基于PLC的船舶生活污水处理系统的仿真与设计与实现船舶电子电气工程专业.docx

摘要随着全球经济的快速发展，世界各国对海洋环境保护的日益重视，航运业对海洋环境的影响逐渐进入人们的视线，船舶航运业的防污染工作己被提到日程上来。本文从船舶生活污水处理角度出发，通过分析比对不同处理装置的优劣性,选择能够广泛应用于大部分船舶的装置类型，根据所选处理装置类型，对实际船舶生活污水处理过程加以分析，结合PLC控制技术，对污水处理过程中己有的工艺方法加以优化设计，使处理装置能够在满足污水处理工艺的同时，提升系统的处理效果，并最终实现污水处理系统的自动运行控制。最后结合仿真技术，运用通讯手段，设计开发出一套污水处理仿真系统，模拟出实际船舶的污水处理工作过程。成果表明，所设计的污水处理的自动控制符合实际船舶污水处理的运行工况，仿真系统界面友好直观、操作性强且PLC控制运行可靠，对船舶生活污水处理系统的日后发展和研究上有一定程度的参考价值。关键词：船舶；生活污水处理；PLC5自动控制；仿真ABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftheglobaleconomy,moreandmoreattentionhasbeenpaidtothemarineenvironmentprotectionintheworld.Theimpactoftheshippingindustryonthemarineenvironmenthasgraduallycometopeople'sattention.Thepollutionpreventionworkoftheshippingindustryhasbeenputontheagenda.Thisarticlefromtheperspectiveofshipsewagetreatment,advantagesanddisadvantagesofdifferentprocessingdevicesthroughtheanalysisofthecomparison,selectioncanbewidelyusedinmostoftheship,sequipmenttypes,accordingtotheselectedtypeoftreatmentdevice,theactualshipsewagetreatmentprocessanalysis,combinedwithPLCcontroltechnology,tooptimizethedesignofthesewagetreatmentprocesshassomeprocessso,processingdevicecanmeetthesewagetreatmentprocessatthesametime,enhancethetreatmenteffectofthesystem,automaticoperationcontrolandfinallyrealizethesewagetreatmentsystem.Atlast,asimulationsystemofsewagetreatmentisdesignedanddevelopedbymeansofcommunicationtechnology,whichsimulatestheprocessofsewagetreatmentofactualships.Theresultsshowthattheautomaticcontrolofsewagetreatmentdesignconformstotheactualoperatingconditionsofshipsewagetreatmentsimulationsystem,friendlyinterface,strongoperationandPLCcontroloperation,withacertaindegreeofreferencevalueforshipsewagetreatmentsystemondevelopmentandresearch.Keywords:ship;domesticsewagetreatment;PLC;automaticcontrol;simulation第1章引言11.1 研究目的与意义11.2 国内外研究现状1第2章船舶生活污水处理工艺的设计32.1 船舶生活污水处理的各种工艺流程32.1.1 生物法32.1.2 物化法32.2 船舶生活污水处理方案的选择4第3章船舶生活污水处理系统的设计63.1 小型污水处理控制系统设计要求63.1.1 技术要求63.1.2 动力设备73.1.3 设计要求73.2 小型污水处理控制系统程序图83.2.1 程序流程图83.2.2 主电路设计93.2.3 交流控制电路设计93.3 小型污水处理控制系统硬件软件设计103.3.1 可编程控制器控制电路设计103.3.2 输入输出口分配113.3.3 可编程控制器控制程序设计133.3.4 梯形图13第4章系统仿真20第5章总结21参考文献22基于PLC的船舶生活污水处理系统的仿真与设计第1章引言1.1 研究目的与意义随着中国对节能减排工作的高度重视，积极引入市场机制，加大投资力度,污水处理能力快速增长，污水处理设施对污染物减排的贡献率不断提升，对污水处理的系统要求也越来越高。世界上任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民的生活得到进一步改善，尤其在工业革命之后，各国经济飞速发展，全球大量的不可再生资源(例如石油)被利用。如果这些污水无净化排出必定会给周围环境造成很大的污染。目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水城市有50个。水资源的匮乏和水资源的污染已经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了全国的经济建设和发展。特别是我国北方城市，如北京、天津、沈阳等城市水资源更为短缺。在这种情况下，污水更加不能随便外排，而是要净化之后合理利用。随着淡水资源的日益短缺和需水量的不断增加,许多缺水城市和地区无新的水源可开发利用,污水的回收和再用己成为解决水资源短缺的有效措施之一。如今我国正处在经济高速发展的时期,城镇化的步伐加快，城市污水排放量增大,在这种背景下，合理地开发适合城市综合污水处理的技术和工艺，建设符合我国具体情况的污水厂自动控制系统不仅能降低污水处理成本，还能维护生态环境。而且对人类社会和经济具有深远的历史意义及现实意义。1.2 国内外研究现状国外现状：一些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，对污水的处理更先进一些，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力进行污水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早就实现了网络控制，如DCS、FCS系统。同时国外较早的SCADA技术引入到了给排水工程当中，并取得了良好的经济效益与社会效益。意大利开发出一系列在线水质监测控制仪，美国艾姆科(EMICo)工艺公司1996年成功开发了多元组合式智能型一体化生活污水处理装置，美国米顿罗(MIDUNRo)公司也相继开发了一系列在线监测控制仪等，荷兰大学开发成功计算机控制内循环式水解生化塔。由于这些水处理设备自动化程度、智能化程度相当高，能连续稳定运行，所以达到令人满意的水处理效果。国内现状：随着工业的发展，我国主要污水处理设备及配套没备基本实现了国产化，并逐步形成了系列化、规模化，如用于不同条件下的过滤设备、气浮选、压力除油、液一液旋流除油等除油处理设备、药剂投加设备等。水处理的自动化程度有了提高。过滤处理、污泥脱水、气浮装置、加药装置等实现了PLC集成面板自动控制；流量、液位、以及悬浮周体含量等水质指标也实现了实时在线监测。水处理更加重视工艺和化学的有机结合。水处理剂的品种增多、效能提高。近些年来，随着科技的飞速发展，我国各大中型企业纷纷对污水处理技术进行了更新换代。崭新的污水处理流程线，世界先进水平的处理设施，都表明了我国污水处理行业正在从最初的品种单一、规格低下、规模小、水平低、质量不够的水平逐渐向多样式、复合结构、大规模、高质量、高要求的方向发展，我国的污水处理技术水平在已基本满足国内的需求情况下，逐渐开始转型污水处理出口，行业发展速度之快居于世界领先水平。其中，PLC控制系统作为一项先进的技术也逐渐应用于污水处理系统中。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便。程序可变，一方面采集数据，一方面进行信息的监控处理，强大的联网功能使得PLC通信更加方便，利用PLC这种“集中管理、分散控制”的特点，可以实现中控室中央监控，可以实现现场生产线自动化流水作业，也可以构建大型集散控制系统。我国发展了适合我国国情、高效、低耗和低成本的污水处理技术。第2章船舶生活污水处理工艺的设计2.1 船舶生活污水处理的各种工艺流程由于船舶生活污水主要含有的是有机物，所以应当参照城市生活废水的处理工艺进行设计，才能完成达标，目前，国内外船舶生活废水处理技术多种多样，按其处理方法原理可分为生物法（活性污泥法、生物膜法和膜生物法）、物化法（混凝沉淀及吸附过滤等）、电化学法。下面对各种处理方法做一简单介绍：2.1.1 生物法一、活性污泥法：活性污泥法就是以活性污泥为主体，利用好氧菌氧化分解废水中的有机污染物质的废水处理方法。在充氧条件下，活性污泥通过混凝、吸附和氧化分解作用，使有机污染物去除或降解，从而使废水得到净化。活性污泥法处理废水的主要构筑物是曝气池。活性污泥法目前被污水处理厂广泛使用，作为污水处理的核心设施，因为该方法较为成熟，使用经验丰富，所以大多数装置运行效果较好。二、生物膜法：好氧生物膜法包括生物滤池、生物转盘等，其主要特征是在设备或构筑物中设置供微生物聚集的载体。在充氧的条件下，由微生物构成的生物膜附着在载体上，将废水中的有机污染物吸附、分解、合成，最后氧化为无害物质O此方法占地面积比活性污泥法少,产生污泥量少,减少了污泥处理的压力，所以近年来被新建的污水厂广泛采用。三、膜生物（MBR）法：膜生物反应器（MBR）是一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型水处理技术，以膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：处理效率高、出水水质好，在很多情况下出水可作为再生水直接使用；设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单。目前膜生物反应器己应用于美国、德国、法国和埃及等十多个国家，规模从6m3d至13OOOm3d不等。在我国，MBR同时应用于生活污水与工业废水处理的研究。这些研究结果都表明：MBR对各种高浓度有机废水与难降解废水的COD,NH3-N,SS,浊度等都达到良好的去除效果2.1.2 物化法一、混凝沉淀法：在水处理中，向水中投加混凝剂以破坏水中胶体颗粒的稳定状态，在一定水力条件下，通过胶粒间以及其它微粒间的互相碰撞和聚集，从而形成易于从水中分离的絮状物质的过程，成为混凝。在船舶废水的处理中，混凝可去除水中的浊度、色度、某些无机或有机污染物，如油、硫、神、镉、表面活性物质、放射性物质、浮游生物和藻类等。混凝过程的药剂可分为混凝剂、助凝剂两大类。混凝剂包括两类：一类是无机盐类，如铝盐和铁盐；二是高分子混凝剂，如聚丙烯酰胺等。助凝剂包括三类：一是酸碱类，如石灰等；二是混凝核心类，如二氧化硅、活性炭、各种粘土、沉淀污泥等；三是氧化剂类，如氯、臭氧等。混凝剂、助凝剂及其它药剂的选择，应根据被处理水的工艺实验，或参照类似被处理水的运行经验来确定。二、吸附过滤法：纤维活性炭(ACF)是一种新型吸附材料,对