基于PLC的污水处理系统控制系统设计.pdf

DoI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 1 7 基于 P L C的污水处理系统控制系统设计 苏东升 青岛恒逸物业管理有限公司， 山东青岛 2 6 6 1 0 9 摘要研究 了基于西门子P L C 的污水处理控制系统的设计。利用西门子P L C 在编程操作及环境适应性等方面的优势，设计了此 控制系统。首先，在掌握污水处理工艺的基础上，完成了污水处理系统的总体布局规划，包括各种实际的硬件控制线路 、 开关 量及各种输出设备的安排等；其次，运用 S T E P 7 一 Mi c roWI NV 4 ．0 以及S I M A T I CWi n C Cfl e x i b l e 2 0 0 7 软件完成了控制系统的软 件程序及触摸屏控制程序的编写；最后，完成软硬件的组态工作。实验室演示结果证明了设计的正确性。 关键 词P L C；污水处理 ；Wi n C C fl e x i b l e 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 3 1 0 40 0 6 5 一o 4 Th e De s i g n o f S e wa g e Tr e a t me n t Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n P LC S U Do ng s he n g Q i n g d a o H e n g y i P r o p e r t y Ma n a g e m e n t L t d ，Q i n g d a o 2 6 6 1 0 9 ，C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s pa p e r ，t h e d e s i g n o f t he c o n t r o l s y s t e m t h a t b a s e d o n S i e me n s CPU 2 2 4 XP PL C s e wa g e t r e a t me n t wa s s t u d i e d． Ba s e d o n t he a d v a n t a g e s i n o p e r a t i o n a n d p r o g r a mmi n g a n d t h e a d a pt a b i l i t y t o t h e e nv i r o n me n t o f S i e me n s S 7 2 0 0 P LC．t h i s c o n t r o l s y s t e m wa s d e s i g n e d．F i r s t l y， o n t h e b a s i s o f ma s t e r i n g t h e wa s t e wa t e r t r e a t me n t p r o c e s s ， t h e g e n e r a l p l a n o f t h e s e w a g e t r e a t me n t s y s t e m wa s c o mp l e t e d， wh i c h i n c l u d e s t h e a r r a n g e me nt s o f t h e a c t u a l h a r d wa r e c o n t r o l ， c i r c u i t s wi t c h a n d v a r i e t y o f o u t p u t de v i c e s ．Se c o n d l y， S TEP 7一Mi e roWI N V4．0 a n d t h e S I MAT I C W i n CC fle x i b l e 2 0 0 7 s o f t wa r e we r e u s e d t o c o mp l e t e t h e p r o g r a m o f c o n t r o l s y s t e m a n d t h e writ i n g o f t h e t o u c h s c r e e n c o n t r o l pr o g r a m． F i n a l l y， t h e c o n fig u r a t i o n o f t h e s o f t wa r e a n d h a r d wa r e we r e c o mp l e t e d ． Th e c o r r e c t n e s s o f t h e d e s i g n Was v e rifie d b y l a b o r a t o r y s i mu l a t i o n d e mo n s t r a t e s ． Ke y wor d s PL C；s e w a g e t r e a t me n t ；Wi nCC fle x i b l e 0 引言 水资源的重要性促进了人们对其 的开发和 利用 ，与此同时 ，水资源的短缺与需求量增大 之 间 的矛 盾 也 日趋 尖锐 ，各 国政府 不仅 出 台大 量有益于解决水体污染的法律法规 ，而且加大 了在防 治水体 污染 以及 治理水 污染 上 的资金 和 技术支持u 。P L C以其通用性好 、可靠性 高 、编 程控制方便 、安装方便等特点得到了广泛的应 用。控制方法一般都为P I D控制 ，模糊控制逐渐 也应用到控制 系统 中。在污水处理 的研究上 ，建 立的数学模型一般都与实际数据存在误差 ，而且 在节能上与国外相比还有一定的差距，触摸屏的 应用也较为鲜见。本文将 P L C [6 - 8]等控制系统以及 触摸屏i9 - 10 1监控系统的技术应用在污水处理系统的 设计中，并与其他生物、自然学科的知识相结 合 ，对 于提升污水处理能力 、促进污水的循环再 生利用将有极大的帮助。 1 污水处理工艺设计要求 污水 处 理工 艺 如 图 1 所示 ，按下 启 动按 钮 后 ，污水能够经由进水阀进人 系统 ，并通过粗格 栅除污机的初次过滤 ，将污水送人初级过滤池， 实现初级过滤。之后经抽水水泵 ，从初级过滤池 送 人管 道 ，并 经过 细格栅 除污 机的二 次过滤 之 后 ，送人次级过滤池 。在此实现污水中杂物与污 水的分离。在集水池中，搅拌电机开始工作，待 污水搅拌均匀后 ，集水池中的酸碱度检测设备开 始检测污水的p H值，并通过通讯工具把检测结果 实时传送给酸碱控制设备 ，而后，酸泵和碱泵将 根据检测结果控制酸液和碱液的加入，直到污水 的p H达到要求标准。之后在S B R池中进行污水的 收稿 13 期 2 0 1 2 1 0 1 7 匿 二 ] 二 与 开 图 1污水处理工艺 曝气处理、无氧处理及沉淀过程。预先给S B R池 设定一个液位 ，在水泵作用下 ，污水 由集水池进 入到S B R池，当污水液面到达 S B R池的预设液位 后 ，S B R池进水停止 。在鼓风机和搅拌 电机 的共 同作用下，污水中溶解氧增多，促进好氧微生物 对有机物质的分解利用 。此后 提供适宜的外界温 度 、湿度条件 ，为池水 中的厌氧微生物提供一个 适宜的生存环境 ，使它们能够很好的分解有机 物。在此过程中，产生的污泥将在重力作用下沉 降到 S B R池底部 ，从 而实现杂质污泥与处理后污 水上清液的分离。当污水沉淀之后 ，用滗水器引 出。滗水器停止工作后 ，排泥电机开始工作，将 S B R池底残存的污泥清理干净。处理后污水进行 活性炭吸附处理，除去那些难以被分解的有机物 以及其他的一些无机物成分和有毒物质等，使排 放 的污水满足 污水排放 的高标准要求 。当系统排 泥处理过程结束之后，系统将 自动打开进水阀， 将新 的污水送人到污水处 理设备 中，从而实现污 水处理过程 的循环控制。 2系统硬件的设计 2 ． 1 污水过滤过程设计 按下启动按钮 ，粗格栅除污机的进水阀打 开，当一个处理周期结束之后 ，粗格栅除污机能 够自动启动，完成新一轮的除污工作。当按下停 止按钮 ，或者是当初级过滤池 、次级过滤池 、集 水池的液位分别到达其各 自的最高液位设定值 时，粗格栅除污机都将 自动停止工作。初级过滤 池进水到设定 时间后 ，细格栅除污机 自动启 动 ； 并且初级过滤池液位到达最高限位 、次级过滤池 液位 到达最低 限位时 ，细格栅 除 污机也 将启动 。细格栅 除污机 的 停止 采用 的原 理和方 式与粗格 栅 除污 机相 同。粗格栅 除污机 开始 工作 后 ，皮带传 送机 应立 即开始 工作 。细格栅 除污机停止 工作 后 ，皮带运 输机将延 时处理 一段 时间后再停止运行。系统 中装有 3 台水泵 ，它们 的作 用都是将 前一 级 处理设备 中的污水 运送 到下一 级 处理设备 中。三个 水泵 的启动 都是前一设备储水一定时间后 ， 自动启 动运行 的。当初级 过滤池 液位到达最低 限位 ，或者是次级过滤池 、集水池 到达最高限位，水泵 1 将停止工作；当次级过滤 池到达最低限位 ，或者集水池到达最高限位后， 水泵2 将停止工作 ；当S B R池的液位到达在污水 处理之前预先设定的值之后， 水泵3 将停止工作。 2 ． 2 集水池和 S B R池的电气设计 集水池控制部分的设计 ，即控制酸碱液 的排 放 阀，从而调节污水的p H值 ，使之达到标准 。在 S B R池 中首先进行 的是曝气处理 。污水经水 泵 3 由集水池运输 到S B R池。到达其液位 高限位之后 鼓风机和搅拌电机2 开始工作，对污水进行曝气 处理。设定时间继电器 ，当曝气结束之后 ，给 S B R池提供适宜的无氧 、温度及湿度条件 ，使无 氧处理过程J l 1] 进行 ，并通过时 间继电器控制处 理时间，设定的时间值要略大于无氧生物在处理 废水中的最佳处理时间。 2 ． 3污水的后处理电气设计 无氧处理后 ，滗水器开始工作 ，将收集 到的 污水再 通过 活性 炭 的吸附作用 后运送 人储 水池 中，一般经过这道工序处理后的污水就能够达到 排放标准了。当S B R 池液位到达设定的最低液位 之后 ，池 内的滗水器将停止工作 ，排水结束 。当 滗水器工作结束后，排泥电机开始工作 ，将S B R 池底部残存 的污水处 理泥渣运到储泥池 ，然后对 储泥池中的污泥进行进一步的处理，使其达到排 放要求。设计 的控制时间应该使污泥能够被彻底 的清除干净 。 2 。 4电气设计中的报警设计和总停设计 设计中有完善的液位报警部分的设计 ，当液