第23謄第2期湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(jì)敖章洪.(湖南文理學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院,湖南常德, 415000)摘要: 為了解決城市生活污水處理問(wèn)題,實(shí)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(jìn)的SBR(間歇式活性污泥法)工藝設(shè)計(jì)了一-個(gè)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(fēng)機(jī)、電動(dòng)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(jìn)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(yùn)行,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo).關(guān)鍵詞:污水處理;可編程控制器; SBR工藝中圈分類號(hào): TP273*.5文聿編號(hào): 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(guò)程是按時(shí)序來(lái)運(yùn)行的,一個(gè)操作過(guò)程分5個(gè)階1 SBR 工藝簡(jiǎn)介段:進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、清水、閑置. SBR在運(yùn)行過(guò)SBR(Sequencing Batch Reactor, 間歇式活性污程中，各階段的運(yùn)行時(shí)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(duì)變化以及運(yùn)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(qiáng)、所供的氧不能充分利用水質(zhì)與運(yùn)行功能要求靈活變化[4-5].等問(wèn)題，運(yùn)行管理極不方便I-21. 20世紀(jì)80年代前后,2系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)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(dòng)閥、氣動(dòng)閥、溶解2.1 主電路設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)運(yùn)行管理也逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,開(kāi)發(fā)出了一系列新QF控制整個(gè)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(hù)又可方便日常的維護(hù)(6-81. FU1至FU7熔斷CAST、UNIT-ANK. DAT- _IAT等工藝3)] SBR工藝器起過(guò)流中國(guó)煤化工發(fā)生短路現(xiàn)象;YHCNMHG收稿日期: 2010-10-27作者簡(jiǎn)介:敖章洪(1977-),男,講師，碩士研究生,研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng). E-mail: 86638262@qq.com70湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2011年FR1至FR5熱繼電器對(duì)負(fù)載電機(jī)M1至M5起過(guò)載起/停.通過(guò)電動(dòng)閥門拖動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)完成電動(dòng)保護(hù)作用,消除了主要的安全隱患.3個(gè)接觸器.閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉,具體電路設(shè)計(jì)如圖1所示.KM1/ KM2/KM3控制2個(gè)水泵和羅茨風(fēng)機(jī)的獨(dú)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(fēng)機(jī) 排泥電機(jī)電動(dòng)閥門拖動(dòng)電機(jī)圈1污水處理系統(tǒng)主電路圖2.2交流控制電路 設(shè)計(jì)水電磁閥、排空電磁閥、排泥電機(jī)工作指示燈.5臺(tái)交流控制回路電路如圖2所示，控制回路使電機(jī)分別由FRI、FR2、FR3、FR4、FR5五個(gè)熱繼用220 V交流電進(jìn)行供電.圖2中HL1為回路工作電器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，將其常開(kāi)觸點(diǎn)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(diǎn)輸出24 V直流過(guò)載羅茨風(fēng)機(jī)工作指示燈，由交流接觸器KM1、KM2、報(bào)警信號(hào)至控制器.TC選用1: 1隔離變壓器,將KM3的觸點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行電氣隔離后,再為控制器提供電源，提高KA3觸點(diǎn)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(fēng)機(jī)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(kāi)關(guān)電源排空電磁閥工作指示KA3-2。& HL6排泥電機(jī)工作指示KA6-1 a心HL7|COMFR1工。24VDCFR2王。FR3亞。-oKA1FR4嚴(yán)。中國(guó)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(jì)712.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(qiáng)的浮點(diǎn)運(yùn)算能力和掉電保持的能力，根據(jù)開(kāi)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(jiàn)圖3._HIXY0KMIKM2表1 /0口分配表Y1端口信號(hào)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(dòng)按扭X1048MRY10HL14B-SB2停止按鈕X11Y11HLI58-<3 HK1電動(dòng)閥門閘刀開(kāi)關(guān)X12Y12KM4K2風(fēng)機(jī)閘刀開(kāi)關(guān)K4 h13Y13t KM4tKM5K3排泥電機(jī)閘刀開(kāi)關(guān)<5 IX14Y14HL16.8- -X13K41#清水泵閘刀開(kāi)關(guān)SQIKM3X15Y1514K52#清水泵閘刀開(kāi)關(guān)SQ2X16Y16KA3SQ1電動(dòng)閥門開(kāi)門限位sQ2電動(dòng)閥門關(guān)門限位、FR4X17Y17KAX17 FR4電動(dòng)閥電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警、KAIX20Y20 .KM6KA1電機(jī)熱保護(hù)器報(bào)警Y21KM7M11#清水泵接觸器線圈0擴(kuò)展端gO |YKM2 2#清水泵接觸器線圈污水池水位高指示燈(紅)團(tuán)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(jì)HL1I清水池水位低指示燈(綠)污水處理流程包括進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、清水、.HL12中水箱水位高指示燈(紅)閑置5個(gè)階段.HL13中水箱水位低指示燈(綠)起動(dòng)按鈕按下，當(dāng)污水池中無(wú)水或低水位(污HL14電動(dòng)閥門開(kāi)啟指示燈(綠)水池水位低信號(hào)無(wú)效)且電動(dòng)閥門閘刀開(kāi)關(guān)閉合HLIS電動(dòng)閥門關(guān)閉指示燈(黃)(X10有效)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)閉合KM4和KM7,起動(dòng)進(jìn)KM4開(kāi)電動(dòng)閥門接觸器線圈水閘門直至開(kāi)門限位，同時(shí)加入給定量的藥品.當(dāng)KM5關(guān)電動(dòng)閥門接觸器線圈污水池高水位信號(hào)有效時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)KM4,同時(shí)閉合HLl5電機(jī)熱保護(hù)報(bào)警指示燈KMS使水閥門拖動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)進(jìn)行閥門關(guān)閉，進(jìn)入下KM3羅茨風(fēng)機(jī)接觸器線圈-環(huán)節(jié)開(kāi)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(guò)生化反應(yīng)中國(guó)煤化工濃度,以達(dá)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(cè)的KM7加藥繼 電器線圈有機(jī)物濃度決定,在曝氣過(guò)程中的每個(gè)掃描周期，72湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)201A/D轉(zhuǎn)換程序會(huì)適時(shí)更新曝氣時(shí)間形成閉環(huán)控制,開(kāi)達(dá)到最優(yōu)控制的目的.反應(yīng)時(shí)間到后系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)機(jī)，停止曝氣,N啟動(dòng)1#沉淀30min,沉淀過(guò)程將處理過(guò)的污水進(jìn)行分離,啟動(dòng)按鈕泵排水分成上清液和低層污泥.沉淀時(shí)間由PLC特殊寄存按下?史YY清水池器M8014(1min周期振蕩)配合計(jì)數(shù)器C1進(jìn)行控制.系統(tǒng)初始化水位高2沉淀過(guò)后進(jìn)入清水期.↓Y當(dāng)C1計(jì)數(shù)值滿后，置位計(jì)數(shù)值滿標(biāo)志寄存器,開(kāi)電磁關(guān)閉1 #泵開(kāi)排同時(shí)也作為清水期的啟動(dòng)信號(hào).系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)1#清閘門.污電機(jī)和2 #泵污水水水泵和排泥電機(jī)進(jìn)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(hào)有效時(shí)自動(dòng)Y↓啟動(dòng)排污泥泵M5,其運(yùn)行時(shí)間由定時(shí)器進(jìn)行控制，關(guān)電磁閘門|水位高?中水時(shí)間到后自動(dòng)關(guān)閉排泥電機(jī).當(dāng)污水池水位低信號(hào)無(wú)效或清水池高水位信啟動(dòng)給藥排污時(shí)號(hào)有效時(shí),污水處理進(jìn)入最后階段排水期(閑置期).電磁閥間到? ,系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉1#清水泵的同時(shí)開(kāi)啟2#清水泵,仍然|開(kāi)啟風(fēng)機(jī)由上層開(kāi)始將上--階段處理完成的清水進(jìn)行再次曝氣關(guān)2 #泵關(guān)排污i分層排出進(jìn)入中水箱閑置,當(dāng)排水開(kāi)關(guān)閉合時(shí),KA2閉合打開(kāi)排水電磁閥進(jìn)行排水，具體流程如圖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換計(jì)算排中水?4、圖5所示.曝氣時(shí)間↓y準(zhǔn)備開(kāi)排污電磁閥曝氣時(shí)|計(jì)算曝氣時(shí)間間到?選取AD修改曝氣時(shí)間y↓中水箱N|轉(zhuǎn)換通道復(fù)位計(jì)數(shù)器」計(jì)算結(jié)果與開(kāi)排空電磁有水?啟動(dòng)AD次是否相同閥關(guān)風(fēng)機(jī)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(shí)間控制計(jì)算流程圖圈5系統(tǒng)總體流程3系統(tǒng)仿真246245本設(shè)計(jì)使用了三菱公司開(kāi)發(fā)的程序設(shè)計(jì)軟件和觸摸屏編程軟件GX- -Developer和GT- Simulator進(jìn)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(kāi)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(shí)物的輸入開(kāi)關(guān)量、輸出開(kāi)關(guān)量、A/D采樣模塊、數(shù)據(jù)顯示器進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn).其中位開(kāi)關(guān)又使用了兩種不同的參數(shù),中國(guó)煤化工起動(dòng)/停止信號(hào)使用的是點(diǎn)動(dòng)式位開(kāi)關(guān),其余的輸fHCNMHG入信號(hào)均使用交替式位開(kāi)關(guān)進(jìn)行模擬.編輯完成之后未運(yùn)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(jì)733.2系統(tǒng)仿真操作過(guò)程止運(yùn)行，閥門開(kāi)門指示燈亮.點(diǎn)擊污水池水位低按在仿真調(diào)試過(guò)程中的每一步操作都會(huì)直接影鈕，模擬該水位進(jìn)水到位，隨著進(jìn)水過(guò)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(hào)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(huì)在仿真界面上得時(shí)M4反轉(zhuǎn)運(yùn)行.再次點(diǎn)擊開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)后代表開(kāi)到響應(yīng).以A/D采樣過(guò)程為例，這種相互之間的影門限位無(wú)效,電機(jī)拖動(dòng)閥門離開(kāi)開(kāi)門限位，一段時(shí)響如圖7和圖8.從圖7.上可以看出，當(dāng)AD采樣值為間后點(diǎn)擊關(guān)門限位開(kāi)關(guān)，電動(dòng)閥門開(kāi)門指示燈滅關(guān)15時(shí),剩余曝氣時(shí)間為15 min,而曝氣時(shí)間的計(jì)算門指示燈亮,同時(shí)排空電磁閥打開(kāi).單擊A/D采樣是在GX-Develpor中通過(guò)曝氣時(shí)間算法計(jì)算獲得值,從彈出的小鍵盤中輸入一個(gè)0- 255的十進(jìn)制數(shù)的后,系統(tǒng)即可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算出曝氣時(shí)間, 10s，后風(fēng)機(jī)空載起動(dòng)，同時(shí)關(guān)閉排空電磁閥進(jìn)入曝氣過(guò)程.曝氣剩余時(shí)間為0 min后排空電磁閥起動(dòng)，10 s后風(fēng)機(jī)空載停機(jī)同時(shí)關(guān)閉排空電磁閥,曝氣過(guò)程結(jié)束進(jìn)入沉淀期,沉淀時(shí)間為30 min.沉淀時(shí)間到后-0(進(jìn)入清水期，1#清水泵自動(dòng)啟動(dòng),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(hào)后1#泵自動(dòng)啟動(dòng),清水池指示亮紅燈，污水池水位亮綠燈并啟動(dòng)排泥電機(jī)及2#泵開(kāi)始從清水池排水.排泥電機(jī)定時(shí)時(shí)間到后自動(dòng)關(guān)閉,同時(shí)電動(dòng)閥門再次自動(dòng)開(kāi)啟進(jìn)入下一-輪進(jìn)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(dāng)AD采樣值為15時(shí)觸摸屏軟件上的顯示圈過(guò)程.4結(jié)語(yǔ)SBR工藝是近20多年來(lái)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(duì)城市污-pamn 0D0 r300水進(jìn)行SBR工藝處理,設(shè)計(jì)了PLC硬件電路圖和相應(yīng)軟件流程圖，并進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明整個(gè)系統(tǒng)能按照設(shè)定工藝流程可靠運(yùn)行.當(dāng)然，設(shè)計(jì)也存在不足之處，如曝氣時(shí)間的控制僅采取了懸浮固體濃度控制，沒(méi)有考慮溫度等因素的影響，系統(tǒng)還有待進(jìn)一步完善。圈8當(dāng)AD 采樣值為15時(shí)曝氣時(shí)間計(jì)算梯形圈參考文獻(xiàn):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(shí)用手冊(cè)[M].北京:中國(guó)用GT-Designer編好觸摸屏模擬程序,編譯也無(wú)錯(cuò)石化出版社, 2004: 102 -125.誤之后即可開(kāi)始系統(tǒng)仿真.點(diǎn)擊GX- _Developer中國(guó)i[2] 郭永君. SBR在污水處理工藝的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 山西按鍵后，待到CPU處于RUN狀態(tài)時(shí)則可在GT-科技, 2009 (5): 133-134.Simulator中按照工藝流程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試.[3] 徐琳,牟道光. PLC在污水處理中的應(yīng)用[].微計(jì)算機(jī)啟動(dòng)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(jìn)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(shí)例[M].開(kāi)始檢測(cè)輸入狀態(tài).由于剛開(kāi)始所有輸入信號(hào)都無(wú)中國(guó)燒T效,各水位指示燈均為綠燈.將所有閘刀開(kāi)關(guān)閉合[5] 丁忠浩.HCNMHG北京:化學(xué)工后，電動(dòng)閥門拖動(dòng)電機(jī)M4正轉(zhuǎn)啟動(dòng)，且使給藥電磁業(yè)出版社，閥得電動(dòng)作,點(diǎn)擊電動(dòng)閥門開(kāi)門限位按鈕后, M4停(下轉(zhuǎn)第91頁(yè))第2期許文敏水松紙吸除裝 置的改進(jìn)設(shè)計(jì)[6] 張慧樂(lè)，劉鐘，徐鑫,等.擴(kuò)體錨桿尺寸效應(yīng)模型試3使用效果驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32(增刊1):改進(jìn)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(qiáng)，同時(shí)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(yè))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(jī)電一體改進(jìn)后的ZJ112卷接機(jī)組在深圳卷煙廠進(jìn)行化, 2004(1): 47- 49.了生產(chǎn)試運(yùn)行,結(jié)果顯示開(kāi)機(jī)啟動(dòng)和故障停機(jī)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(dòng)時(shí),產(chǎn)生的水松紙片順利被吸除，沒(méi)有發(fā)科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2008(27): 65- -68.生管道堵塞現(xiàn)象,證明改進(jìn)是成功的.[8]~黎-強(qiáng).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(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用, 2008, 27(8): 78- -81.參考文獻(xiàn):9]鄭烈，吳坤敦.PLC和組態(tài)軟件技術(shù)在污水處理項(xiàng)[1]國(guó)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(dòng)化, 2009(1):獻(xiàn)出版社, 2003: 53- -54.79- -81.[2] 編寫組. 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