污水处理鼓风机房分控站设计方案说明书(共14页).doc

《污水处理鼓风机房分控站设计方案说明书(共14页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《污水处理鼓风机房分控站设计方案说明书(共14页).doc（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上2014届课程设计PLC可编程控制课程设计污水处理鼓风机房分控站课程设计说明书学生姓名 夏伟康 李凯迪 学 号 所属学院 信息工程学院 专 业 计算机科学与技术 班 级 计算机14-1 指导教师 丛申 教师职称 讲师 塔里木大学教务处制目 录第一章 绪论1.1设计的背景与意义我国是个缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4。而且我国的水资源在时空和地域分布上的分布不均匀，更加重了实际的缺水情况。因此近些年来我国城市水资源进一步紧张，许多城市严重缺水。与此同时，水资源污染却日益严重，因此许多都城市规划和建设了自己的污水处理厂，来改变目前水资源紧缺且污染的现

2、状。我国城市污水处理事业是在80年代初逐步发展起来的，经过几十年的发展已经初具规模。但是，与国外同期的城市污水处理厂相比较，始终存在效率低、自动化程度低、能耗高且运行费用高等缺点。随着全球能源供应紧张和对自动化程度要求的不断增加，我国的污水处理厂必然向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前，PLC在其稳定性、高自动化程度的不断加强，使得PLC成为城市污水处理自动化方面1-3的首选。如今，我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段，不仅大城市，很多中小城市、铁道部各车站区，甚至发达地区的乡镇都开始修建污水处理厂。PLC控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点

3、，在工业控制中得到了越来越广泛的应用，在污水处理中也得到一定程度的推广。随着现代控制技术和计算机技术的飞速发展，PLC控制技术在污水厂中得到了广泛应用，使得整个污水处理过程实现了计算机监测、控制和管理4-6，以实现高质量、低成本、稳定可靠的运营方式。针对我国水资源现状呈不断恶化的态势，介绍现有的污水处理基本原理和技术，对新兴的污水处理理论和技术、污水治理方法做出评价。水体污染是指排入水体的污染物使该物质在水体中的含量超过了水体的本底含量和水体的自净能力，这些污染物质使水体的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值。治理污水的方法和技术的基本原理主要是分离、转化。设计系统应

4、用先进的工业控制计算机、可编程控制器、工业自动化组态软件技术、电力电子控制技术艺等，介绍了PLC在污水处理厂自动控制系统中的应用，通过PLC控制系统的配置和控制方式，和用PLC控制站和上位机组成的控制系统，从而实现污水处理整个过程的实时监测和自动控制。我们把污水处理厂这个大工程分为了取水泵房分控站、加氯系统分控站、加药系统分控站、预沉淀池系统分控站、沉淀池系统分控站、v型滤池系统分控站、鼓风机房分控站、交配电及送水泵房分控站。当然我们小组也只能为污水处理厂出一份薄力选择的鼓风机房分控站。1.2主要内容和预期目标（1）介绍了当前工艺技术，根据需要最终选择鼓风机型号，明确控制要求。通过系统设计方案

5、了解PLC控制系统的全部功能，控制规模，控制方式。 （2）针对污水处理的工业对象，分析其工艺流程和控制特点，根据其控制要求，完成基于PLC的污水处理鼓风机房控制的方案论证和设计，即PLC控制系统的硬件和软件设计。硬件设计部分，完成了PLC的机型选择，CPU的选择，数字量的选择和电源模块的选择。软件部分，通过污水处理的工艺流程，完成了流程图和梯形图的设计。最后要利用WINCC6.0组态软件设计进入系统的界面和鼓风机房设计流程图。（3） 由于我们要做鼓风机房分控站所以我们还应该先做好风机选型和风机可能出现的问题进行预测以及了解鼓风机可以实现的功能。并且在整个设计过程中还要了解鼓风机的性能。第二章设

6、计方案2.1鼓风机的功能以及会出现的问题预测和处理方法2.1.1风机选型污水处理厂常用的鼓风机有罗茨鼓风机和离心鼓风机，它们有其各自的适用性。1、罗茨鼓风机是容积式气体压缩机，其特点是：强制流量，在设计压力范围内，管网阻力变化时其流量变化很小；在流量要求稳定而阻力变化幅度较大的工作场合，可予自动调节，故工作适应性较强。与离心风机相比价格低，而它的噪音大，存在润滑油向气缸渗漏的缺点，同时其风量调节只能采用变频调速和出风管放气，变频调速设备本身的价格比鼓风机价格还要高，出风管放气则造成能量浪费，因此只适用于小型污水处理厂。2、离心鼓风机是速度型，较容积式风机具有供气连续、运行平衡，效率高、结构简单

7、、噪声低、外型尺寸及重量小、易损件少等优点。离心鼓风机又分为多级低速和单级高速，单级高速以提高转速来达到所需风压，较多级风机流道短，减少了多级间的流道损失，特别是可采用节能效果好的进风导叶片调节风量方式，适宜在大中型污水处理厂中采用。通过我们小组认真的讨论和分析最后决定选择了离心式鼓风机。2.1.2风量调节曝气池的需气量是不断变化的，气温也会引起气量的改变，为了节省能量，需要不断改变鼓风机的供气量以适应新的工况，这就是风量调节。鼓风机的风量调节有出口节流调节、进气节流调节、进口导叶片调节(过气预旋调节)和变速调节等方式，它们的主要特点是：1、出口节流调节是人为加大管网阻力的调节方法，会使整个装

8、置的效率大大下降。2、进气节流调节是通过改变进气阀门的开度来改变风机性能曲线达到调节目的。此法比出口节流的经济性好，而且节流后喘振流量向小流量方向移动，使风机可能在更大的流量范围工作，是一种简便常用的调节方法。3、进口导叶片调节是使气流产生预旋的调节方法，其效率较高，调节范围大，在避免鼓风机喘振、提高风机效率、实现自动控制等方面有明显优越性。但此装置结构复杂，特别是对多级风机来说，如每一级前都采用导叶片，则整个装置太复杂，如只对第一级采用导叶片，效果就不明显，所以此法有一定的局限性，只有在单级高速离心风机中使用效果最佳。4、变速调节是最节能的调节方法，但此法会使设备复杂化，而且造价高，适用于蒸

9、汽轮机、燃气轮机拖动的鼓风机，也可用于小型风机。目前常用的风量调节方法是进口节流、进口导叶片调节和变速调节。东郊污水厂和纪庄子污水厂均采用进口导叶片调节，无缝钢管厂污水处理工程则采用变速调节。通过调节鼓风机风量，可以节省大量电能,降低运行费用。2.1.3空气过滤为节省能耗、提高氧的利用率，目前污水处理厂曝气池大多采用微孔曝气器。这种曝气头的布气孔径为160m左右，所以进气必须经过过滤，以免堵塞微孔，一般要求通过的灰尘粒径小于2m，除尘效率95%以上。目前污水处理厂空气过滤设备的主要型式有静电除尘器和过滤式除尘器。1、静电除尘器利用电场产生的静电力使尘粒从气流中分离。静电除尘器内设置高压电场，在

10、电场作用下，空气中的自由离子向两极移动，当电压升高到一定数值后，会出现空气电离，尘粒向集尘极移动并沉积下来。静电除尘器对粒径12m的尘粒除尘效率可达9899%，与其它高效过滤器相比，静电除尘器的阻力比较低，但其结构复杂，设备庞大，一次性投资大。2、过滤式除尘器通过滤料(纤维、织物)使尘、气分离。灰尘在过滤器中的分离是依靠筛滤、惯性碰撞、接触阻留、扩散、静电等机理的综合作用，它具有除尘效率高、结构简单、投资省、运行稳定可靠等优点。2.1.4 喘振及防止方法 1. 喘振 在风机运转过程中,当流量不断减少到值时,进入叶栅的气流发生分离,在分离区沿着叶轮旋转方向并以比叶轮旋转角速度小的速度移动,这就是

11、旋转脱离。当旋转脱离扩散到整个通道,会使风机出口压力突然大幅度下降,而管网中压力并不马上减低,于是管网中的气体压力就大于风机出口处的压力,管网中的气体倒流向风机,直到管网中的压力下降至低于鼓风机出口压力才停止。接着,鼓风机又开始向管网供气,将倒流的气体压出去,这又使机内流量减少,压力再次突然下降,管网中的气体重新倒流至风机内,如此周而复始,在整个系统中产生周期性的低频高振幅的压力脉动及气流振荡现象,并发出很大的声响,机器产生剧烈振动,以至无法工作,这就是喘振。 从理论上还不能正确计算出喘振工况点,只能在性能测试时根据经验来判断是否进入喘振工况。 听测风机出气管道的气流噪音。接近喘振工况时,出气

12、管道中气流发出的噪音时高时低,产生周期性变化。当进入喘振工况时,噪音立即剧增,甚至有爆音出现。 观测风机出口压力和进口流量变化。正常工作时其出口压力和进口流量变化不大,当进入喘振区时,二者的变化都很大。 观测机体的振动情况。进入喘振区时,机体和轴承都会发生强烈的振动。 2. 防止方法 采用出风管放气。在出风管上设一旁通管,一旦风量降低至Man,旁通管上的阀门自动打开放气,此时进口的流量增加,工作点可由喘振区移至稳定工作区,从而消除了进气流量小、冲角过大引起失速和发生喘振的可能性。在采用进口导叶片调节风量时,随着工况变化,导叶旋转改变通道面积适应新工况的要求,从而避免气流失速,可有效防止风机喘振

13、。 2.1.5噪声控制 鼓风机的噪声对污水处理厂的环境影响非常严重,噪声的辐射主要通过风机本体,进、出风管和连接风道。据有关资料介绍,国外有的鼓风机房为减小噪音将鼓风机设在地下,而地上式鼓风机房室内设有吸音板,门、窗全部是密封的,其造价很可观。结合我国实际情况,针对风机组产生的各种噪声源,通常采取的措施有:消声、隔声、隔振和包覆。 消声 装设消声器是控制风机噪声的主要途径,消声器是一种阻止声音传播而允许气流通过的装置,可以大大减弱进、出风口辐射出来的噪声。东郊污水厂在进风廊道内两侧整个截面设有若干2 m多长的吸音板块,空气从板块间通过,降低了噪声。而纪庄子污水厂则在进、出风管道上加设消音器。

14、隔声和吸声 风机进、出风管加设消音器后,其风机壳体的辐射噪声仍对周围环境有较大干扰。在条件允许的情况下,可采取隔音措施,设置隔声室,在室内壁及天棚衬贴多孔性吸声材料,以消除机组产生的噪声。 隔振 振动是噪声的主要起源,风机组的振动会产生低频噪声,故减轻机器振动是控制噪声的治本办法。为此,风机的外壳材料宜选用铸铁,以增加设备自重与外壳厚度,减小自振。在风机进、出口处设置柔性波纹管减振接头,降低风机振动传递到风道上产生的辐射噪声,对于小型鼓风机可在机组的基础下加设减振器。 包覆 室外出风管道目前大多数设在地面上,实际运行中噪声很大,可将出风管全部设在地面以下,利用土层吸音或用隔音材料包覆管道。 通

15、过综合控制会使整个鼓风系统噪声减弱,达到规范的要求。 2.1.6 风机冷却 为改善鼓风机房运行管理环境,在选择鼓风机时需考虑鼓风机的冷却形式。目前常采用的冷却方式有水冷(如纪庄子污水厂)和风冷(如东郊污水厂)。通过运行发现,水冷虽然增加了冷却水系统,但运行环境良好;而风冷的鼓风机,热量直接排至室内,夏季室温高达40 以上,东郊污水厂只好在每台鼓风机上加设通风机及排风管道,影响了机房的环境。因此,鼓风机选型时宜选择水冷式。 2.2鼓风机房设计原理2.2.1设计举例东郊污水处理厂：规模m3/d，鼓风机房总风量m3/d，单机风量39000m3/d，4台风机3用1备。工艺流程：空气从百叶窗进入,经空气

16、过滤器、消声器进入鼓风机，升压后供曝气池。设计特点:1、百叶窗、过滤器、消声器均设置在进风廊道内，厂房与空气廊道设计为一体(如图)，这种布置形式结构紧凑，占地面积小,工艺管线短，有利于消声和减 小阻力。2、为保证检修鼓风机及更换滤袋时不间断供气，在进风廊道中间部位设有一密封门，将风道分成两部分，正常运行时，中间密封门打开，检修时密封门关闭单侧工作。3、为保证风道结构安全和风机运行曲线正常，在风道两测设减压门，以保证风道内压降小于150mm水柱，因风机进口负压过大，风机运行工况将偏离设计值，高于此值时，减压门自动打开，空气进入降低压差。4、溶解氧与进风导叶片的自动控制在曝气池设置溶解氧探头，测得

17、的溶解氧值输入PLC，经过逻辑运算后，调整进风导叶片的位置，达到节省能耗的目的。其工作程序是：计算机首先确定DO值逐一调整曝气池的进风阀。使各池的气量协调算出曝气池的总气量与鼓风机供气量的差值调节鼓风机的导叶片。鼓风机供气量的调节范围是30%10O%，如几台鼓风机的导叶片均调至3O%后，供气量仍大于需气量，则关闭一台鼓风机。5、设计所选择的鼓风机带有两套油泵，一由主轴带动,一为辅助油泵。风机起动时，先开辅助油泵，当主轴转动正常后，辅助油泵停机由主油泵洪油，只要主轴转动则供油不停。这种供油方式可避免由于突然停电而造成轴瓦烧坏，保证高速风机安全运行。2.3我们的设计方案首先我们要了解鼓风机房分控站

18、负责采集CASS池水质数据，以及搅拌系统、滗水系统、曝气系统设备状态的采集和设备的控制。除此之外还要控制好风量风速的大小因此我们提出了以下的初步设计思路和方案。首先画出了鼓风机房分站的流程图如下所示鼓风机房分控站流程图我们根据流程图设想在鼓风机房配置3台离心式鼓风机，鼓风机的主要功能是对氧化沟进行曝气增加氧化沟的溶解氧浓度，其运行状态可以在中央控制室监视。可手动控制，由现场操作箱来实现各泵的启停；也根据DO仪表的的测量值送入PLC经过进一步处理运算后通过以太网传输到中控室进行自动控制。并且根据流程图我们制作出了初步的原理图如下所示 鼓风机房控制原理图2.4控制结构的软件设计2.4.1plc程序

19、设计本系统采用STEP7编写程序。网络通讯南工业以太网组成，故采用TCPIP通讯协议。在污水处理中最重要的是如何控制生化池溶解氧DO的含量，根据经验，曝气生物池中溶解氧浓度维持在20mgL时滤池中的生物活性最大，处理效果最佳。这就需要现场采集DO值并反馈给PLC，从而控制鼓风量大小，所以要控制放空阀，硬件配置如图所示 鼓风机房分控站的硬件组态第2步组态完硬件模块后，分别下载到PLC。然后进行网络组态，组态好的网络如图所示。网络组态图第3步组态全部完成后就可以进行程序编程了，建立一个子功能块进行编写第一个子程序放空阀的控制然后再用主程序块调用子程序，程序梯形图如下所示子程序块主程序块第四步是对程

20、序进行调试和运行看有没有出现错误如果出现错误再进行修改和调试，修改和调试的运行图如下所示 调试运行图2.5 WinCC6.0监控界面的设计利用wincc6.0真实地反映了现场设备的状态，能够方便地通过对组态画面上的可控设备进行操作。监控系统部分画面如图 第三章 总结如今，我国污水处理事业迎来了高速发展的阶段。PLC控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点，在工业控制中得到了越来越广泛的应用，在污水处理中也得到一定程度的推广。本文是对污水处理厂的鼓风机房进行控制处理的方案说明书，在硬件设计中，完成了PLC机型的选择。在软件设计中，通过工艺进行了流程图和

21、梯形图的设计。PLC的运用实现了生产过程的自动控制，减轻了操作工的劳动强度，高可靠性的PLC，以较低的成本实现工业污水处理系统的自动控制，可靠性高，节省人力，物力、财力，达到最佳控制效果。污水处理系统应用PLC控制达到了设备的自动监视和控制，使出水指标稳定，满足了工艺要求。在此次设计中充分利用了所学的专业基础知识，专业理论知识，通过在图书馆和网络上查阅资料。由于时间以及自己的能力有限，这次的设计中难免会有一些遗漏和不足的地方，希望老师批评指正。参考文献1李金城.PLC在城市污水处理中的应用J.自动化与控制, 2005（1）:1542都志民，明立雪.PLC在污水处理过程中的应用M.济南：山东出版

22、社20063杨帆.基于PLC的污水处理控制系统 J. 武汉化工学院电气信息学院,2004（1）:47-504黄维菊.污水处理工程设计M.北京：国防工业出版社20085栗小宽.PLC技术在中小型污水处理厂的应用J.科技创新导报,2008（2）:1136崔新胜.PLC控制系统在污水处理系统中的应用J.甘肃科技，2009，25（1）:21-227陈金华.可编程技术及应用M.天津：天津大学出版社20088高钦和.可编程控制器应用与设计实例M.北京：人民邮电出版社20049何庆泉.PLC控制系统在污水处理中的应用M.深圳：化学工业出版社200310吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用M.北京：机械工业出版社200411黎一强.PLC技术在生活污水处理及回用系统中的应用J.自动化技术与应用，2008， 27（8）:123-12512高德欣，路永华.PLC在城市污水处理系统中的应用M.青岛：山东出版社2006专心-专注-专业