1、5.2 控制变量清单 85.3 PLC选型 105.4传感器选型 106控制系统程序设计及调试 106.1编程软件 106.2控制系统总流程图设计 117程序的调试 14结束语 14致谢 15参考文献 15附录： 16 1引言油类是人类重要的生活必需用品，也是最重要的能源和工业原料，在石油产量激增的同时，油类开采、加工、应用等过程中的泄露和排放对环境的污染也日趋严重。油类污染物对生态环境和人体健康的危害已引起人们的关注，含油污水的治理方法和技术也是当今社会的热点问题。因此，建立高度自动化的污水处理厂是解决污染问题的有效途径。PLC作为一种新型的工业控制器，以其通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展
2、方便、性能价格比高等一系列优点，在工业控制中得到越来越广泛应用，在污水处理中也得到一定程度的推广。本文介绍的PLC控制系统用于含油污水处理，可以对粗隔栅、细隔栅、水泵、液位、一些开关量的输入/输出点等一些量进行控制，从而实现含油污水处理的自动化。2污水处理厂设计要求2.1 含油污水处理设计原则（1）本设计方案严格执行国家有关环境保护的各项规定，废水处理后必须确保各项出水水质指标均达到国家规定的废水排放要求。（2）针对本工程的具体情况和特点，采用成熟可靠的处理工艺和设备、尽量采用新技术、新材料，实用性与先进性兼顾，以实用可靠为主。（3）处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地，以适应水质、水量的变
3、化。（4）管理、运行、维修方便，尽量考虑操作自动化，以减少劳动强度。（5）节省工程费用，减少占地面积和运行费。（6）本处理工艺流程要求耐冲击负荷，有可靠的运行稳定性。2.2 污水水质分析在选之前参考了各种各样的含油污水处理厂,后来取样的参数主要以福建莆田湄洲湾炼油厂的含油污水处理为例,该厂的进水及出水指标如表1所示:表1 含油污水进水及出水指标明细表 单位:mg/L项目BOD5CODcr浮油乳化油溶解油进水水质10204510080018515处理后的水质指标要求=5=10=15=8=3备注BOD5：指1升废水中的有机污染物在好氧微生物作用下进行的氧化分解所需消耗的溶解氧量，也称生化需氧量。C
4、ODcr：指用强氧化剂使被测废水中的有机物进行氧化时所需消耗的氧气量。废水中有机物BOD5 /CODcr 0.65，说明废水中可生化性较好，宜采用运行费用低且处理效果好的生物法。在具体形式的选择上，应考虑其含油浓度高的特点，优先选择厌氧化，其次是好氧化，但厌氧化产生沼气，不利于油厂严格的防水要求，固优先考虑好氧法，这样可以同时去除掉复杂的有机物2。含油污水主要来源于油田开采、炼油厂、石油化工厂的排水等。本项目的主要特点是：污水以油类有机污染物为主，可生化性较好。重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标。油类物质在废水中通常以三种状态存在3：（1）物质在废水中分散的颗粒较大，粒径100
5、m,称为浮油。在含油废水中。这种油占水中总含油量的60%80%，是废水中的主要部分，这种有易于从废水中分离出来。（2）油品在废水中分散的粒径很小，呈乳化状态，称乳化油，不易从废水中分离出来。（3）小部分油品呈溶解状态，称溶解油，一般溶解的油在水中的质量浓度约为5mg/L15mg/L。3含油污水处理系统设计方案3.1曝气池生物滤池法（BAF） 含油废水的处理方法很多，物理法有：重力分离法、过滤法、膜分离法等；化学法有：化学氧化法、吸附法、磁吸附分离法等；生物化学法有：好氧活性污泥法、接触氧化法、氧化糖法等4。但含油废水成分比较复杂，地层差异及钻井、加工等工艺不同等原因，油分含量及油在水中存在的形
6、式也不相同且多数情况下常与其他废水相混合，因此单一方法处理往往效果不佳。同时，因各种方法都有其局限性，在实际应用中通常是两三种方法联合使用，使出水达到排放标准。含油污水中，主要污染物为烃类、可溶性有机物以及氨、氮等少量无机物。本文主要设计目的是除去废水中的含油污染物，因此生物处理法为首选方案。曝气生物膜法（Biological Aerated Field, BAF）是生物处理的生物膜法的一种，它最早是由法国CGE（Compagcine Generele dex Eanx）公司所属的OTV（Lomnium de Fraitements et valorization） 公司开发的，主要用于污水中
7、有机物的降解，而且对氨、氮的去除效果也较好5。BAF是一种运行可靠、自动化程序高、出水水质好、抗冲击能力强和节约能耗的新一代污水处理革新新工艺，在欧美、日本等地已有数千座大小各异的污水处理厂采用该技术，在国内，结合我国的实际情况，BAF技术也逐步得到推广。曝气生物滤池法可以分为多种形式，其中BIOFOR型是比较常见的一种；BIOSTYE型是目前应用较多的另一种形式且构造比BIOFOR简单；而BIOCARBONE型则属于早期的应用型式，其缺点是负荷低、纳污能力不变、运行周期短等6。综合考虑，含油污水去油处理选用BAF的BIOSTYE型最经济实用。3.2 BAF法处理含油污水它是把生物接触氧化与吸
8、附过滤两种工艺过程整合在一个构筑物中，它通过废水长期以滴状洒布在块状滤料的表面形成生物膜，并通过栖息在生物膜上的微生物摄取废水中的有机物作为营养，从而使废水得到进化。进入生物滤池的废水必须通过预处理，去处悬浮物、油脂等能够堵塞滤料的污染物质，并使水质匀化稳定。油类物质在废水中通常以浮油、乳化油和溶解油三种形式存在，因此，污水要先经过过滤、除浮油、除乳化油，再到生物滤池除溶解油。选用BAF法完全符合污水水质状况、出水要求以及污水处理厂的设计原则。当BAF法运行到一定程度时，由于滤料上增厚微生物膜的脱落，出水中会带有部分脱落的微生物膜，使出水水质变差，这时必须关闭进水管阀门，启动反冲洗水泵，利用储
9、备在清水池中的处理出水对滤池进行反冲洗7。反冲洗采用气水联合冲洗的方式，其顺序为：先单独气洗，然后单独水洗。通过反冲洗手段。既提高生物量、生物活力和和生物氧化能力，又可以将截留在滤料上剩余污泥、脱落的生物膜、悬浮物等按时冲洗干净，不断更新，省去了后置的沉淀池。3.3含油污水处理工艺流程本文介绍的含油污水处理采用BAF法污水处理工艺，按如下步骤周期性进行生化反应。进水除乳油除乳化油除溶解油排水含油污水与一般的生活污水相比较，其特点是含油量高且有机物含量更高。对于含油污水常采用隔油去除悬浮态油，继之气浮去除乳化油，最后生化去除溶解态油和绝大有机物8。经过这几步处理的污水已达到排放的标准从污水流入到
10、排水结束算做一个周期，工艺流程如图所示，基本操作运行程序如下鼓风机出水图（2）污水处理工艺流程式进水：进水阀门打开污水通过粗隔栅过滤，经过水泵，然后经细隔删过滤到细集水池。集油：当隔油池左部分液位或气浮池液位满时，启动集油机并开始抽油。反冲洗：排水一个小时后，关闭进水阀门，开始反冲洗 溶气罐：由于乳化油易黏附于气泡上，会随气泡一起上浮，故废水用水泵加压后，在泵后注入压缩空气，在溶气罐内将空气溶解在水中。溶气罐的工作压力不宜过高，一般在24atm之间。本设计用模拟量来控制减压阀开和关，当溶气罐内的压强达到2atm时，开启减压阀。当溶气罐内压强达到4atm时，即溶气罐所能承受的最大压强时，减关闭空
11、气压缩机。4 PLC含油污水处理系统设备控制要求4.1PLC含油污水处理控制系统构成整个系统由输入、PLC、输出设备组成。PLC为整个系统的控制核心。PLC污水处理控制系统框图如图3所示。图（3） PLC污水处理控制系统框图4.2PLC污水处理系统设备控制方式（1）自动模式 一般情况下，所有的机械均在自动模式下工作，PLC将运行已经设置好的程序和参数。（2）手动模式 此模式主要是针对测试或出现故障时适用的，在出现故障的情况下，可强制停止程序在当前状态。（3）报警模式 当反应进行一个周期时，开始报警，警示进入下一循环。4.3设备控制原理（1）格栅及皮带运输机格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀
12、门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的设备。格栅过滤出来的悬浮物用皮带运输机带走。粗格栅除污机由时间间隔来控制其开或者停。一般开10min，停1h。1#皮带运输机在粗格栅运行5S后开机。（2）斜板隔油池隔油池是用自然上浮法分离去去除含油废水中可浮油的处理构筑。斜板式除油池是根据浅池沉淀理论设计出来的9。池内设波纹斜板，间距2050mm。水流向上，油珠上浮，属异向流分离装置。在波纹内分离出来的油珠沿波纹板的峰顶上浮，而泥渣则沿峰底滑落到池底。斜板隔油池分离的最小油珠粒径可达60m，废水在斜板隔油池的停留时间一般不超过30min，能够大大地减少除油池的容积，而且单位池容的分离面积也得到提
13、高，油水分离的效果也大大提高了。（3）溶气罐气浮法广泛应用于含油废水处理，含油废水经隔油池处理后，只能除去颗粒径大于60m的油珠，小于这个粒径的油珠具有很大的稳定性，不易合并变大而上浮，但由于油类物质都是疏水的，因此乳化油易黏附于气泡上，随气泡一起上浮。废水溶气气浮法是将全部废水用水泵加压，在泵后注入压缩空气，在溶气罐内，将空气溶解在废水中（4）气浮池通过减压阀将废水送入气浮池，这时溶解在水中的空气就成了过饱和状态，以极微小的气泡释放出来并黏附废水中的乳化油或悬浮物而浮出水面，在水面上形成浮油，用集油机清除浮渣并排出。（5）BAF生物滤池BAF有两个基本操作阶段：过滤阶段和反冲洗阶段。在过滤阶
14、段，废水通过设在滤池底部的布水系统均匀布水后，从滤池底部向上流经过滤层，于此同时，曝气布水系统将压缩空气也由滤池底部均匀进入，此过程成之为曝气；滤料表面的生物膜利用形成的溶解氧，将废水中的有机物、氨氮等污染物质进行氧化降解，同时将废水中悬浮物等吸附截留在滤层中，废水经过生物膜处理后，由滤池顶部出水渠排出。随着滤层中生物量和截留物逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小，滤池水头损失逐渐加大，当达到一定值时或因生物膜老化使滤层局部堵塞将会形成沟流时，需要进行反冲洗。5 PLC选型及资源分配5.1 PLC I/O分配表名称变量描述分配地址1#皮带运输机（粗隔栅）运行Y000手动/自动选择X000运输机故障X0
15、012#皮带运输机（细隔栅）Y001X002X0031#集油机（斜板隔油池）Y002X004故障X0052#集油机（气浮池）Y003X006X007空气压缩机Y004X010X011排泥阀（斜板隔油池）开Y005关Y006开到位X012关到位X013X0141#液位计（斜板隔油池）高液位报警液位X015低液位报警X0402#液位计（溶气罐）高液位报警液位状态 X016X0413#液位计（气浮池）高液位报警液位状态X017X0424#液位计（生物滤池）报警液位状态X020曝气机Y007X021生物滤池进水阀Y010Y011X022X023故障信号X024生物滤池出水阀Y012Y013X025X0
16、26X027生物滤池反冲洗进水阀Y014Y015X030X031X032生物滤池反冲洗出水阀Y016Y017X033X034X035滤池鼓风机Y020X036X037提升泵站提升泵开启Y021X043溶气减压阀Y022关闭X044X045X0465.2 控制变量特性序号名称 变量特性11#皮带运输机（粗格栅）ON/OFF22皮带运输机（细格栅）31集油机 （斜板隔油池）42集油机（气浮池）运行状态56排泥阀 （斜板隔油池）789故障信号 1011125.3 PLC选型根据系统的I/O点数，并考虑富裕量及今后系统的扩展升级和工艺控制等问题，本系统设计选用三菱公司的FX2N-38MR型PLC作为主
17、机，FX2N-38MR型PLC是 三菱公司的典型产品，具有功能强大、处理速度快、容量大等优点，属于高性能小型机，系统I/O总点数为49点，输入点数为31，输出点数为18点，配置扩展单元后可增加I/O点数。5.4传感器选型连杆浮球式液位开关 （SFS-2）：一种基于自重原理工作的液位开关。当浮球受液体浮力作用而随液位上升时,浮球向上移动后压缩弹簧,并快速启动微型开关,输出相应触点,以调节液位10。范围：2001000mm，温度：40400，输出：1 SPDT。6控制系统程序设计及调试6.1编程软件编程软件采用三菱公司为其生产的PLC开发的编程软件SW0PC-FXGP/WIN-C Versinon
18、2.11。6.2控制系统总流程图设计开始 开启提升泵房提升泵开启空气压缩机开启曝气机10分钟到否？一小时到否?Y关闭1#、2#运输机开启1#、1#皮带运输机N隔油池高油位报警？隔油池低油位？关闭1#集油机开启1#集油机溶气罐压强4atm?溶气罐压强2atm?关闭空气压缩机开启减压阀气浮池低油位？气浮池高油位报警？关闭2#集油机开启2#集油机24小时到否？开始反冲洗结束生物滤池反冲洗程序流程图:开始关闭清水进水阀门，鼓风机停止反冲洗，开启曝气生物滤池进水阀门关闭进、出水阀门开启反冲洗进水阀门20分钟20分钟到否？开启鼓风机进行气洗注:所有设备均处于自动状态下7程序的调试将各个输入输出端子与实际控
19、制系统的水泵开关、电磁阀门、液位开关等输出等对应相接，即完成硬件的安装。鉴于学校实验设备有限，未能将本系统设计的PLC梯形图全部进行调试，只能在实验箱上部分模拟仿真。在实验连线时，INPUT0INPUTn分别与X0Xn相对应，OUTPUT0OUTPUTm与Y0Ym相对应。用实验箱上的按钮或元件（如灯、喇叭等）代替输入输出。特别是传感器输出及A/D转换模块，可以直接用一个数字量代替A/D转换结果。所有定时参数均改为较短的时间。 下载PLC程序时，先将PLC设定为Stop状态，存储容量参数改为2K，这样下载程序较快。把PLC拨到Run,开启软件监控，即可在线调试运行。结束语由于本系统设计采用可编程
20、控制器PLC作为含油污水处理自动控制系统的控制核心，使该污水处理控制系统具有适应污水水质，操作方便，维修简单，运行可靠，且便于更改、扩充和升级等优点。对于实际的污水处理厂，可事先设定好几套程序，可根据污水进水水质及出水水质指标，安排好用哪套程序，且下载程序方便，这样操作灵活，运行费用小。本文PLC污水处理控制系统设计的最大遗憾是：鉴于学校实验设备有限，未能将本系统设计的PLC梯形图进行模拟调试，所以系统软件设计的可行性未能得到实践证明；鉴于系统建设资金庞大，本系统设计还停留于理论上的方案设计和验证，本次设计尚待检测、实践。PLC 系统的采用同传统的人工控制污水处理厂相比，不仅大大提高了污水处理
21、的质量，使排放有害物的量大大减少，而且创造了良好的社会效益；由于采用 PLC 自动控制操作人员的工作量大大减少，其劳动强度亦随之大为降低； PLC 系统应用于污水处理厂，在工艺、设备仪器仪表及管理上采用了现代化高新技术，极大地推动了本行业、本地区的科学进步，创造了明显的社会经济效益。致谢大学的生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心帮助过我的同学，他们在我的成长过程中给予了我很大的帮助。本论文能够顺利的完成，我要特别感谢我的指导老师洪清辉老师。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从方案的修改和确定，中期检查，后期详细设计，程序编写等整个过程中都给予了我悉心的指导和不懈的支持。本文的污水处理工艺也是在洪老师的帮助下，经过多次讨论和比较才确定的。其次，我还要感谢一起做PLC论文的各位同学，正是他们的帮助，让我克服了一个个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。最后也感谢各位负责答辩的老师给予的批评和指导。参考文献1 求是科技。PLC应用开发技术与工程实践M。北京：人民邮电出版社，2005。302336。2 陈国华。水体油污染治理J。化学工业出版社，2002。
