基于PLC控制的污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院 劉 磊

0 引言

隨著國家大力的提倡環(huán)保和大力支持污水處理事業(yè)污水處理市場進(jìn)入了高速發(fā)展的時期，雖然盡管現(xiàn)在城市污水處理效率已經(jīng)達(dá)到了百分之七十，但是農(nóng)村污水處理效率依然低下，所以農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型污水處理系統(tǒng)的推廣和發(fā)展依然有著很大的空間。污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)介紹污水處理廠中污水控制系統(tǒng)的組成、運(yùn)作、及如何使用PLC實(shí)現(xiàn)自控控制的功能，實(shí)現(xiàn)污水處理廠中污水處理設(shè)備的科學(xué)管理和減輕人們的工作勞動強(qiáng)度，大大提高污水處理的效率。

1 硬件電路的設(shè)計(jì)污水處理流程

1.1 設(shè)備的構(gòu)成及作用

污水處理系統(tǒng)中需要用到9個電機(jī)，所有的電機(jī)都是三相交流電源式的電機(jī)，格柵除污機(jī)能夠?qū)⑤^為大型的污水中的污染雜質(zhì)清除在外，同時它在間歇式運(yùn)行和一般式的運(yùn)行中有著不同的工作狀態(tài)，其中在一般連續(xù)式的進(jìn)水中格柵除污機(jī)是每隔一段時間起動一次，只啟動粗格柵機(jī)，因?yàn)樵谝话氵B續(xù)進(jìn)水中耗電量較大所有為了經(jīng)濟(jì)的方面考慮只啟動一臺，在間歇式進(jìn)水的條件下因?yàn)橐话銇碚f是對于排污準(zhǔn)許條件較高的情況下進(jìn)行的此時的格柵除污機(jī)子在進(jìn)入集水池的過程中經(jīng)過粗格柵和細(xì)格柵機(jī)子，對于污水中的較大的可見污染物和較小的可見污染物進(jìn)行清除，由于是間歇式的進(jìn)水方式所以在污水進(jìn)入反應(yīng)池之后粗格柵機(jī)和細(xì)格柵機(jī)都停止運(yùn)行等到下一個進(jìn)水的周期才能再一起的開啟這樣的起動方式也是最經(jīng)濟(jì)節(jié)約的方式。

電機(jī)采用的是Y系列的三相異步電動機(jī)，潷水器是重要的組成的部分它可以將上部的清水進(jìn)行排出，排入清水池的內(nèi)部同時又不會干擾反應(yīng)池中下層部分的污泥，不會對于已經(jīng)經(jīng)過處理的污水進(jìn)行二次的污染，潷水器的種類很多種對于SBR工藝流程來說采用機(jī)械式的潷水器可以大大的節(jié)省建造的成本經(jīng)過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，采用熔體為2A到10A的熔體是最符合設(shè)計(jì)要求，斷路器使用脫口電流為10A的斷路器使得主電路能夠在及時地與控制電路進(jìn)行斷開保證主電路與控制電路之間的安全。各電氣的參數(shù)如表1所示。

1.2 熔斷器和斷路器的參數(shù)的設(shè)定

（1）斷路器QF參數(shù)。短路器是用作供電系統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備，其控制的主回路的負(fù)載為電感性的交流電動機(jī)，斷路器的電流脫口數(shù)值按照電動電動機(jī)的啟動電流1.8倍整流，因?yàn)镾BR工藝中有一臺3KW的電動機(jī)，啟動的電流較大，其余的電動設(shè)備的啟動電流較小，所以可以根據(jù)3KW電動機(jī)選擇開關(guān)QF的脫扣電流I=1.8×6=10.4A.所以選用I=10.4A的斷路器。

（2）熔斷器FU熔斷體的額定數(shù)值的計(jì)算。以曝氣機(jī)為例，IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A，所以需要選擇額定數(shù)值為5A的熔斷器，其余熔斷器的額定電流也是按照這種方法進(jìn)行計(jì)算，控制電路的熔斷器額定電流選用2A。

表1 各電氣的參數(shù)

2 污水處理的工藝流程

（1）進(jìn)水階段

運(yùn)行周期從污水進(jìn)入反應(yīng)器的那一刻開始。進(jìn)水的時間可以由人認(rèn)為的設(shè)定取決于很多種的因素包括設(shè)備本身的特點(diǎn)和所處理的污水目標(biāo)，進(jìn)水階段的主要作用在于確定反應(yīng)器中的水力特征，如果進(jìn)水的階段較短，其特征就會像瞬時的工藝負(fù)荷，系統(tǒng)類似于多級串聯(lián)構(gòu)型的連續(xù)的污水處理工藝。在這種情況下，微生物剛剛開始就接觸了高濃度的有機(jī)物和其他的成分。但是各個組分的濃度隨著時間的變長而慢慢的降低。相反地，如果進(jìn)水階段的時間長，則瞬時的負(fù)荷就下了很多，系統(tǒng)的性能能夠類似于完全混合式連續(xù)處理工藝。這就意味著微生物首先會接觸到濃度比較低且相對穩(wěn)定的污水。

（2）反應(yīng)階段

進(jìn)水結(jié)束后，反應(yīng)階段是SBR工藝中最為重要的階段。此時進(jìn)水閥門關(guān)閉，空氣閥門打開，同時潛水?dāng)嚢铏C(jī)和鼓風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行，開始進(jìn)行曝氣。曝氣的時長一般在7.5小時左右。實(shí)際上，這些反應(yīng)其實(shí)是對微生物生長和基質(zhì)的利用過程。

（3）沉淀階段

在反應(yīng)曝氣時間到達(dá)后，潛水?dāng)嚢铏C(jī)和鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，開始進(jìn)入沉淀階段，開始重力分離沉淀和水體。沉淀有兩個作用沉淀出來的水要達(dá)到排放的要求和保留控制微生物控制SRT。

（4）排水階段

SBR反應(yīng)池中的水達(dá)到設(shè)定高度，經(jīng)過沉淀后進(jìn)入排水階段，此潷水器啟動，將上清的水緩緩地排出，當(dāng)SBR反應(yīng)池中的水到底設(shè)定的最低液位時，潷水器停止運(yùn)行，同時排污泥泵在潷水器停止之后開始運(yùn)行，將剩余的污泥排出。

3 PLC的接線及其硬件組態(tài)

3.1 PLC的IO口分配

西門子PLC有著很高的性價比在國際市場和國內(nèi)的市場中占有很大的比例，并且PLC S7-300系列在我國的各個行業(yè)中有著非常多的使用，S7-300是屬于模塊化的PLC,它的各個部分都獨(dú)立成塊，這些模塊都可以安裝在機(jī)架上面，屬于是中小型號的PLC，所以符合SBR污水處理系統(tǒng)中對于中小型化的要求，節(jié)省不必要的空間浪費(fèi)。PLC的IO分配如圖1所示。

圖1 PLC的IO分配圖

圖2

圖3

3.2 PLC的硬件組態(tài)

打開PLC Manager,創(chuàng)建一個新的項(xiàng)目，點(diǎn)擊插入PLC300站點(diǎn)，入 PLC300站點(diǎn)，雙擊“硬件”圖標(biāo)進(jìn)入硬件組態(tài)工具HW Con fig。首先選中目錄表中的RACK-300加入硬件導(dǎo)軌的組態(tài)，之后在硬件目錄中選中文件夾/SIMATIC 300/PS/中的PS 307 5A的模塊把它加入1號槽中CPU選用硬件目錄的CPU 313，4號槽和5號槽中選分別使用16點(diǎn)的DC 24V數(shù)字量和16點(diǎn)DC 24v的數(shù)字量輸出。如圖2所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

在主程序OB1程序中采用間歇式進(jìn)水和一般連續(xù)進(jìn)水的方式，如圖3所示。

OB100程序的設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4

5 結(jié)束語

設(shè)計(jì)采用5種工作模式分別是，一般連續(xù)進(jìn)水模式、間歇式單步進(jìn)水模式、間歇式連續(xù)周期進(jìn)水模式、間歇式單周期進(jìn)水模式，用戶可以再操縱按鈕上根據(jù)實(shí)際的情況選擇水處理的模式，使得SBR處理工 藝可以更好的運(yùn)用在實(shí)際的污水處理中。

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