第23謄第2期湖南文理學院學報(自然科學版)VoL 23 No.22011年6月Journal of Hunan University of Arts and ScienceQNatural Science Edition)Jun. 2011doi: 10.3969/jissn.1672- -6146.2011.02.020基于PLC的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計敖章洪.(湖南文理學院電氣與信息工程學院,湖南常德, 415000)摘要: 為了解決城市生活污水處理問題,實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán),以三菱可編程控制器為核心，結(jié)合先進的SBR(間歇式活性污泥法)工藝設(shè)計了一-個由廢水處理池、清水池、中水水箱、電氣控制箱以及水泵、羅茨風機、電動閥門和電磁閥等部分組成的生活污水處理控制系統(tǒng).利用GT Simulator 軟件進行了系統(tǒng)的調(diào)試和仿真分析.調(diào)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能按照設(shè)定的工藝流程可靠運行,達到了預(yù)期目標.關(guān)鍵詞:污水處理;可編程控制器; SBR工藝中圈分類號: TP273*.5文聿編號: 1672- -6146(2011)02- 0069 -05Design of city sewage treatment system based on PLCAO Zhang hong(College of Communication and Electric Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)Abstract: To solve the problem of the city life sewage treatment and realize positive cycle of ecological environment,this paper used the Mitsubishi PLC as the control core, combined with the advanced SBR (Sequencing Batch ReactorActivated Sludge Process) process, designed the life sewage treatment control system which is composed of a wastewatertreatment pond, clean water tank, water tank, electrical control box, as well as pump, Roots blower, electric valves andsolenoid valves and so on. The paper used GT Simulator carry out a system simuation analysis. The debugging resultsshowed that the system can run in accordance with a reliable operation as the set technical process and achieveanticipated target.Key words: sewage treatment; programmable controllers; SBR process的過程是按時序來運行的,一個操作過程分5個階1 SBR 工藝簡介段:進水、反應(yīng)、沉淀、清水、閑置. SBR在運行過SBR(Sequencing Batch Reactor, 間歇式活性污程中，各階段的運行時間、反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的泥法)是最早(1893年)的活性污泥法，,但由于存在對變化以及運行狀態(tài)等都可以根據(jù)污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)變化的適應(yīng)能力不強、所供的氧不能充分利用水質(zhì)與運行功能要求靈活變化[4-5].等問題，運行管理極不方便I-21. 20世紀80年代前后,2系統(tǒng)設(shè)計由于自動化、計算機等高新技術(shù)的迅速發(fā)展以及在污水處理領(lǐng)域的普及與應(yīng)用(電動閥、氣動閥、溶解2.1 主電路設(shè)計氧傳感器、水位傳感器等),使得間歇活性污泥法的本系統(tǒng)采用三相交流電供電,三相空氣開關(guān)運行管理也逐漸實現(xiàn)了自動化,開發(fā)出了一系列新QF控制整個系統(tǒng)的電源通斷,既可完成主電路的型的SBR工藝,較有代表性的包括: ICEAS、CASS、短路保護又可方便日常的維護(6-81. FU1至FU7熔斷CAST、UNIT-ANK. DAT- _IAT等工藝3)] SBR工藝器起過流中國煤化工發(fā)生短路現(xiàn)象;YHCNMHG收稿日期: 2010-10-27作者簡介:敖章洪(1977-),男,講師，碩士研究生,研究方向為電力電子與電力傳動. E-mail: 86638262@qq.com70湖南文理學院學報(自然科學版)2011年FR1至FR5熱繼電器對負載電機M1至M5起過載起/停.通過電動閥門拖動電機的正反轉(zhuǎn)完成電動保護作用,消除了主要的安全隱患.3個接觸器.閥門的開啟和關(guān)閉,具體電路設(shè)計如圖1所示.KM1/ KM2/KM3控制2個水泵和羅茨風機的獨立、Q中中FU1中中中Fu2中中中FU3中中中FU5中中中FU4中中中FU6FU7KM1KM2KM3KM6KM4」」.KM5.L1| L2FR1FR2FR3FR5FR42ζ|2引2222ζζζ1#泵(污水)2#泵(清水)羅茨風機 排泥電機電動閥門拖動電機圈1污水處理系統(tǒng)主電路圖2.2交流控制電路 設(shè)計水電磁閥、排空電磁閥、排泥電機工作指示燈.5臺交流控制回路電路如圖2所示，控制回路使電機分別由FRI、FR2、FR3、FR4、FR5五個熱繼用220 V交流電進行供電.圖2中HL1為回路工作電器進行過載保護，將其常開觸點并聯(lián)后與中間繼電源指示燈. HL2、HL3、 HL4分別為1#泵、2#泵、電器KA1的線圈串聯(lián),其觸點輸出24 V直流過載羅茨風機工作指示燈，由交流接觸器KM1、KM2、報警信號至控制器.TC選用1: 1隔離變壓器,將KM3的觸點進行控制. YA1、YA2 分別為排水電磁220 V電源經(jīng)TC隔離,使控制系統(tǒng)回路與供電回路閥和排空電磁閥的控制線圈,中間繼電器KA2、之間進行電氣隔離后,再為控制器提供電源，提高KA3觸點控制其通斷電, HL5、HL6、HL7分別為排電源質(zhì)量,防止電網(wǎng)干擾控制系統(tǒng)可靠工作.LI一220VN- AC電源工作指示-&HL1KM1V> HL2污水泵工作指示KM2-1。.&HL3.清水泵工作指示KM3-1。g HL4tC: 1隔離變壓器風機工作指示排水電磁閥KA2-1。-o- YA1排空電磁閥KA2-2& HLS|N田|排水電磁閥工作指示KA3-1。o YA2開關(guān)電源排空電磁閥工作指示KA3-2。& HL6排泥電機工作指示KA6-1 a心HL7|COMFR1工。24VDCFR2王。FR3亞。-oKA1FR4嚴。中國煤化工FRS。JYHCNMHG圈2控制系統(tǒng)交流控制回路電路圖第2期敖章洪基于PLC的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計712.3控制系統(tǒng)設(shè)計0 INPUToutpuT為完成控制系統(tǒng)所需工藝流程,需要控制器能有較強的浮點運算能力和掉電保持的能力，根據(jù)開DC 24VN220V AC關(guān)和其他設(shè)備的需要并考慮10%~15%的裕量, 本L系統(tǒng)采用三菱FXzN- 48MR可編程控制器. I/O分配COM如表1所示，硬件電路圖見圖3._HIXY0KMIKM2表1 /0口分配表Y1端口信號注釋Y2HL8X0H1污水池水位高Y3X1L1污水池水位低13 HY4HL10RX2H2清水池水位高L3 FY5HLIIX3L2清水池水位低。jSBIx6Y6HL12X4H3中水池水位高xFX2NY7HL130- -X5L3中水池水位低X6SB1啟動按扭X1048MRY10HL14B-SB2停止按鈕X11Y11HLI58-<3 HK1電動閥門閘刀開關(guān)X12Y12KM4K2風機閘刀開關(guān)K4 h13Y13t KM4tKM5K3排泥電機閘刀開關(guān)<5 IX14Y14HL16.8- -X13K41#清水泵閘刀開關(guān)SQIKM3X15Y1514K52#清水泵閘刀開關(guān)SQ2X16Y16KA3SQ1電動閥門開門限位sQ2電動閥門關(guān)門限位、FR4X17Y17KAX17 FR4電動閥電動機故障報警、KAIX20Y20 .KM6KA1電機熱保護器報警Y21KM7M11#清水泵接觸器線圈0擴展端gO |YKM2 2#清水泵接觸器線圈污水池水位高指示燈(紅)團3 PLC 摟線圖HL9污水池水位低指示燈(綠)HL10清水池水位高指示燈(紅)2.4軟件設(shè)計HL1I清水池水位低指示燈(綠)污水處理流程包括進水、反應(yīng)、沉淀、清水、.HL12中水箱水位高指示燈(紅)閑置5個階段.HL13中水箱水位低指示燈(綠)起動按鈕按下，當污水池中無水或低水位(污HL14電動閥門開啟指示燈(綠)水池水位低信號無效)且電動閥門閘刀開關(guān)閉合HLIS電動閥門關(guān)閉指示燈(黃)(X10有效)時，系統(tǒng)自動閉合KM4和KM7,起動進KM4開電動閥門接觸器線圈水閘門直至開門限位，同時加入給定量的藥品.當KM5關(guān)電動閥門接觸器線圈污水池高水位信號有效時自動斷開KM4,同時閉合HLl5電機熱保護報警指示燈KMS使水閥門拖動電機反轉(zhuǎn)進行閥門關(guān)閉，進入下KM3羅茨風機接觸器線圈-環(huán)節(jié)開始曝氣反應(yīng).排空電磁閥繼電器線圈在反應(yīng)凹艾口如什污水中鼓氣,通.KA2排水電磁閥繼電器線圈過生化反應(yīng)中國煤化工濃度,以達到CNMHGY20KM6排泥泵接觸器線圈處理工藝的要小八兩的網(wǎng)田傳感器檢測的KM7加藥繼 電器線圈有機物濃度決定,在曝氣過程中的每個掃描周期，72湖南文理學院學報(自然科學版)201A/D轉(zhuǎn)換程序會適時更新曝氣時間形成閉環(huán)控制,開達到最優(yōu)控制的目的.反應(yīng)時間到后系統(tǒng)自動關(guān)閉風機，停止曝氣,N啟動1#沉淀30min,沉淀過程將處理過的污水進行分離,啟動按鈕泵排水分成上清液和低層污泥.沉淀時間由PLC特殊寄存按下?史YY清水池器M8014(1min周期振蕩)配合計數(shù)器C1進行控制.系統(tǒng)初始化水位高2沉淀過后進入清水期.↓Y當C1計數(shù)值滿后，置位計數(shù)值滿標志寄存器,開電磁關(guān)閉1 #泵開排同時也作為清水期的啟動信號.系統(tǒng)自動啟動1#清閘門.污電機和2 #泵污水水水泵和排泥電機進行工作,清水泵將上層清液從上位低?層排出至清水池中，清水池水位高信號有效時自動Y↓啟動排污泥泵M5,其運行時間由定時器進行控制，關(guān)電磁閘門|水位高?中水時間到后自動關(guān)閉排泥電機.當污水池水位低信號無效或清水池高水位信啟動給藥排污時號有效時,污水處理進入最后階段排水期(閑置期).電磁閥間到? ,系統(tǒng)自動關(guān)閉1#清水泵的同時開啟2#清水泵,仍然|開啟風機由上層開始將上--階段處理完成的清水進行再次曝氣關(guān)2 #泵關(guān)排污i分層排出進入中水箱閑置,當排水開關(guān)閉合時,KA2閉合打開排水電磁閥進行排水，具體流程如圖啟動A/D轉(zhuǎn)換計算排中水?4、圖5所示.曝氣時間↓y準備開排污電磁閥曝氣時|計算曝氣時間間到?選取AD修改曝氣時間y↓中水箱N|轉(zhuǎn)換通道復(fù)位計數(shù)器」計算結(jié)果與開排空電磁有水?啟動AD次是否相同閥關(guān)風機轉(zhuǎn)換.關(guān)排污電磁閥↓沉淀靜水30 min讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果返回圈4曝氣時間控制計算流程圖圈5系統(tǒng)總體流程3系統(tǒng)仿真246245本設(shè)計使用了三菱公司開發(fā)的程序設(shè)計軟件和觸摸屏編程軟件GX- -Developer和GT- Simulator進行了聯(lián)調(diào)仿真!9].3.1 仿真界面編輯在系統(tǒng)仿真中，使用了位開關(guān)、位指示燈、數(shù)值輸入和數(shù)值顯示4種元件分別替代實物的輸入開關(guān)量、輸出開關(guān)量、A/D采樣模塊、數(shù)據(jù)顯示器進行模擬實驗.其中位開關(guān)又使用了兩種不同的參數(shù),中國煤化工起動/停止信號使用的是點動式位開關(guān),其余的輸fHCNMHG入信號均使用交替式位開關(guān)進行模擬.編輯完成之后未運行之前畫面如圖6所示.圈6編輯完成后觸摸屏界面第2期敖章洪基于 PLC的城市污水處理系統(tǒng)設(shè)計733.2系統(tǒng)仿真操作過程止運行，閥門開門指示燈亮.點擊污水池水位低按在仿真調(diào)試過程中的每一步操作都會直接影鈕，模擬該水位進水到位，隨著進水過程的繼續(xù)污響到編程軟件梯形圖中各軟元件的工作狀態(tài)，同樣水池高水位信號有效,污水池水位指示亮紅燈，同更改編程軟件中軟元件的值也會在仿真界面上得時M4反轉(zhuǎn)運行.再次點擊開門限位開關(guān)后代表開到響應(yīng).以A/D采樣過程為例，這種相互之間的影門限位無效,電機拖動閥門離開開門限位，一段時響如圖7和圖8.從圖7.上可以看出，當AD采樣值為間后點擊關(guān)門限位開關(guān)，電動閥門開門指示燈滅關(guān)15時,剩余曝氣時間為15 min,而曝氣時間的計算門指示燈亮,同時排空電磁閥打開.單擊A/D采樣是在GX-Develpor中通過曝氣時間算法計算獲得值,從彈出的小鍵盤中輸入一個0- 255的十進制數(shù)的后,系統(tǒng)即可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)計算出曝氣時間, 10s，后風機空載起動，同時關(guān)閉排空電磁閥進入曝氣過程.曝氣剩余時間為0 min后排空電磁閥起動，10 s后風機空載停機同時關(guān)閉排空電磁閥,曝氣過程結(jié)束進入沉淀期,沉淀時間為30 min.沉淀時間到后-0(進入清水期，1#清水泵自動啟動,先后單擊清水池水位低、污水池水位高、清水池水位高或污水池水推衛(wèi)電聰門位低信號后1#泵自動啟動,清水池指示亮紅燈，污水池水位亮綠燈并啟動排泥電機及2#泵開始從清水池排水.排泥電機定時時間到后自動關(guān)閉,同時電動閥門再次自動開啟進入下一-輪進水,而2#泵接著完成前一周期未完成的排水,重復(fù)污水池中排水圖7當AD采樣值為15時觸摸屏軟件上的顯示圈過程.4結(jié)語SBR工藝是近20多年來發(fā)展速度最快、工程應(yīng)用最廣的污水處理工藝.本系統(tǒng)采用PLC對城市污-pamn 0D0 r300水進行SBR工藝處理,設(shè)計了PLC硬件電路圖和相應(yīng)軟件流程圖，并進行了仿真分析。仿真結(jié)果表明整個系統(tǒng)能按照設(shè)定工藝流程可靠運行.當然，設(shè)計也存在不足之處，如曝氣時間的控制僅采取了懸浮固體濃度控制，沒有考慮溫度等因素的影響，系統(tǒng)還有待進一步完善。圈8當AD 采樣值為15時曝氣時間計算梯形圈參考文獻:使用GX -Developer將梯形圖程序編輯好,再利[1] 宋業(yè)林,宋襄翎.水處理設(shè)備實用手冊[M].北京:中國用GT-Designer編好觸摸屏模擬程序,編譯也無錯石化出版社, 2004: 102 -125.誤之后即可開始系統(tǒng)仿真.點擊GX- _Developer中國i[2] 郭永君. SBR在污水處理工藝的控制系統(tǒng)設(shè)計[J]. 山西按鍵后，待到CPU處于RUN狀態(tài)時則可在GT-科技, 2009 (5): 133-134.Simulator中按照工藝流程對系統(tǒng)進行調(diào)試.[3] 徐琳,牟道光. PLC在污水處理中的應(yīng)用[].微計算機啟動仿真軟件將仿真程序加載完后,系統(tǒng)在程信息, 2004, 2(3): 42- 43.序控制下先進行上電復(fù)位.初始化完成后輸入端口[4] 張統(tǒng).間歇式活性污泥法污水處理技術(shù)及工程實例[M].開始檢測輸入狀態(tài).由于剛開始所有輸入信號都無中國燒T效,各水位指示燈均為綠燈.將所有閘刀開關(guān)閉合[5] 丁忠浩.HCNMHG北京:化學工后，電動閥門拖動電機M4正轉(zhuǎn)啟動，且使給藥電磁業(yè)出版社，閥得電動作,點擊電動閥門開門限位按鈕后, M4停(下轉(zhuǎn)第91頁)第2期許文敏水松紙吸除裝 置的改進設(shè)計[6] 張慧樂，劉鐘，徐鑫,等.擴體錨桿尺寸效應(yīng)模型試3使用效果驗研究[J].巖土工程學報，2010，32(增刊1):改進后裝置的安裝更加方便，尤其是采用配468- 472. .氣塊結(jié)構(gòu)，使水松紙吸除通道沿圓周方向多產(chǎn)生(貴任編校:江河)一排吹氣孔，使配氣塊正吹壓增強，同時在水松紙與管道內(nèi)壁之間產(chǎn)生氣流層,消除了輸送的摩(上接第73頁)擦力,吸除效果更好.[6] 楊帆.基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)[].機電一體改進后的ZJ112卷接機組在深圳卷煙廠進行化, 2004(1): 47- 49.了生產(chǎn)試運行,結(jié)果顯示開機啟動和故障停機后7]栗小寬.PLC技術(shù)在中小型污水處理廠的應(yīng)用[].再啟動時,產(chǎn)生的水松紙片順利被吸除，沒有發(fā)科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2008(27): 65- -68.生管道堵塞現(xiàn)象,證明改進是成功的.[8]~黎-強.PLC技術(shù)在生活污水處理及回用系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用, 2008, 27(8): 78- -81.參考文獻:9]鄭烈，吳坤敦.PLC和組態(tài)軟件技術(shù)在污水處理項[1]國家煙草專賣局. 卷煙工藝規(guī)范[M].北京:中央文目的應(yīng)用[].可編程控制器與工廠自動化, 2009(1):獻出版社, 2003: 53- -54.79- -81.[2] 編寫組. 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