基于西門子PLC的小型SBR廢水處理控制系統

范建鋒，張蘇新（蘇州高等職業技術學校，江蘇蘇州　215000）

?

基于西門子PLC的小型SBR廢水處理控制系統

范建鋒，張蘇新
（蘇州高等職業技術學校，江蘇蘇州215000）

摘要：工業化發展，給人類帶來便利的同時，也加速了環境污染，其中工業廢水污染尤為嚴重。鑒于水資源有限，各國都在研究高效的廢水處理技術。文章闡述了SBR小型廢水處理的結構和工藝流程，并對小型SBR廢水處理進行了硬件設計，主控制器選用西門子公司的S7-200系列CPU224，檢測部分選用水位傳感器和EM231數模轉換器，主電路選用5個接觸器對清水泵羅茨風機和閥門電動機等進行控制。軟件上通過STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行編程，包括主程序、自動控制子程序和手動控制子程序等，最終完成了集中SBR廢水處理系統的設計。

關鍵詞：廢水處理；SBR；S7-200

隨著國家實施節能減排戰略、加快培育發展戰略性新興產業，我國污水處理行業的建設規模和服務范圍將進一步擴大。在此基礎上，文章設計了一套基于西門子PLC的小型廢水處理系統，主控制器選用S7-200系列CPU224，配以EM231數模轉換器和水位傳感器，主電路采用繼電器控制回路，軟件上通過STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行編程，最終完成了控制系統的設計。

1　結構及工作原理

SBR是序批式活性污泥法的簡稱，是一種采用優勢菌技術的高效廢水回用處理技術，經過處理后的中性水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達到節約水資源的目的。SBR廢水處理系統的主要部件包括：污水處理池、清水池、中水箱、電控箱、水泵、羅茨風機、電動閥和電磁閥等。在污水處理池、清水池、中水箱中分別設置液位開關，用以檢測水池與水箱中的水位。

其工作過程為：當污水處理池中的水位低于水位或無水狀態時，電動閥會自動開起納入污水。當污水處理池納入的污水至正常高水位時，電動閥自動關閉，使無水處理池中的污水呈微氧和厭氧狀態。通過曝氣法，使污水駝色，除臭、平衡菌群的PH值，并對污染物進行高效除污，即耗氧處理過程。這段時間一般需要6～8h；當納污電動閥門自動關閉后，曝氣管路上的排空電磁閥再次開起，羅茨風機空載停機，排空電磁閥延時關閉，經過0.5h的水質沉淀，啟動1號清水泵，將沉淀后的水泵入到清水池。當清水池中的水位升至正常高水位時，1號清水泵自動停止運行，這時2號清水泵自動啟動向中水箱放水，當中水箱水位達到正常高水位時，2號清水泵自動停止運行。當中水箱內水位降至低水位時，2號清水泵又自動啟動向中泵泵水。當污水處理池中的水位降至低水位時，電動閥門會自動排開繼續想污水池納入污水，循環往復。

2　硬件設計

根據污水水質的不同，SBR廢水處理技術選用的生物菌群、工藝要求也有所不同，相應的電氣控制參數也有修正功能，進而滿足廢水處理的要求。文章根據該控制對象，設計的控制系統包括主電路、輔助電路和PLC控制電路。

主電路中的電動機、羅茨風機和水泵由交流接觸器進行啟/停控制，主電路中共用到5個接觸器，分別用于1號清水泵、2號清水泵、羅茨風機和閥門電動機的正反轉控制；斷路器共用到4個分別對4臺電動機電路進行短路保護；熱繼電器共用到4個，分別對4臺電動機進行過載保護。輔助電路是連接PLC控制電路和主電路的橋梁，主要用于系統信號的轉換和系統電源狀態的顯示，在SBR廢水處理PLC控制系統中，泵、風機和閥門電動機的控制接觸器線圈由于通斷電流較大，不能直接由PLC的輸出端口控制，需經過繼電器觸點進行轉換。

PLC控制電路設計包括PLC的選型和硬件配置以及PLC控制原理電路設計。在進行PLC硬件配置時，需要根據驅動電壓等級、負載的性質了解控制對象的驅動要求；在確定輸入/輸出接口的數量時，需要分析對象的控制要求；在對開關量、模擬量、用戶程序存儲器的容量方面，需要確定所要控制參數的精度及類型。該控制系統中，文章選擇西門子公司的S7-200系列CPU224，該PLC有24個點，在此基礎上加入8輸入/8輸出的擴展模塊EM223，一共40個點，本系統中用到20個輸入口和17個輸出口，共37個，因此能滿足系統的控制要求。PLC輸出端用交流220V電源提供給負載電源，輸入回路端運用24V直流開關電源進行供電，傳感器信號通過EM231模塊將數字量模擬量轉換為數字量，用于水位信號的采集，設計的硬件結構如圖1所示。

圖1　控制系統硬件結構原理框圖

3　軟件設計

根據SBR的廢水處理控制要求，建立了系統控制流程圖，實現各控制對象的動作順序、相互間的制約和邏輯關系。文章設計PLC控制程序包括主程序、自動控制子程序和手動控制子程序，其控制流程圖如圖2所示。

圖2　控制程序流程圖

程序開始選擇自動控制和手動控制模式，在手動控制模式下，進行開機，再進入手動控制運行模式，最后手動結束；在自動控制模式下，先檢測污水的水位，如果水位低，則打開電動閥，污水池納入污水，如果水位正常，則關電動閥停止納水，進入曝氣沉淀處理，開始計時7.5h，到達時間后，開1號泵清水池納水，然后檢測清水位，如果高了，停止1號泵，開2號泵水箱進行納水，檢測水箱水位高度，如果高了，則停止2號泵，自動狀態結束。

4　結語

文章首先簡要概述了工業廢水系統的歷史發展背景和廢水處理的三級工藝過程，然后詳細介紹了工業廢水處理方法中的序批式活性污泥法（SBR）的結構原理及其工藝過程，在此基礎上，文章設計了一套基于PLC的小型SBR廢水處理電氣控制系統，在硬件上，選用西門子公司的S7-200系列CPU224為核心控制器，配以水位監測傳感器和EM231數模轉換器用于水位信號的檢測和處理，外部主電路運用繼電器和及接觸器控制回路對電機進行控制。在軟件上，運用STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行梯形圖的編程，同時對其輸入輸出進行了分配，整個控制系統的程序包括主程序、自動控制子程序和手動控制子程序，最后對控制系統進行了測試，完成基于西門子PLC的小型SBR廢水處理電氣控制系統。

參考文獻

［1］龔威.張樹臣.實例解讀西門子PLC［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［2］龐科旺.袁文華.PLC電氣控制系統設計及應用［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［3］陸偉.基于PLC的SBR污水處理控制系統［J］.裝備制造技術，2013，（7）.

［4］代芳.基于PLC的SBR污水處理方法［J］.南昌工程學院學報，2014，（1）.

Small SBR Wastewater Treatment Control System Based on Siemens PLC

FAN Jian-feng，ZHANG Su-xin
（Suzhou Vocational Technical School，Suzhou，Jiangsu 215000，China）

Abstract:The development of industrialization accelerates the environmental pollution，the industrial wastewater pollution is particularly serious.This paper expounds the structure and process of SBR small wastewater treatment，and does hardware design for SBR small wastewater treatment，the main controller uses S7-200 series CPU224 of SIEMENS company，detection part uses water level sensor and EM231 converter，the software uses STEP 7-Micro/WIN software to program，including the main program，automatic control and manual control subroutine subroutine，finally the design of centralized SBR wastewater treatment system is completed.

Key words:wastewater treatment；SBR；S7-200

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0064-02

收稿日期：2016-04-15

作者簡介：范建峰，主要研究方向：自動控制系統設計。