溶液氧化还原电位。ORP值是水溶液氧化还原能力测量指标,其单位是mv。它由ORP复合电极和mv计构成。ORP电极是一种可以在其敏感层表面进行电子吸取或释放电极,该敏感层是一种惰性金属,普通是用铂和金来制作。参比电极是和PH电极同样银/氯化银电极。3化学需氧量(COD)化学需氧量(COD,chem
18、ical oxygen demand),是指在酸性条件下,用强氧化剂将有机物氧化为CO2和H2O所消耗氧量,单位为mg/L。当以重铬酸钾为氧化剂时,化学需氧量表达为CODCr;当以高锰酸钾为氧化剂时,化学需氧量表达为CODMn。与BOD【3】相比,COD能在较短时间内,较精准地测出废水中耗氧物质含量,而不受水质限制,但它不能像BOD那样表达出微生物氧化有机物量。在都市污水解决分析中,惯用BOD5/COD比值来分析污水可生化性。可生化性好污水BOD5/COD0.3。4溶解氧(DO)溶解氧是指溶解在水里氧量,普通记作DO,用每升水里氧气毫克数表达。水中溶解氧多少是衡量水体自净能力一种指标。它跟空气
19、里氧分压、大气压、水温和水质有密切关系。在20、100kPa下,纯水里大概溶解氧9mg/L。有些有机化合物在喜氧菌作用下发生生物降解,要消耗水里溶解氧。如果有机物以碳来计算,依照C+ O2= CO2可知,每12g碳要消耗32g氧气。当水中溶解氧值降到5mg/L时,某些鱼类呼吸就发生困难。水里溶解氧由于空气里氧气溶入及绿色水生植物光合伙用会不断得到补充。但当水体受到有机物污染,耗氧严重,溶解氧得不到及时补充,水体中厌氧菌就会不久繁殖,有机物因腐败而使水体变黑、发臭。5酸碱度(PH)酸度和碱度是污水重要污染指标,用PH值来表达。普通生活污水呈中性或弱碱性,工业污水多呈强酸或强碱性。普通污水PH值均
20、在6.59,当PH9都会影响生物解决,并对混凝土和金属有腐蚀作用,这时需要进行污水预解决并对解决设备进行防腐蚀解决。5温度(T)废水温度过高而引起危害叫做热污染,废水温度过高,使水体溶解氧浓度减少,相应含氧量随之减少,另一方面,水温升高会导致生物耗氧速度加快,促使水体中溶解氧更快耗尽,水质迅速恶化。因而必要控制废水温度,普通废水温度控制在35以内。2.2污水解决基本工艺办法污水解决就是采用各种技术与手段,将污水中所含污染物质分拜别除、回收运用,或将其转化为无害物质,使水得到净化。当代污水解决技术,按解决限度划分,普通分为三级解决:一级解决,又称物理解决,重要是去除污水中呈悬浮状态固体污染物质,
21、通过一级解决后污水,可去除50%左右悬浮物,BOD普通只能去除30%左右,达不到排放原则。二级解决,又称生化解决,它是都市污水解决厂核心,重要去除水中呈胶体和溶解状态有机污染物。经二级解决后,BOD去除率可达90%以上,污水中BOD值可降至20.30mg/L,有机污染物达到国家规定排放原则。三级解决,又称深度解决,目在于进一步去除二级解决未能去除污染物质,其中涉及微生物未能降解有机物和氮、磷等可以导致水体富营养化可溶性无机物质【4】。生物法具备净化能力强、费用低廉、运营可靠性好等长处,是污水解决6重要办法,在污水解决领域中占有重要地位。国内现阶段都市污水解决以生物法为主,以物理法和化学法为辅。
22、以生物法为主解决工艺重要有活性污泥法、A/O法、A/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、及DAT-IAT法等。2.3本系统采用工艺简介国内是世界上最大发展中华人民共和国家,经济实力还比较薄弱,因而某些流程长、投资大、管理复杂污水解决工艺并不适合国内国情。因此,设计应用适合国内国情简捷、高效、实用污水脱氮除磷工艺即A/O工艺是都市污水解决厂首选。2.3.1 倒置A/O工艺简介A/O艺,是当前较为流行具备一定代表性污水生物脱氮除磷技术。该工艺生化某些由厌氧(A1) 、缺氧(A2) 、好氧(O)三池构成。形成所谓A1/A2/O布置形式。通过近年系统研究,证明了该工艺不但在脱氮除磷【5】效果
23、方面优于常规A/O工艺,并且工艺流程见(图2.1)更为简捷;图2.1 倒置A/O工艺流程图倒置A/O工艺特点是:1)缺氧区位于工艺系统首端,优先满足反硝化反映对碳源需求,强化了解决系统脱氮功能,避免了回流污泥携带硝酸盐对厌氧释磷不良影响,也使所有回流污泥所有经历完整厌氧释磷与好氧吸磷过程。2)聚磷菌通过厌氧释磷后直接进入生化效率较高好氧环境,在厌氧状态下形成吸磷动力可以得到充分运用,提高了解决系统除磷能力。3)将常规A/O工艺污泥回流系统与混合液回流(好氧混合液与缺氧混合液)系统合二为一构成了唯一污泥回流系统,工艺流程大大简化,不但便于运营管理,也使投资与运营成本大大下降【6】。2.3.2本系
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