基于PLC的污水凈化處理控制系統(tǒng)

秦道成，趙 娟

（荊楚理工學(xué)院電子信息工程學(xué)院 湖北 荊門 448000）

1 引言

水污染的處理雖已有所控制，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。采用自動(dòng)控制技術(shù)，降低污水處理成本，建立一套符合我國(guó)國(guó)情的污水處理系統(tǒng)是大勢(shì)所需。只有這樣才能進(jìn)一步改善環(huán)境，建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)，以保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速有效的發(fā)展。

2 PLC污水處理控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)采用三菱FX2N型的可編程控制器。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)主要由控制面板、操作站、控制站、格柵池電磁閥控制、調(diào)節(jié)池電磁閥控制、生化池電磁閥控制、生化池空壓機(jī)控制和除鹽池電磁閥控制幾部分組成。其中控制系統(tǒng)中有專門的集中控制室，控制系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備都受到集中控制室的集中控制。在控制面板上安裝有手動(dòng)按鈕和自動(dòng)按鈕。按下自動(dòng)按鈕，啟閉機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開啟功能。設(shè)備通過(guò)自動(dòng)感應(yīng)功能感應(yīng)到開啟自動(dòng)控制后才進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行的。

控制面板上顯示區(qū)域用于顯示凈水控制系統(tǒng)的水位情況。水位控制主要是通過(guò)傳感器感應(yīng)水位，這個(gè)傳感器為浮球液位傳感器。傳感器測(cè)定的水位值通過(guò)具體的液位指示計(jì)來(lái)顯示。液位指示計(jì)必須配合其他的表頭來(lái)進(jìn)行距離指示。污水中液濃度測(cè)試是在除鹽池中進(jìn)行的。除鹽池中自由氯的電極以電信號(hào)的形式感應(yīng)出污水中氯的含量，并將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)鹽濃度值輸出。污水處理后會(huì)有很多殘?jiān)瑲堅(jiān)幚硐到y(tǒng)主要是通過(guò)格柵完成的。在液位報(bào)警模塊中，如果格柵池內(nèi)的水位超過(guò)限定標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)發(fā)出報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)停止工作。此報(bào)警系統(tǒng)中，水位值的測(cè)定主要是通過(guò)液位計(jì)來(lái)測(cè)量的。所以需要對(duì)液位計(jì)進(jìn)行合理設(shè)置，保證液位計(jì)檢測(cè)到調(diào)節(jié)池的液位的時(shí)候不超過(guò)限額，防止污水溢出；SBR反應(yīng)池中放置有一臺(tái)曝氣機(jī)，由可編程序控制器控制曝氣機(jī)的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。曝氣機(jī)必須在規(guī)定時(shí)間段運(yùn)行，否則引起破壞。在進(jìn)行污水處理的時(shí)候，必須對(duì)含碳化合物進(jìn)行相應(yīng)的分解，即硝化和反硝化處理，以達(dá)到降解的目的。在污水處理中，對(duì)于除鹽的處理，主要是在除鹽池內(nèi)完成的除鹽程序操作的。

3 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中一共設(shè)置了24個(gè)輸入/輸出接點(diǎn)，系統(tǒng)中采用硬件中主體控制設(shè)備是三菱公司FX2N系列產(chǎn)品。由于FX2N系列有很多種型號(hào)，而FX2N-48MR處理速度非常快，可擴(kuò)展容量也非常大，同時(shí)還能夠滿足許多特殊場(chǎng)所的需求，所以在FX2N系列中算是比較先進(jìn)的型號(hào)。污水處理系統(tǒng)，環(huán)境較惡劣，需要設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間高速度運(yùn)行，需要設(shè)備能夠自動(dòng)的進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)功能。因此，選用的是FX2N-48MR型號(hào)，保證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠高效的運(yùn)作。

本設(shè)計(jì)中硬件設(shè)備用到I/O接口的主要有WQ型電機(jī)（水泵）、三菱FX2N-48mrPLC可編程控制器、ZW排污泵污泥泵、數(shù)字顯示儀表、余氯儀和ND-21液位變送器。輸入端子符號(hào)為X0～X22，輸出端子符號(hào)為Y0～Y22，對(duì)于每一個(gè)輸入端和輸出端分別分配給相應(yīng)的端口名稱，并實(shí)現(xiàn)不同的功能。系統(tǒng)I/O接線圖如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

污水凈化處理控制系統(tǒng)程序流程如圖2所示。按照設(shè)計(jì)的流程圖進(jìn)行了各個(gè)模塊的梯形圖的設(shè)計(jì)，并把相應(yīng)程序進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，通過(guò)仿真顯示結(jié)果比較理想。

圖1 系統(tǒng)I/O接線圖

圖3 污水凈化處理控制系統(tǒng)流程圖

3.3 污水凈化處理控制系統(tǒng)流軟件系統(tǒng)說(shuō)明

由系統(tǒng)流程圖進(jìn)行各個(gè)模塊的梯形圖設(shè)計(jì)，通過(guò)具體仿真效果很好。對(duì)具體流程簡(jiǎn)要的進(jìn)行如下說(shuō)明：

啟動(dòng)X0，使其閉合，此時(shí)M0接通，對(duì)污水水位進(jìn)行檢測(cè)；如果檢測(cè)結(jié)果為高時(shí)，X2上電，此時(shí)Y1上電，開始報(bào)警，系統(tǒng)停止進(jìn)水；調(diào)節(jié)X3時(shí)，調(diào)節(jié)Y3接通，進(jìn)水。高位時(shí)X4接通，報(bào)警燈Y2接通，第10步中的Y2斷開，停止進(jìn)水；M0接通，此時(shí)M1也隨之上電；M1上電后，T1開始計(jì)時(shí)；如果檢測(cè)的結(jié)果為低時(shí)，開始進(jìn)水；T1時(shí)間到后，第19步中的T1關(guān)斷，停止進(jìn)水，此時(shí)T2上電，此時(shí)Y6也隨之上電開始運(yùn)行，進(jìn)行曝氣；當(dāng)T2計(jì)時(shí)結(jié)束后，第27步中的T2關(guān)斷，Y6停止充氣，同時(shí)T3計(jì)時(shí)開始，在這段時(shí)間內(nèi)Y7上電開始運(yùn)行，開始排放污泥；T3時(shí)間到后，第34步中的T3關(guān)斷，排污泵Y7此時(shí)停止運(yùn)行，而T4開始上電；在這段時(shí)間內(nèi)Y10處于工作狀態(tài)，反應(yīng)池進(jìn)行排水處理工作；T4時(shí)間到后，開始第50步的操作，對(duì)定時(shí)器進(jìn)行重置，使其重新進(jìn)行工作；如果檢測(cè)到高水位，X6開始上電，此時(shí)Y5上電開始報(bào)警，第19步中的Y5自動(dòng)斷電，Y4也隨之?dāng)嚯姡藭r(shí)將不再進(jìn)水；當(dāng)水位到達(dá)低水位的時(shí)候，X5上電，M2也上電，第41步中的M2關(guān)斷，Y10關(guān)斷，排水停止；當(dāng)水位到達(dá)高水位的時(shí)候，X10自動(dòng)上電，Y11也隨之上電，第41步中的Y11關(guān)斷，排水開始；但是T4依舊處理上電狀態(tài)，主要是為了給人工處理留有足夠時(shí)間，讓工人去人工處理出現(xiàn)的各種問(wèn)題；當(dāng)檢測(cè)到污水中鹽濃度超過(guò)限定值的時(shí)候，X12自動(dòng)上電，Y12上電，此時(shí)高濃度報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，排水停止；按下排水按鈕時(shí)，手動(dòng)排水泵開始工作；手動(dòng)按下X14時(shí)，Y0自動(dòng)斷電，手動(dòng)進(jìn)水電機(jī)開始工作；手動(dòng)按下X15時(shí)，Y3自動(dòng)斷電，手動(dòng)調(diào)節(jié)池進(jìn)水電機(jī)開始工作；手動(dòng)按下X16時(shí)，Y4自動(dòng)斷電，手動(dòng)反應(yīng)池進(jìn)水電機(jī)開始工作。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的污水凈化處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的污水凈化處理系統(tǒng)相比，更加的自動(dòng)化，運(yùn)行效率更高，成本更低，功能也更加齊全，集成度也更高。對(duì)于目前水污染比較嚴(yán)重的局面建立一套行之有效的自動(dòng)控制系控對(duì)污水進(jìn)行凈化處理，是大勢(shì)所需的，也是對(duì)生態(tài)環(huán)境和水資源保護(hù)的有效途徑之一。

[1]郁漢琪，郭健.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京.中國(guó)電力出版社.2011.

[2]袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京.電子工業(yè)出版社.2009.

[3]魏德仙.可編程控制器原理及應(yīng)[M].中國(guó)水利水電出版社，2009.

[4]汪志鋒.工控組態(tài)軟件.北京.電子工業(yè)出版社[M].2010.