基于PLC的制革廢水處理自控系統設計

杜鋒 魏峰 方婷 劉鵬 池瀟

【摘 要】本文將在當前這樣的一種時代背景之下，以當前這樣的一種現實狀況，作為主要的切入點，以期能夠設計出一種高效，經濟，節能的污水處理方案，進而解決當前我國的污水，在具體的排放過程中，面臨到的重大的現實困境。論文所述的污水處理系統的設計采用美國GE公司的上位機組態軟件iFIX（HMI/SCADA）和法國施耐德Schneider Electric的下位機編程軟件Unity pro來完成。組態人機界面采用GE公司的iFIX來完成，iFIX提供的HMI/SCADA組態，其中SCADA功能主要是實現整個系統的實施和客觀的管理功能，HMI功能在整個生產設計的過程中，是能夠實現可視化的管理的。設計的污水處理自控系統方案可以實現通過管理層的中央監控系統和現場層的PLC控制站，進而實現整個污水管理和系統性的處理過程中的良好的調度和優質的管理;并在精確性、方便性、通用性這幾方面都能夠較好的按照相關的方案和系統性的計劃來予以高效的執行。

【關鍵詞】PLC;污水處理;系統設計

1 前言

我國淡水資源日漸減少，污染現象越來越嚴重，重工業廢水與城市生活廢水的直接排放，是水體遭受污染的主要因素。目前，我國城市污水處理相對滯后，而每年排出的廢水量逐漸上升，導致部分區域水資源短缺，人們日常生活的用水量無法得到保障，污水治理成為了當前首要解決問題。為了采取有效的水污染防治措施，國務院印發了《水污染防治行動計劃》，提出了十條防治意見。按照此計劃行動，預計2020年，我國的水環境問題將得到緩解，并取得階段性的改善。新型科學技術、污水處理工藝是構建污水處理系統的核心，使其向全自動化時代邁進，滿足污水處理需求。本文基于PLC，依據系統開發功能需求，對污水處理廠中的PLC控制系統的設計展開了研究。

2 總體方案設計

本設計中污水處理工藝流程圖如圖2-1所示。

本設計中根據傳統活性污泥法的工作原理，主要采用了氧化還原處理工藝來完成對污水的雜質處理，整個流程是按“進水，氧化（空氣氧化），出水”周期性的進行處理工藝。本設計工作原理與傳統活性污泥法相同，但是又在后者的基礎上對其系統的部分功能進行了相應的改進，改進的部分主要是對污泥進行氧化處理這個步驟中，設計中在曝氣池處多增加了一個攪拌機和一個曝氣風機，在曝氣池占地小的前提下達到對一定量污水進行相同的氧化效果;并且在氧化處理前多增加了粗細格柵機的初步處理工序，主要是完成對污水中的固體雜質進行過濾[4]。

從系統的污水進入到處理后清水的排出作為整個污水處理工序的一個完整周期?；静僮鬟\行程序：進水泵開啟，污水進入，經過除沙、氧化和沉淀的一系列處理工序，處理完的清水排出，沒處理完的污水經過污泥回流到進水池進行二次處理。

此流程中，各個電機的自動控制下的運行都是按一定的系統要求來實現的，本文采用了PLC技術來完成對電機自動控制方面上的技術設計。

3 污水處理系統的硬件設計

3.1 PLC介紹

PLC的核心控制元件是CPU，集網絡通信、自動控制、計算機技術為一體的可編程控制器。從其本質性質上來看的話，我看不難發現，其核心的控制系統是工業機算機的作用之下，予以高效的實施和系統的完成的，整個系統，不管是從可靠性能上，還是從自身的穩定性能上，都是一種較好的狀態。在本方案中采用施耐德公司的TSXP573634自動化平臺（如圖3-1所示），TSXP573634帶有4或5個LED的顯示面板。用于請求取出PCMCIA卡和存儲SRAM文件的按鈕。終端口（TER連接器-8針mini-DIN）用于連接FTX類型或PC兼容的終端。

3.2 PLC組態硬件

整個控制系統采用施耐德（Schneider）公司的Unity Premium PLC硬件平臺和iFIX監控軟件平臺（如圖3-2所示）。整個控制系統由現場PLC控制站和中央監控系統二級構成。

3.3 PLC模擬量輸入模塊

TSXAEY810模塊是一種高電平8路隔離輸入工業測量設備。該設備與傳感器或發射器相關聯，能夠有效的完成系統性的檢測和有效的實施控制等諸多的相關功能的完善和執行。

3.4 PLC通訊模塊

通訊模塊TSXETYI 10在實際的通信過程中，是通過以太網的模式，實現彼此之間的信息交流和信息互通的。它包含一個通訊通道，該通道提供兩種連接類型：

1、與ETHWAY網絡的連接，該網絡支持使用ETHWAY配置文件傳輸公共字和運行X-Way，UNI_TE消息處理服務。

2、與TCP_IP網絡的連接，該網絡支持X-Way，UNI_TE消息處理服務。（如圖3-3所示）此通訊模塊還確保TCP_IP網絡和X-Way網絡之間X-Way、UNI_TE消息的透明路由。該模塊提供兩個標準接口來與網絡連接：

4 污水處理系統軟件設計

在本設計中主要用到的是S7-200系列的CPU226來完成系統軟件方面的設計，上面主要介紹了污水處理控制系統的結構、工作原理和電氣控制部分的結構，硬件結構的總體設計基本完成后，下面就要介紹的是系統的軟件設計部分，根據系統設計中對整個流程中每個部分控制要求和已完成的全流程的控制電路上的設計，來進行系統的軟件編程設計。在軟件的設計中，所有部分的軟件設計過程均是先按照系統實現的功能要求畫出相對應的流程框圖，再根據每個不同的部分所要實現的不同的功能要求來對其進行軟件編程方面的設計，這樣就提高了程序編寫工作的效率[11]。

4.1 污水處理系統軟件設計總體概述

根據上文中所設計系統的控制要求，整個系統的控制方式主要可以分為兩種控制模式：手動控制方式下的控制模式、自動控制方式下的控制模式。在手動控制方式的控制模式下，整個系統所涉及到的每個部分的電機都可以獨立被操作，單獨實現其運行和停止;在自動控制方式的控制模式下，系統中所涉及到的每個部分的電機均按照系統中所要求的一定的順序來實現其運行和停止。

4.2 污水處理各個部分軟件的設計

在以上繪制的自動控制模式流程圖中，主要調用了長個系統中各個被控制部分系統的程序，其中包含五個部分的系統程序：粗格柵系統程序、進水泵程序、細格柵系統程序、曝氣氧化系統程序、污泥回流泵程序。由于自動控制模式下，在整個系統運行過程中，曝氣氧化系統中的曝氣風機和攪拌機持續運行，因此下面的程序軟件設計中主要介紹對于粗細格柵系統、進水泵和污泥回流泵這三個部分的運行程序的工作過程進行詳細設計解說。

4.2.1 粗細格柵系統程序

本設計中粗細格柵系統的工作過程一樣，因此下面只介紹粗格柵系統工作過程。工作過程主要有以下幾個方面：

（1）系統的自動控制模式開啟之后，粗格柵機停止不運行，停止狀態定時時間為4min。

（2）停止的定時時間4min結束后，粗格柵機開始運行，運行狀態的設定時間為1min。

（3）運行的定時時間1min結束后，粗格柵機停止運行4min后，再運行1min，整個操作過程如此循環運行。

4.2.2進水泵程序

進水泵主要的功能根據進水池中的液位檢測傳感器反饋的實際液位對進入系統的污水量的控制，其工作過程包括以下幾個方面：

（1）自動控制開啟后，進水泵開始運行，并檢測液面的高低。

（2）若實際液面低于最低要求液面，進水泵持續運行。

（3）若實際液面高于最高要求液面，進水泵停止運行，否則啟動進水泵，如此循環運行。

4.2.3污泥回流泵程序

污泥回流泵主要功能是將未能處理的污泥回流到處理系統的起始處進行再次處理。其工作過程包括以下幾個方面：

（1）自動控制開啟后，污泥回流泵泵開始運行，并檢測液面的高低。

（2）若實際液面高于最高要求液面，污泥回流泵持續運行。

（3）若實際液面低于最低要求液面，污泥回流泵停止運行，否則啟動污泥回流泵，如此循環運行。

4.2.4 模擬/數字量間的轉換

在本設計中，進水泵和污泥回流泵的在自動控制下的啟停由進水池和沉淀池中的液位檢測器反饋的實際液位值來確定。液位檢測器反饋的是模擬量，控制兩個泵運行需要數字量，這就涉及到系統中的模擬量和數字間的轉換問題。模擬量的輸入和輸出通用的換算方法主要是A/D的轉換和運算[12]。

模擬量的輸入/輸出都可以用下列的通用換算公式換算見式：Ov=[（Osh-Osl）*（Iv-Isl）/（Ish-Isl）]+Osl

結語

目前，環境問題已經成為了世界各國的想要解決的首要問題。隨著我國的各個省區不斷的外擴不斷的城市化，生活污水的處理已經成為了省政府最為頭疼的問題。近幾年各個省政府投入了大量資金在各個城鎮建設污水處理系統，用于居民生活污水的處理與凈化。眾所周知，我國的水資源嚴重的匱乏，世界上13個缺水的國家中，中國就在其中。如何將生活污水進行處理與凈化再循環利用已成為當今社會的一大重要問題。世界中的發達國家已經很有效的完成了生活污水的處理，例如美國平均每1萬人就擁有一座生活污水處理廠，而中國平均每150萬人才擁有一座生活污水處理廠。因此，我國想要改善環境質量與人民的生活環境就必須加大我國生活污水處理的效率與力度。而PLC以其適用范圍廣、安裝便捷、性價比高、方便可靠等許多優點，在當今的工業中已經得到了越來越多的應用。成為了許多工廠的首要選擇。由此，研究一個基于PLC的生活污水處理系統的設計，將會使生活污水處理起來更為方便便捷，具有很深的意義。

污水處理系統的設計采用美國GE公司的上位機組態軟件iFIX（HMI/SCADA）和法國施耐德Schneider Electric的下位機編程軟件Unity pro來完成?？刂葡到y采用施耐德（Schneider）公司的Unity Premium PLC硬件平臺和iFIX監控軟件平臺。

參考文獻：

[1]辛亭，白東坡，宋曉蘭. 基于PLC的污水處理控制系統[J]. 中國科技信息，2011，08：37-38.

[2]丁鑫，王樂清. 生活污水處理的PLC控制系統設計[J]. 工業控制計算機，2011，05：89-90.

（作者單位：中華人民共和國石家莊海關）