污水處理電氣控制系統的設計與實現

卞亞洲

（徐州工業職業技術學院，江蘇徐州 221000）

0 引言

在當今這個水資源緊迫的現狀下，做好城市污水與工業污水的處理和再生利用的技術[1]，已經吸引了大批相關人士的關注。

建設污水處理廠已經是一個城市最重要的基礎之一。近些年來我國修建了大量各種規模的污水處理廠，有自主研發的，也有從國外引進的，技術越來越多、工藝也越來越成熟。

隨著污水處理技術的發展，人們對污水處理的控制要求越來越高、操作也要求簡單、便捷，所以可編程控制器（Programmable logic Controller，即PLC）這種能夠滿足發展需求的控制裝置就出現在控制系統的設計應用中。在污水處理的控制系統中采用PLC做控制核心能夠滿足污水處理廠設備分散、控制點多和控制信息復雜等要求[3]。

本次設計是以Q00U PLC為主站和FX3U-48MR、FX3U-48MT為從站1和從站2[4]，對污水處理過程中的提升泵、污泥泵、加氯泵、加藥泵等進行自動控制的系統。

1 工藝選擇及控制方案設計

1.1 工藝選擇

根據本次的任務要求，本設計采用了常規的三級污水處理法。一級為預處理過程，是用物理處理的方法來去除大部分的不溶雜質；二級生物處理是通過生物降解的方法來除去可溶雜質并且進行脫氮除磷處理；三級深度處理進行混凝沉淀、砂濾處理、活性炭吸附等過程[2]。

為了得到更好的水質，所以綜合上述要求選用MSBR工藝來作為該污水處理廠的核心處理工藝。

1.2 控制方案設計

執行系統開始啟動后執行以下操作：

（1）首先啟動系統，系統進入初始化狀態，對所有的傳感器復位，初始化完成后開始進水，當液位傳感器得到信號后，啟動提升泵；

（2）當沉砂池和提升池中的污泥濃度傳感器檢測到信號后，啟動污泥泵；

（3）污水進入生物反應池，氮、磷濃度傳感器開始檢測，當有信號發出時，啟動加藥泵；

（4）最后污水進入間歇曝氣工序，此時水質傳感器檢測水質是否達標，若有信號發出，則啟動加氯泵和添加活性炭改善水質。

系統按上述工作要求進行工作。如圖1所示。

圖1 系統整體設計方案圖

2 系統的硬件設計

2.1 系統運行過程

根據本次污水處理工藝流程的選擇，采用了三臺PLC模擬控制污水處理，通過現場總線實現三臺單片機PLC通信，CC-Link可將污水處理各個檢測單元的數據迅速地傳輸到主站進行處理[5]。

城市污水和工廠污水排進污水管道，流進格柵調節池，經過格柵將是固體且體積大于格柵縫隙的廢棄物去除，剩下的可以通過格柵的廢水進入調節池，通過提升泵將調節池中的廢水輸送到沉砂池。當調節池和沉砂池中的污泥濃度達到設定值時，啟動污泥泵將這兩個池中的污泥輸送到污泥池中。污泥泵的控制是由從Q00U PLC主站發出信號給作為從站1的FX3U-48MR來控制完成的。預處理結束后的出水進入AA∕O反應池，進行生物處理。進入厭氧池，通過好氧段回流的污泥來釋放磷進行降解和氨化有機物；進入缺氧池，反硝化細菌將污水中的硝酸反硝化為氨氣，這是脫氮過程；污水進入好氧池進行除磷處理，形成高磷污泥進行回流。當氮、磷的濃度超過標準時啟動加氯泵，調節氮、磷濃度。加氯泵的控制是由從站1來控制完成的。在完成生物處理后的污水進入深度處理階段。通過傳感器來探測污水的水質，若水質沒有達到要求則啟動加藥泵和活性炭處理，對水質進行凈化改善。深度處理的設備動作是由從站2 FX3U-32MT來控制完成。經過這一系列處理后的污水達到排放標準之后，在經過消毒池消毒后可以作為生活和工業用水進行排放。如圖2所示。

圖2 污水處理流程圖

2.2 電路接線圖

電路接線圖分別如圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。

圖3 CC-link接線圖

圖4 主電路接線圖

圖5 Q系列PLC接線圖

圖6 FX3U-48MTPLC接線圖

圖7 FX3U-48MRPLC接線圖

本次設計采用了CC-Link通訊來連接三臺PLC，組成一個集中處理信息與分散控制設備的電氣控制系統。三臺PLC之間的CC-Link通訊是通過雙絞屏蔽線來實現，并且在DA與DB之間要加裝終端電阻。通訊模塊還應具有可靠的接地保護。

2.3 系統硬件選型

（1）可編程控制器：Q系列PLC、FX3U-48MR及FX3U-48MT；

（2）觸摸屏：昆侖通態TPC7062Ti（K）觸摸屏觸摸屏；

（3）CC-Link通訊模塊：QJ61BT11 Q系列CC-Link通訊模塊、FX3U系列CC-Link通訊模塊；

（4）傳感器：ZWYG-2087PW紅外污泥濃度傳感器、GC14CFTD（NPD）氮磷檢測器、BPH-200A PH儀、DOG-2082 DO儀、LDQ-SSL85-2A2浮球液位傳感器；

（5）泵：IHG80-160A管道離心泵、BOS自吸式旋轉容積污泥泵、AD15002PP1A6001阿爾道斯加藥泵。

3 系統的軟件設計

3.1 PLC的I/O分配

污水處理廠電氣控制系統I∕O分配表如表1所示。

3.2 PLC程序

3.2.1 主站程序

圖8為主站程序：X0、X1為啟動、停止按鈕，X2、X3、X4分別是污泥濃度、氮磷濃度、水質傳感器，當X0啟動后觸發的狀態保持，是傳感器有輸出的條件。傳感器發送的信號通過雙絞屏蔽線傳輸給從站。

表1 污水處理廠電氣控制系統I/O分配表

圖8 主站程序

3.2.2 從站1程序

圖9為從站1程序：從站1讀取主站傳輸的污泥濃度和氮磷濃度傳感器信號驅動污泥泵運行和加藥泵運行。

3.2.3 從站2程序

圖10為從站2程序：從站2讀取主站傳輸的水質傳感器信號活性炭投放和加氯泵的啟動。

3.3 觸摸屏地址分配

污水處理廠電氣控制觸摸屏地址分配表如表2所示。

圖9 從站1程序

圖10 從站2程序

表2 污水處理廠電氣控制觸摸屏地址分配表

3.4 整體調試

在調試結束后，將已將調試完的系統進行工廠中的安裝調試，進行安裝前的總的調試，在調試中找出系統的缺陷，比如：傳感器、接線、通訊等存在的問題，以及PLC程序與外部接線之間的問題，對出現的問題要及時解決。出現的問題大部分可以通過修改PLC程序來解決。經過調試后的系統，在一段調試運行時間后，檢驗系統是否符合要求及系統的各方面的性能，之后才能在實際生產中運行。

4 結論

本次設計是通過CC-Link通訊的PLC控制污水處理系統，包括：系統總體設計、主電路設計、控制電路設計、主要硬件選型等。對系統各進行了PLC程序的設計和調試，結果良好。