基于PLC 控制的工業廢水處理系統研究

張君

（華亭華煤清能煤化工有限責任公司，甘肅 平涼 744100）

1 前言

在工業生產過程中，水被使用后，水中會含有許多污染廢物，導致使用后的水必須經過處理后才能排出，這類水通常被叫作廢水。處理廢水要按照國家相應的“工業廢水”排放標準。工業在生產過程中需要使用大量的水，數據顯示，2021 年，工業用水量占全國用水總量的17.7%，廢水排放量約占全國污水排放量的1/4。因此電廠廢水對環境有著巨大的影響，盡管廢水的污染度不高，但是巨大的排量仍然對環境造成巨大的威脅。因此，對電廠廢水進行凈化處理，提高水質質量，減輕環境壓力，實現凈化水的重復利用，減少新鮮水的使用量，實現節約用水，具有可持續發展的重要意義。當前生產中工業廢水產生的廢水種類，如圖1 所示。

圖1 廢水種類產生圖

2 廢水處理工藝流程和總體方案設計

廢水處理工藝流程圖具體環節，如圖2 所示。

圖2 廢水處理工藝流程圖

3 系統硬件電路設計

在硬件電路主回路中包含有M1 格柵除污機、M2 潷水器、M3 鼓風機、M4 剩余污泥泵、M5 回流污泥泵，它們分別由KM1、KM2、KM3、KM4、KM5 等交流接觸器控制；另外兩臺攪拌機分別由KM6 和KM7 控制。主電路中的7 臺電動機M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7 由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7 實現過載保護。QF 是電路總開關，起到對主電路進行短路保護作用和分斷三相交流電源的作用。7 個熔斷器則分別對各個負載的控制回路進行短路保護。其中，對兩臺攪拌機的電路設計，是通過對電機進行正－反－停控制來攪拌廢水的，在控制時，使電路實現電氣互鎖和機械互鎖，以此來使KM6、KM7 得電失電，按下常閉開關SB1，實現停止功能；按下SB2，KM6 得電，KM7 失電；按下SB3，KM7 得電，KM6 失電，實現電氣互鎖和機械互鎖，如圖3 ～4 所示，PLC 控制電路設計如圖5 所示。

圖3 系統控制主電路圖

圖4 攪拌機電氣原理圖

圖5 PLC 控制電路原理圖

4 系統軟件程序設計

粗、細格柵除污機控制程序的設計：粗格柵主要用于過濾大顆粒的雜質。采用自動操作方式，控制兩個粗格柵除垢器的開啟和關閉。粗柵格可以過濾更大的雜質和污染，而較小的污染物則會隨著廢水而流動，而細格柵則是用來過濾微量的污染物。采用自動操作方式，通過定時控制兩個細格柵清除污機的斷電。粗、細格柵除污機工作流程如圖6、7 所示。

圖6 粗格柵廢水處理流程圖 圖7 細格柵廢水處理流程圖

當集水池中的水位升高到一定高度后，開啟進水閥門，將集水池中的水引入1#SBR 池，當1#SBR 池中的水位也升高到一定高度后，則關閉進水閥門，開啟另一個控制2#SBR 池的進水閥門，同樣當2#SBR 池中的水位也達到目標高度后，即可關閉2#SBR 池的進水閥門，繼而開啟3#SBR 池的進水閥門，如此類推進行水位控制。利用S7-300Simulator 仿真軟件對STEP7-Micro/WIN 所編程的程序進行仿真，打開S7-200Simulator 仿真軟件后選擇與STEP7-Micro/WIN 編程時的PLC 類型相同的CPU型號，本次仿真選用了CPU 226，然后載入程序，勾選全部，勾選與STEP7-Micro/WIN 版本相同的導入文件版本，選中所編程梯形圖，實現載入程序；點擊運行模式，開啟監視，觀察梯形圖是否正常接通運行，左側仿真圖中下方為輸入，可通過按鈕進行輸入，上方為輸出。通過按鈕和監測來對梯形圖進行檢查每個網絡的梯形圖是否正確，若存在沒有接通，則對梯形圖進行檢查修改。具體的PLC 仿真的調試部分過程，圖8 所示。

圖8 PLC 仿真圖

5 組態畫面

應用組態軟件可實現對系統工藝流程的實時監控，包括對工藝流程中數據的采集和處理、電機的啟動和停止、系統故障和參數錯誤的報警等，使工作人員更好的把控生產過程，極大提高了工作效率。開發組態監控畫面，畫面中要組態控制的設備有粗格柵、細格柵、好氧池、厭氧池、污泥濃縮池、沉淀池、漩流沉沙池、紫外線消毒、壓泥機等，還要有組態按鈕、管道、指示燈等，然后連接變量，進行組態動態控制圖監控（圖9、10）。廢水中的雜質最后由污泥泵驅動在管道中經紫外線消毒后排除系統的動畫。畫面底部不同的組態按鍵可切換不同的監控畫面。

圖9 工藝流程主畫面

圖10 監控畫面

6 結語

本文針對工業廢水處理系統為工程背景，在對廢水處理工藝流程進行詳細剖析的基礎上，完成自動控制、手動控制和遠程操控等功能于一體的自動化控制系統的設計。整個控制系統采用二級計算機控制方式：基礎自動化級采用SIMATIC S7-300 系列PLC，實現對粗格柵、細格柵、好氧池、厭氧池、污泥濃縮池、沉淀池、漩流沉沙池、紫外線消毒、壓泥機等工藝參數的監測，監控級為西門子的工業控制計算機，實現系統的組態、監控、報警提示、制表等功能。