论文总字数：26082字

摘 要

目前我国水资源受到严重污染，而污水治理仍然存在治理成本高、出水水质不稳定等难题。AAO工艺是一种被广泛采用的微生物污水处理方法，是基于微生物降解原理对污水中具有的碳、氧、氮、磷、硫等复杂有机物进行处理，使之成为简单有机物，整个处理工艺具有成本低、处理效果明显等特点。本文针对AAO工艺污水处理过程，采用西门子PLC-300控制器进行自动控制系统的设计与实现。本文主要内容如下：

主要选用的仪表有超声波液位计、PH传感器、污泥浓度计以及DO传感器等，对污水中的有机物进行测量，动力设备有各类泵、鼓风机以及搅拌机等，起加药、搅拌作用，以西门子PLC为控制器，以工艺流程为依据，设计相应的控制系统，对各个流程进行控制，同时设计各环节的电路图。

在污水处理的控制方案选择中，设计曝气环节PID控制，PH分程控制，PH滞后的串级控制。在鼓风机、搅拌机这类大功率的设备工作时，使用变频器进行变频调速，节约了能源，同时延长了设备的使用寿命，降低了污水处理的成本。

选择WinCC作为上位机软件，设计了污水处理的总画面，单独设计了各个子环节画面，展现污了水处理的过程。原污水进水和处理水出水进行实时趋势的显示和记录，针对处理过程中提升池液位过高或过低设计报警，生化处理池中的PH、DO和温度等指标设计报警。对整个工艺过程中的PH、DO、温度等影响出水水质的因素都进行实时显示，保证出水水质达标排放。

关键词：污水处理 AAO工艺 PLC-300 PID控制 WinCC

Design of automatic control system of sewage treatment based on AAO Technology

ABSTRACT

At present, China's water resources are seriously polluted, and the sewage treatment is still a problem such as high cost of treatment, water quality is not stable and so on. AAO process is a widely used microorganism sewage treatment method that is based on principle of microbial degradation of wastewater with carbon, oxygen, nitrogen, phosphorus, sulfur and other complex organic compounds into simple organic compounds, and the whole process is low cost and obvious effect. In this paper, the design and implementation of the automatic control system of the AAO process sewage treatment process using SIEMENS PLC-300 controller. The main contents of this paper are as follows:

Instrument selection of ultrasonic liquid level meter, pH sensor, sludge concentration and dissolved oxygen sensor etc., of organic compounds in wastewater were measured, the power equipment has all kinds of pumps, blowers, and mixers, dosing, mixing effect, based on Siemens PLC as controller, to process as the basis, design corresponding control system, control of each process. At the same time, the circuit diagram of each link is designed.

In the control scheme selection of sewage treatment, the design of PID control, PH control, PH control, the cascade control. In the blower, mixer, this kind of high-power equipment, the use of frequency converter for variable frequency speed control, saving energy, while extending the service life of the equipment, reducing the cost of sewage treatment.

WinCC as the host computer software, the design of the total picture of the sewage treatment, a separate design of the sub image, showing the process of sewage treatment. The real time trend of the raw water and treated water is shown and recorded. The design of PH, DO and temperature in the biochemical treatment pool is designed to alarm for the high or low level of the tank level in the process. In the process of the whole process of PH, DO, temperature and other factors affecting the quality of the water quality are displayed in real time to ensure the discharge of water quality standards.

Key words:Sewage Disposal;AAO technology;PLC-300;PID Control;WinCC

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 论文的背景及意义 1

1.2 我国污水处理的现状与处理方式 2

1.3 课题主要研究内容 5

第二章 污水处理控制系统总体设计 6

2.1 AAO工艺介绍 6

2.1.1 AAO工艺原理 6

2.1.2 工艺主要建筑及用途 6

2.1.3 工艺应用 7

2.2 污水处理控制系统方案流程 8

2.2.1 污水处理工艺流程 8

2.2.2 工艺流程图 8

2.3 污水处理控制系统总体框图 9

第三章 污水处理系统硬件设计 10

3.1 系统硬件选型 10

3.1.1 仪表 10

3.1.2 动力设备 11

3.1.3 其他设备 11

3.2 变频器 12

3.2.1 变频器工作原理 12

3.2.2 变频器选择及特点 12

3.3 系统I/O分配 13

3.3.1 数字量输入地址分配表 13

3.3.2 模拟量输入地址分配表 14

3.3.3 数字量输出地址分配表 14

3.3.4 模拟量输出地址分配表 14

3.4 污水处理系统控制形式 14

3.4.1 西门子PLC 14

3.4.2 S7-300PLC硬件选择 14

第四章 污水处理系统软件设计 17

4.1 系统软件结构设计 17

4.1.1 控制方式 17

4.1.2 主要子程序控制设计 18

4.2 控制方案 21

4.2.1 曝气PID控制 21

4.2.2 PH分程控制 26

4.3 控制方案的PLC程序实现 27

4.3.1 提升泵程序及说明 27

4.3.2 PH调节程序及说明 29

4.3.3 鼓风曝气程序及说明 30

第五章 污水处理远程监控 31

5.1 WinCC组态软件 31

5.2 PLC与WinCC连接 31

5.2.1 变量管理 31

5.2.2 通信驱动程序 32

5.3 组态画面设计 32

5.3.1 主画面 32

5.3.2 子画面 33

5.3.3 报警画面 33

5.3.4 趋势画面 34

5.3.5 进出水指标 35

总结 37

参考文献 38

致谢 40

第一章 绪论

节约用水，人人有责。水是灌溉和哺育一切生灵生长的基础。尤其是对于我们人类，我们的日常生活都离不开水。如果人类没有了水，将比没有其他任何一种自然资源更加可怕。就全球总的水资源的量和分布，全球水资源大约占地球总面积的71%，但绝大部分都是位于两级冰川，人类无法直接利用，可利用的淡水资源更是少之又少。我们国家更是一个出于水资源严重匮乏的阶段，总的淡水资源量大约为2965000亿立方米，约占全球总水量的6%，位居世界第5位，但我们国家人口居世界第一，人均占水量仅为2143立方米，包括南方人均占水量达到3410立方米以上，北方人均占水量只有720立方米。而随着不断的发展，水污染越来越严重，因此污水治理变得刻不容缓。

1.1 论文的背景及意义

改革开放以来，我们国家基本发展路线秉着先发展经济，后治理环境的方针，长久以来，我们国家经济得到快速、稳步的发展，随着工业化进程的加快和经济的迅猛发展，自然资源的不合理开发和利用的问题越来越突出，造成了环境的污染，破坏了生态平衡，在水污染方面特别严重。对于我国这样自身淡水资源原本就十分短缺的更加严重，而且我国东西部发展巨大差距，我国将长时间出于水资源短缺的境况，这威胁着人民的未来生存环境。因此要合理的开发和利用水资源。本世纪初，多国领导人在荷兰海牙举行的第二届世界水论坛及部长级会议上一致签署了《海牙宣言》，主要问题就号召世界各国尽快动作起来，就怎么样正确的使用水资源以及如何对水资源采取有效的保护，确定各自目标、方法和措施进展。可以看出，用水危机已经吸引国际社会剧烈反响。

进入20世纪以来，随着工业发展和城市化进程的加快，水资源的短缺日趋严重，而水环境的质量却越来越恶劣，水污染已经成为人类必须面对的严峻问题之一。珍惜现有水资源对于我国实现可持续发展起到很大的作用，我们心里能够想到，动手能够做到珍惜水资源，不仅是实践更是观念问题。据部分报道指出，2011年我们国家的整个污水排放量为621.8亿立方米，包括56%来自生活污水，44%来自工业污水。城镇污水的处理能力约为1.3亿立方米，城镇污水处理率为74%，有30%的城镇污水直接排入受纳水体，还有相当数量的城镇污水排放不达标。我国政府已经加大了城市污水治理基础设施建设的投资力度，对于改善和提高城市区域水环境质量发挥了积极的、重要的作用。然而，高速的发展，我国的经济迅猛飞跃，伴随着水污染的严重性，这其中对于污水本身的错综复杂性、处理量庞大因素，以及传统的检测对于污水监测的设备存在参数检测困难、干扰因素较多以及大纯滞后性等特点，传统的手动的检测控制方式工艺方法已经无法满足，因此现代自动控制系统取代了传统的工艺流程，已成为确保污水处理厂安全、稳定、长时间优化运行的重要保证，探讨污水处理过程自动控制系统的功能、架构与实施方法具有重要的战略意义。

1.2 我国污水处理的现状与处理方式

现阶段我国城镇污水治理情况不容乐观，污水治理成本日益上升、污水处理效果不明显，自动化系统控制水平有限，污水治理的稳定性不高。我国目前城镇污水处理大多采用一级处理、二级处理和三级处理方式，四级处理应用不广泛，主要根据排放要求的不同采用相对应的处理方法。

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