PLC在污水處理中地地的應(yīng)用

1、實用標準文案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)代化的計算機控制入手 ,利用 PLC 技術(shù)的強大邏輯功能 , 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)進一步提高供水質(zhì)量， 提高經(jīng)濟效益， 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，真正實現(xiàn)精彩文檔實用標準文案變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟的目的。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)達國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經(jīng)濟發(fā)達，并較早的實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。 這些國家經(jīng)濟發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問題特別是水資源污染的嚴重性也較早的體現(xiàn)出來，同時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現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如 DCS、FCS系統(tǒng)。同時國外較早的將SCADA 技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益。國外同時注重水處理中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， 我國污水處理自動化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，實行集中巡檢；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)的自動精彩文檔實用標準文案化水平有了很大提高。 從國外引進污水廠的自動控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計算機監(jiān)控系統(tǒng)， 應(yīng)用了自動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:(1)對于新建的污水處理廠，引進了計算機分散控制系統(tǒng)，手動與自動并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水廠自動化程度仍然很低，仍采

5、用人工巡檢的方式。(2)國產(chǎn)在線儀表的穩(wěn)定性還沒有達到要求，所以大部分采用進口的在線儀表，但是由于進口儀表價格昂貴，所以應(yīng)用并不是很廣泛。(3)各個控制站之間完全獨立，沒有信息的交換。并且各個控制單元由于其內(nèi)部資源的限制，只是實現(xiàn)了簡單的時間控制和邏輯控制。三課題研究的目的意義污水處理是一項緊迫性的任務(wù)， 它可以避免環(huán)境惡化和更大的經(jīng)濟與資源損失。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)進行控制，無疑是一個具有巨大的社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟效益的研究課題。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，簡稱精彩文檔實用標準文案為污水。（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，其中無機物占40% ，有機物占 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)及指標污水中的有機物是微生物的食物，污水中的微生物以細菌與病菌為主。污水生物性質(zhì)的檢測指標有大腸菌群數(shù)、大腸菌群指數(shù)、病毒及細菌總數(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 )。細菌總數(shù)是大腸菌群數(shù)、病原菌、病毒及其他細菌的總和， 以每毫升水樣中的細菌菌落總數(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，達到一定標準可進行灌溉。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，精彩文檔實用標準文案有相應(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)計的，其基本結(jié)構(gòu)與典型的計算機結(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)計用 PLC 來控制污水處理系統(tǒng) ,一方面提高了整個工作流程的速度 ,使得控制更為方便 ,且操作程序簡單 ,容易上手 ,更有利于做遠程控制 ;另一方面使得工作更加的可靠 ,因為以往的污水處理基本上都是使用的接觸器來進行人工操作的 ,使用起來費時

9、費力 ,時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)來進行一系列的改造設(shè)計。(一 )污水處理系統(tǒng)主要組成部分如圖1-1 所示 .精彩文檔實用標準文案圖 1-1污水處理系統(tǒng)主要組成1 進水系統(tǒng)進水系統(tǒng)主要有進水管道和進水泵房組成,進水管道主要有粗格柵機和細格柵機組成 ,進水泵房主要有兩臺潛水泵組成。進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是根據(jù)程序的設(shè)定時間來進行間歇工作的,清污機的運行和停止是根據(jù)粗格柵兩邊的液位差來決定的,當(dāng)液位差超過某值時工作

10、 ,小于某值時停止 .潛水泵的動作是通過安裝在泵房外的液位傳感器來決定的,當(dāng)液位較高時啟動一臺泵,當(dāng)液位較高時啟動兩臺泵,若液為持續(xù)升高則發(fā)出報警。2 曝氣系統(tǒng)曝氣反應(yīng)系統(tǒng)主要設(shè)備是曝氣機,在反應(yīng)池中裝有溶解氧儀對污水中的含氧量進行檢測 ,根據(jù)其反饋到 PLC 的值來控制曝氣機的運行,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)液位低于某個值時停止運行,處于正常時污泥泵正常運行。3 沉淀系統(tǒng)沉淀系統(tǒng)的主要設(shè)備為刮泥機,其功能是對經(jīng)過曝氣以后的進行物理沉淀,將污泥與清水分離 ,刮泥機在整個系統(tǒng)啟動的時候就開

11、始持續(xù)運行。4 脫水系統(tǒng)脫水系統(tǒng)的主要設(shè)備為脫水機,其功能為對經(jīng)過處理過的污泥進行脫水處理.脫水機主要有聚合物泵、 污泥機和切割機構(gòu)成 ,它們的啟動順序依次為 :聚合物泵、污泥機和切割機。精彩文檔實用標準文案(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)備的運行、停止和調(diào)速控制，同時還可以對整個系統(tǒng)的工作流程進行監(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，即可以用接線端子進行接線， 同時在接線端子上還有面板保護，防止無意中觸碰到接線頭，而且在 PLC 的底部設(shè)計有 DIN 導(dǎo)軌安裝機構(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 中的臨時數(shù)據(jù)，在突然意外斷電時，也可以精彩文檔實用標準文案對其在停電那一時刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)進行保護，最長保持時間為100H 。位操作時間已縮短到 0.37us ，使 CPU 的響應(yīng)是速度有較大的

13、提高，同時在CPU 上集成了高速計數(shù)器，可計數(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 20KHZ 。PLC 的工作原理在 PLC 啟動運行后，其工作過程一般分為輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段、輸出刷新三個階段。完成上述三個階段即為一個掃描周期。(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，輸入元件映像寄存器被刷新，接著進入程序執(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， 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，進行相應(yīng)的運算，運算結(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用標準文案在所有指令執(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)動外部負載。對于小型 PLC，I/O 點數(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，增強了系統(tǒng)的可靠性。大中型 PLC 因 I/O 點數(shù)多，控制能力強，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動作的 ,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、格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水機接觸器、曝氣機接觸器、潛水?dāng)嚢铏C接觸器、污泥回流泵接觸器.(1 ） 格柵機接觸器格柵機接觸器包括兩個：一個是置于粗格柵處，控制粗格柵處的格柵機； 一個是置于細格柵處， 控制細格柵處的格柵機。 根據(jù)程序的執(zhí)行或者操作面板上的按鍵的情況，控制兩個格柵機的啟動和停止。(2 ）清污機接觸器清污機接觸器包括兩個：一個是置于粗格柵處，控制粗格柵處的清污機； 一個是置于細格柵處， 控制細格柵處的轉(zhuǎn)鼓清污機。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)合個清污機的運行和停止。(3 ） 潛水機接觸器潛水機接觸器有兩個,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行和停止。(4 ） 曝氣機接觸器曝氣機接觸器有四個接觸器,每個曝氣機都有兩個接觸器 ,其中一個接到工頻電網(wǎng),另一個是連接到變頻器。根據(jù)污水中的溶氧量或者操精彩文檔實用標準文案作面板上的按鍵情況 ,控制兩臺曝氣機的運行和停止,以及在運行時是處于變頻運行還是工頻運行。(5 ）潛水?dāng)嚢铏C接觸器潛水?dāng)嚢铏C接觸器是連接潛水?dāng)嚢铏C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的運行與停止。(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)機負載專用變頻器，能適用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)，尤其使用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機。具有能源利用率高的特點， 優(yōu)化了部分結(jié)構(gòu)和功能， 便于工作人員進行操作。 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用標準文案在這個控制系統(tǒng)的自動操作中，采用三種機械按鈕， 控制污水處理系統(tǒng)的啟動和停止，自動按鈕使用旋鈕； 自動啟動按鈕采用觸點觸發(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)后自動彈起復(fù)位。5 傳感器對格柵處的清污機進行控制，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)污水的液位達到傳感器的位置時,使傳感器接通 ,同時將該信號傳送給 PLC 控制器 ,進行分析計算 ,從而控制清污機的狀態(tài)。七結(jié)論PLC 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1 蔣文舉 .城市污水廠實習(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