智能雨水回收處理系統的控制與研究

(正德職業技術學院 機電工程系，江蘇 南京 211106)

1 概述

水是人類生存必不可少的能源，也是制約當今社會經濟發展的重要資源，伴隨著現代社會科技與經濟的不斷發展與進步，我國的用水量在逐步增加，我國是一個水資源較為匱乏的國家，人均水資源量僅占世界人均的1/4。通過對雨水的回收利用，不僅可以在一定程度上避免旱澇災害，減輕市政管網壓力，也可以在一定程度上解決雨水中所摻雜的雜質造成污染與堵塞的問題。基于上述原因，設計出一個可以集對雨水的收集，過濾，存儲和應用于一體的可循環智能系統，來幫助實現水資源的節約和再利用

2 雨水回收系統的硬件設計

2.1 水箱的結構設計

根據目前國內雨水回收站的設計方案，可以把整個系統分為4個裝置，雨水的收集與存儲，雨水的初次處理與沉淀，二次處理與沉淀和處理后雨水的存儲與應用。每個水箱內都含有一個液位傳感器，實時記錄水箱內的雨水量。

1號水箱用來作為雨水收集和存儲，為雨水過濾靜置的第一道工序。

2號水箱其中含有中和pH的裝置和電機攪拌裝置，這是進行酸堿中和反應的重要加工場所。

3號水箱為第二道靜置工序，再一次將雨水沉淀。

4號水箱連接著電機，用來進行灌溉雨水的存儲。

2.2 控制設備的設計

設計的主要結構由可編程控制器，變頻器，A/D,D/A拓展模塊等部件組成。

本設計采用上位機控制可編程控制器來實現雨水回收的處理功能與實時監控系統。第一步，由4個水箱內放置的液位傳感器所反饋的數據來控制著整個雨水處理系統的進程。系統啟動后，液位傳感器和pH檢測裝置將數據傳到可編程控制器內，通過已經設計好的工作條件來輸出相應的信號，信號傳達到推進電機進行雨水的中和處理。

第二步，處理完成后靜置一段時間，將產生的沉淀抽離出去，再將雨水排放到3號水箱進行二次處理和沉淀，過程與2號水箱一致。

第三步，將處理后的雨水存儲到4號水箱，由土壤溫度濕度傳感器所反饋的數據來作為信號，自行進入灌溉程序，并有變頻器控制電機調節輸出水量的多少與停止。

3 雨水回收的軟件設計

3.1 系統設計軟件的選用

本設計主要使用了3種軟件來進行所需程序、圖形的編程和繪制，GX Works/ FX3U程序編程. GT Designer3/GOT人機界面、Office Visio/制圖。

3.2 PLC程序的設計

系統程序主要工作流程是以PLC中SFC的形式所編程,用通訊協議來進行PLC與其他設備的信息交換,使用的是特殊拓展模塊，用來進行識字量和模擬量的相互轉換。

4 實時監控系統設計

4.1 觸摸屏的選型

此次設計選用的監控屏幕是GOT1000，1000型號的觸摸品雖然尺寸較小，但完全可以勝任所需的監控任務要求。出于經濟和時間的限制，選用此型號。

4.2 控制界面的設計

控制界面是整個監控系統的重要組成部分，其內部包含有啟動，復位，停止三個按鈕，每個按鈕上方的電子燈，與按鈕相關聯，可以顯示按鈕是否在工作狀態。

啟動按鈕是整個系統的運行按鈕，復位按鈕則是在ON狀態后所有的繼電器，開關和電磁閥會在整個系統運行一周后全部跳到OFF狀態，此時再按啟動按鈕可以重新啟動。停止按鈕，則是為了預防突發情況所設計的立即停止按鈕，當停止按鈕為ON時，系統將立即停止運行所有的開關。

4.3 PID控制界面的設計

PID調節控制界面是整個系統控制中最復雜的內容，當需要進行雨水灌溉的時候我們需要先設定所需的恒定的雨水輸出速率，在按啟動按鈕才能啟動PID調節程序，圖中的PID值的設定應在事先調節完畢存儲進入。

4.4 土壤濕度監控界面的設計

土壤濕度傳感器發回的檢測數據，設計中白色線條代表著經過雨水灌溉前后的適度趨勢，下方也有當前濕度的實時監控數據量。

4.5 監控系統的實現

監控系統在運行時，不斷的與PLC進行數據交換，從而把實時數據反映在觸摸屏上，設計中折線的變化趨勢表明了監控系統目的得以實現，紅色線代表設定值，白色線代表實時輸出的速率值，當兩個值之間相差越小，表明輸出的速率越平穩，從而實現了對雨水的調速控制。

5 結 語

整個設計中仍然存在一些不足的地方，比如算法中值采用了最簡單的PID算法，讓調節系統還不夠快速，精準。希望在后面不斷的修改中，可以實現高級算法的加入，讓整個調控的速度，準確度更加突出其次，程序上可以實現各個水箱的自動獨立控制，讓各個水箱可以同時進行不同的運行方式，這樣可以使整個系統更加的穩定，同時也節省相應的時間。還比如硬件上，酸堿中和里推料裝置的進一步升級，使得更加的專業化，智能化，線路設計上還可以進一步的優化。