武汉理工大学毕业设计（论文）
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。
进水系统 除砂系统 氧化沟系统 沉淀系统 污泥脱水系统 图1-1 污水处理系统基本组成示意图
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，氧化沟是污水处理系统中最重要的环节，因此控制量较多，控制过程较复杂，包括转碟曝气机和潜水搅拌机，污泥回流系统主要有污泥回流泵构成。氧化沟的功能是对污水进行生化处理，分解污水中的有害物质，使其达到一定的水质标准，其中，转碟曝气机是关键设备，在氧化沟中设置有溶解氧仪对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈到PLC的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。潜水搅拌机的作用是推进水流，同时使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈的搅拌状态，使他们充分混合接触。使活性污泥的生化反应更加充分，这样才能最大程度地分
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解污水中的有害成分。污泥回流系统的污泥回流泵将剩余的污泥及使用过的污泥进行处理，该设备的运行与停止主要根据泵房内液位传感器的状态，当液位低于某个值时停止回流泵的运行；当液位持续高于某个高位时，回流泵停止运行同时输出报警信号；液位处于正常状态时，回流泵正常运行。
4）沉淀系统。沉淀系统主要设备为刮泥机，其功能是对进行氧化沟处理后的污水进行物理沉淀，将污泥和清水分离，刮泥机在整个系统启动后就开始持续运行。
5）污泥脱水系统。污泥脱水系统主要包括离心式脱水机，其主要功能是对氧化池中处理过污水的活性污泥进行脱水处理，由于对污水进行处理后，活性污泥中有新的微生物及其他杂质，因此需要先对活性污泥添加一定量的药物，便于污泥脱水。离心式脱水机主要有聚合物泵、污泥机和切割机构成，以上设备按照顺序控制的方式启动，依次启动聚合物泵、污泥机和切割机，完成对污泥的脱水处理。
1.2 系统工作原理
污水处理系统的电气控制系统总框图如图1-2所示，PLC为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。
模拟量输入 图1-2 电气控制系统总体框图
变频器 传感器输入 操作面板 PLC 执行设备 在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停控制，其工作过程如下。
1）接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。
2）运行粗、细格栅机，间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环进行。
3）根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行与停止。
4）进水泵房中的潜水泵根据液面高低进行运行、停止及运行数量的控制。
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5）转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行与停止。
6）污泥回流泵的运行与停止根据液面的高低进行控制。
7）在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。
启动离心式脱水机 否 启动污泥回流泵 图1-3 污水处理系统工作示意图
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启动潜水搅拌机和刮泥机 根据设定程序时间歇启动粗、细格栅机 分离机 同步 变频器 转碟曝气机 氧化沟溶解氧 反馈 采集液位数据 液位传感器 P LC 及采集液位差数据 液位差计 其扩溶解氧仪 潜水泵房液面是否低于设定值 否 启动潜水泵 是 停止潜水泵 液位差是否 超过设定值 否 停止清污机 污泥回流液面是否低于设定值 是 启动清污机 采集液位数据 液位传感器 是 停止污泥回流泵 武汉理工大学毕业设计（论文）
2 系统硬件设计
以上介绍了污水处理系统的机械结构及其相关设备，根据其工作原理和控制系统的功能要求，本节主要介绍如何设计污水处理系统的控制系统和所需的各种硬件设备，在此控制系统中的核心处理器是PLC，其主要输入和输出量主要为数字量，只有一组模拟量的输入和输出。
2.1 PLC的I/O配置
根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行配置，具体分配如下所示。
2.1.1 数字量输入输出部分
在此控制系统中，所需要的输入量基本上都属于数字量，主要包括各种控制按钮、旋钮、传感器输入及过载保护输入，共有49个数字量输入，如表2-1所示。
表2-1 数字输入量地址分配
输入 地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 急停 手动方式 自动方式 自动启动确认 手动粗格栅机启动 手动1#清污机启动 手动1#潜水泵启动 手动2#潜水泵启动 手动细格栅机启动 手动2#清污机启动 手动分离机启动 手动1#转碟曝气机工频正转启动 I1.4 手动2#转碟曝气机工频正转启动 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 手动1#转碟曝气机变频启动 手动2#转碟曝气机变频启动 手动潜水搅拌机启动 手动刮泥机启动 7
输入设备 输入 地址 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 I4.0 I4.1 I4.2 I4.3 I4.4 输入设备 细格栅液位差计 进水泵房液面高位传感器 进水泵房液面中位传感器 进水泵房液面低位传感器 污泥回流泵房液面高位传感器 污泥回流泵房液面低位传感器 粗格栅机过载 细格栅机过载 1#清污机过载 2#清污机过载 1#潜水泵过载 2#潜水泵过载 I4.5 1#转碟曝气机过载 I4.6 I4.7 I5.0 I5.1 2#转碟曝气机过载 分离机过载 潜水搅拌机过载 污泥回流泵过载