PLC在污水處理中地地的應(yīng)用

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案PLC 在污水處理中的應(yīng)用第三組組員：劉春驍陳頌 陳小瑤摘要隨著行業(yè)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大,廢水污染已成為當(dāng)今世界的頭號生態(tài)殺手,如何對其進(jìn)行有效的控制已成為我們的當(dāng)務(wù)之急, 本文從現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)控制入手 ,利用 PLC 技術(shù)的強(qiáng)大邏輯功能 , 通過完善的軟件與硬件相結(jié)合,闡述了一種先進(jìn)的污水處理系統(tǒng)方案。關(guān)鍵詞 ：PLC；污水處理；控制系統(tǒng)Key words: PLC;sewage disposal; operating system一課題的研究背景水與人的生活息息相關(guān)。我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重。城市生活污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制約許多城市可持續(xù)發(fā)

2、展的主要原因之一。 耗水量高、重復(fù)利用率低、 污染嚴(yán)重是我國生活用水系統(tǒng)水資源利用的突出問題。 因此世界各國越來越重視水處理和水的再利用，通過各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量， 提高經(jīng)濟(jì)效益， 并且污水處理過程中， 經(jīng)過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、 沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。二國內(nèi)外生活污水處理情況（一）國外生活污水處理國外的一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，并較早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。 這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問題特別是水資源污染的嚴(yán)重性也較早的體現(xiàn)出來，同時(shí)也得到了這些國家政府的重視，投入了

3、大量的人力、 物力進(jìn)行水處理的研究。 這些國家先后投資研究高效型、智能型污水處理設(shè)備和自動(dòng)化控制儀表。由于控制技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展， 國外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如 DCS、FCS系統(tǒng)。同時(shí)國外較早的將SCADA 技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。國外同時(shí)注重水處理中PLC 的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元， 如 AB 公司的 SLC 系列、Siemens 的 S7 系列、Schneider的 TSX Quantum系列；同時(shí)國外也很重視在線儀表的研制，如德國E+H 公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧DO

4、、化學(xué)需 COD 分析儀。（二）國內(nèi)生活污水處理發(fā)展現(xiàn)況與國外相比， 我國污水處理自動(dòng)化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，實(shí)行集中巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS 系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建成投產(chǎn)，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案化水平有了很大提高。 從國外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)， 應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測儀表，各種新工藝、 新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用。我國的污水處理廠自控系統(tǒng)特點(diǎn):(1)對于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動(dòng)與自動(dòng)并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水廠自動(dòng)化程度仍然很低，仍采

5、用人工巡檢的方式。(2)國產(chǎn)在線儀表的穩(wěn)定性還沒有達(dá)到要求，所以大部分采用進(jìn)口的在線儀表，但是由于進(jìn)口儀表價(jià)格昂貴，所以應(yīng)用并不是很廣泛。(3)各個(gè)控制站之間完全獨(dú)立，沒有信息的交換。并且各個(gè)控制單元由于其內(nèi)部資源的限制，只是實(shí)現(xiàn)了簡單的時(shí)間控制和邏輯控制。三課題研究的目的意義污水處理是一項(xiàng)緊迫性的任務(wù)， 它可以避免環(huán)境惡化和更大的經(jīng)濟(jì)與資源損失。因此，發(fā)展污水處理產(chǎn)業(yè)具有重要的社會意義。在這種形勢下，利用PLC 及組態(tài)軟件對生活污水處理系統(tǒng)進(jìn)行控制，無疑是一個(gè)具有巨大的社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。四污水處理概述在人們的生產(chǎn)和生活活動(dòng)中，每天都在使用和接觸著水。 在這一過程中， 水

6、受到人類活動(dòng)的影響，其物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，就變成了污染過的水，簡稱精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案為污水。（一）污水的組成生活污水的組成它是人們在日常生活中使用過的，并被生活廢料所污染過的水，包括廚房和衛(wèi)生間用水。成分：含有泥沙、油脂、皂液、果核、紙屑、食物屑、病菌、糞尿和雜物等，其中無機(jī)物占40% ，有機(jī)物占 60% ，與工業(yè)廢水相比，污染物濃度較低。（二）污水的生物性質(zhì)及指標(biāo)污水中的有機(jī)物是微生物的食物，污水中的微生物以細(xì)菌與病菌為主。污水生物性質(zhì)的檢測指標(biāo)有大腸菌群數(shù)、大腸菌群指數(shù)、病毒及細(xì)菌總數(shù)。(1) 大腸菌群數(shù)與大腸菌群指數(shù)大腸菌群數(shù)是每升水樣中所含有的大腸菌群的數(shù)目 ; 水中存在大腸菌，

7、 就表明受到了糞便的污染， 并可能存在病原菌。 (2)病毒 污水中已檢查出的病毒有100 多種。檢出大腸菌群，可以表明腸道病原菌的存在，但不能表明是否存在病毒及其他病原菌(如炭疽桿菌 )。細(xì)菌總數(shù)是大腸菌群數(shù)、病原菌、病毒及其他細(xì)菌的總和， 以每毫升水樣中的細(xì)菌菌落總數(shù)表示。（三）污水的出路排放水體是污水的自然歸宿。但污水排入水體應(yīng)以不破壞該水體的原有功能為前提。灌溉田地但必須符合灌溉的有關(guān)規(guī)定。如化肥廠水含、高，在廠內(nèi)處理后，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)可進(jìn)行灌溉。重復(fù)使用城市生活用水如沖洗廁所等和市政用水如城市綠地灌溉、 灑澆道路、消防用水、建筑用水和城市景觀用水等。五可編程邏輯控制器PLC 介紹可編程控

8、制器 (PLC)，針對不同的現(xiàn)場信號，如交流或直流、電壓或電流等，精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案有相應(yīng)的I/O模塊與現(xiàn)場設(shè)備，如按鈕、行程開關(guān)、傳感器和控制閥等直接連接。PLC 的基本結(jié)構(gòu)編程序控制器是專為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的，其基本結(jié)構(gòu)與典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)相同，主要由電源、中央處理器單元(CPU) 模塊、 I/O模塊、編程器等部分組成。六基于 PLC 污水處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)用 PLC 來控制污水處理系統(tǒng) ,一方面提高了整個(gè)工作流程的速度 ,使得控制更為方便 ,且操作程序簡單 ,容易上手 ,更有利于做遠(yuǎn)程控制 ;另一方面使得工作更加的可靠 ,因?yàn)橐酝奈鬯幚砘旧隙际鞘褂玫慕佑|器來進(jìn)行人工操作的 ,使用起來費(fèi)時(shí)

9、費(fèi)力 ,時(shí)間一長接觸器的觸頭會發(fā)生氧化 ,導(dǎo)致一系列的事故發(fā)生 .現(xiàn)在隨著 PLC 技術(shù)的不斷更新 ,應(yīng)用范圍也越來越廣 ,我們這次就選用西門子 PLC為例 ,結(jié)合 SBR 污水處理系統(tǒng)來進(jìn)行一系列的改造設(shè)計(jì)。(一 )污水處理系統(tǒng)主要組成部分如圖1-1 所示 .精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 1-1污水處理系統(tǒng)主要組成1 進(jìn)水系統(tǒng)進(jìn)水系統(tǒng)主要有進(jìn)水管道和進(jìn)水泵房組成,進(jìn)水管道主要有粗格柵機(jī)和細(xì)格柵機(jī)組成 ,進(jìn)水泵房主要有兩臺潛水泵組成。進(jìn)水管道的主要功能是將污水中的大塊物體排除其中的粗格柵機(jī)是根據(jù)程序的設(shè)定時(shí)間來進(jìn)行間歇工作的,清污機(jī)的運(yùn)行和停止是根據(jù)粗格柵兩邊的液位差來決定的,當(dāng)液位差超過某值時(shí)工作

10、 ,小于某值時(shí)停止 .潛水泵的動(dòng)作是通過安裝在泵房外的液位傳感器來決定的,當(dāng)液位較高時(shí)啟動(dòng)一臺泵,當(dāng)液位較高時(shí)啟動(dòng)兩臺泵,若液為持續(xù)升高則發(fā)出報(bào)警。2 曝氣系統(tǒng)曝氣反應(yīng)系統(tǒng)主要設(shè)備是曝氣機(jī),在反應(yīng)池中裝有溶解氧儀對污水中的含氧量進(jìn)行檢測 ,根據(jù)其反饋到 PLC 的值來控制曝氣機(jī)的運(yùn)行,改變污水中的攪拌狀態(tài) ,使它們充分混合接觸。污泥回流系統(tǒng)的污泥泵將不需要的泥進(jìn)行處理,該設(shè)備的工作狀態(tài)主要根據(jù)泵房外液位傳感器的狀態(tài)當(dāng)液位低于某個(gè)值時(shí)停止運(yùn)行,處于正常時(shí)污泥泵正常運(yùn)行。3 沉淀系統(tǒng)沉淀系統(tǒng)的主要設(shè)備為刮泥機(jī),其功能是對經(jīng)過曝氣以后的進(jìn)行物理沉淀,將污泥與清水分離 ,刮泥機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候就開

11、始持續(xù)運(yùn)行。4 脫水系統(tǒng)脫水系統(tǒng)的主要設(shè)備為脫水機(jī),其功能為對經(jīng)過處理過的污泥進(jìn)行脫水處理.脫水機(jī)主要有聚合物泵、 污泥機(jī)和切割機(jī)構(gòu)成 ,它們的啟動(dòng)順序依次為 :聚合物泵、污泥機(jī)和切割機(jī)。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案(二)污水處理系統(tǒng)中電氣部分介紹在該系統(tǒng)中 PLC 為核心控制器 ,它通過檢測面板上按鈕的輸入、 各類傳感器的輸入 ,以及相關(guān)模擬量的輸入,完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速控制，同時(shí)還可以對整個(gè)系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行監(jiān)控。污水處理系統(tǒng)總體框圖如圖1-2 所示。圖 1-2電氣控制系統(tǒng)總體框圖1 西門子 PLC西門子 S7-200 系列 PLC 的特點(diǎn)S7-200 系列 PLC 是西門子公司于199

12、5 年推出的具有很高性價(jià)比的微型PLC。在結(jié)構(gòu)上， S7-200 系列 PLC 具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，即可以用接線端子進(jìn)行接線， 同時(shí)在接線端子上還有面板保護(hù)，防止無意中觸碰到接線頭，而且在 PLC 的底部設(shè)計(jì)有 DIN 導(dǎo)軌安裝機(jī)構(gòu)和安裝孔，可以滿足水平或者垂直方向的安裝要求。在功能上，S7-200 系列 PLC 的用戶程序和全部數(shù)據(jù)都可以存放在EEPROM中，永不丟失，即使是存放在RAM 中的臨時(shí)數(shù)據(jù)，在突然意外斷電時(shí)，也可以精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案對其在停電那一時(shí)刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，最長保持時(shí)間為100H 。位操作時(shí)間已縮短到 0.37us ，使 CPU 的響應(yīng)是速度有較大的

13、提高，同時(shí)在CPU 上集成了高速計(jì)數(shù)器，可計(jì)數(shù)速率為30KHZ ；也集成了高速脈沖輸出功能，既能以脈沖寬度可調(diào)（ PWM ）方式輸出，又能以高速脈沖串（PTO）方式輸出，輸出速率可達(dá) 20KHZ 。PLC 的工作原理在 PLC 啟動(dòng)運(yùn)行后，其工作過程一般分為輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段、輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段即為一個(gè)掃描周期。(1 ）輸入采樣階段PLC 在輸入采樣階段，先掃描所有輸入端子，并將各輸入端子狀態(tài)存入各自對應(yīng)的輸入元件映像寄存器，此時(shí)，輸入元件映像寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段或輸出刷新階段，輸入元件映像寄存器與外界隔離，無論輸入端子信號如何變化，輸

14、入元件映像寄存器中的內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才將輸入端的新狀態(tài)寫入到寄存器中。(2）用戶程序執(zhí)行階段根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描規(guī)則， PLC 按照先左后右， 先上后下的順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入 / 輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子的狀態(tài)， 從輸出映像寄存器 “讀入” 對應(yīng)輸出映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中，對元件映像寄存器來說，每一個(gè)元件（輸出軟繼電器）的狀態(tài)會隨程序的執(zhí)行過程而變化。(3）輸出刷新階段精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段

15、轉(zhuǎn)存到輸出鎖存寄存器中，通過一定法式輸出驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。對于小型 PLC，I/O 點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，用集中采樣集中輸出的工作方式雖然在一定程度降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。大中型 PLC 因 I/O 點(diǎn)數(shù)多，控制能力強(qiáng)，用戶程序長，為提高響應(yīng)速度可以采用定周期輸入采樣，輸出刷新，也可采用直接輸入采樣，直接輸出刷新，中斷輸入 / 輸出和智能化 I/O 接口等法式。2 接觸器在污水處理系統(tǒng)中 ,所有的設(shè)備都是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者傳感器的反饋值進(jìn)動(dòng)作的 ,因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的情況以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停 ,主要的接觸器有 :

16、格柵機(jī)接觸器、清污機(jī)接觸器、潛水機(jī)接觸器、曝氣機(jī)接觸器、潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器、污泥回流泵接觸器.(1 ） 格柵機(jī)接觸器格柵機(jī)接觸器包括兩個(gè)：一個(gè)是置于粗格柵處，控制粗格柵處的格柵機(jī)； 一個(gè)是置于細(xì)格柵處， 控制細(xì)格柵處的格柵機(jī)。 根據(jù)程序的執(zhí)行或者操作面板上的按鍵的情況，控制兩個(gè)格柵機(jī)的啟動(dòng)和停止。(2 ）清污機(jī)接觸器清污機(jī)接觸器包括兩個(gè)：一個(gè)是置于粗格柵處，控制粗格柵處的清污機(jī)； 一個(gè)是置于細(xì)格柵處， 控制細(xì)格柵處的轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)。根據(jù)格柵兩側(cè)的液位差或者控制面板上按鍵的情況,控制聯(lián)合個(gè)清污機(jī)的運(yùn)行和停止。(3 ） 潛水機(jī)接觸器潛水機(jī)接觸器有兩個(gè),分別控制兩臺潛水泵,通過潛水泵房的液面高度或者控制面

17、板上按鍵的情況,控制兩臺潛水泵的運(yùn)行和停止。(4 ） 曝氣機(jī)接觸器曝氣機(jī)接觸器有四個(gè)接觸器,每個(gè)曝氣機(jī)都有兩個(gè)接觸器 ,其中一個(gè)接到工頻電網(wǎng),另一個(gè)是連接到變頻器。根據(jù)污水中的溶氧量或者操精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案作面板上的按鍵情況 ,控制兩臺曝氣機(jī)的運(yùn)行和停止,以及在運(yùn)行時(shí)是處于變頻運(yùn)行還是工頻運(yùn)行。(5 ）潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器是連接潛水?dāng)嚢铏C(jī)和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過程序的執(zhí)行或者面板上按鍵的情況，控制潛水?dāng)嚢铏C(jī)的運(yùn)行與停止。(6 ） 污泥回流泵接觸器污泥回流泵接觸器是連接污泥回流泵和工頻電網(wǎng)的接觸器，通過污泥回流泵房中液位的高低或者操作面板上的狀態(tài)，控制污泥回流泵的運(yùn)行和停止。3 變

18、頻器我們所使用的是西門子系列MM430變頻器，它是一種風(fēng)機(jī)負(fù)載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其使用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)。具有能源利用率高的特點(diǎn)， 優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)和功能， 便于工作人員進(jìn)行操作。 我們在系統(tǒng)中所使用的參數(shù)設(shè)置如下表2-1 所示。圖 2-1變頻器參數(shù)設(shè)置表4 各類按鈕精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案在這個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)操作中，采用三種機(jī)械按鈕， 控制污水處理系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，自動(dòng)按鈕使用旋鈕； 自動(dòng)啟動(dòng)按鈕采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕；急停按鈕使用旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕，按下后系統(tǒng)停止，旋轉(zhuǎn)后自動(dòng)彈起復(fù)位。5 傳感器對格柵處的清污機(jī)進(jìn)行控制，需要監(jiān)測格柵兩側(cè)的液面差,在該系統(tǒng)中選用液位傳感器 ,當(dāng)污水的液位達(dá)到傳感器的位置時(shí),使傳感器接通 ,同時(shí)將該信號傳送給 PLC 控制器 ,進(jìn)行分析計(jì)算 ,從而控制清污機(jī)的狀態(tài)。七結(jié)論P(yáng)LC 系統(tǒng)對于污水處理意義非凡， 其使得污水處理系統(tǒng)操控簡單化， 合理化，方便化。有著廣闊的前景。參考文獻(xiàn)1 蔣文舉 .城市污水廠實(shí)習(xí)培訓(xùn)教程 .北京：工業(yè)出版社， 2007 ：34-58 189-2132 李若谷 .西門子 S7-200 系列 PLC 系列 P