基于PLC控制的污水處理系統的設計

2018-04-26 08:51:31貴州大學電氣工程學院

電子世界 2018年7期

貴州大學電氣工程學院劉磊

0 引言

隨著國家大力的提倡環保和大力支持污水處理事業污水處理市場進入了高速發展的時期，雖然盡管現在城市污水處理效率已經達到了百分之七十，但是農村污水處理效率依然低下，所以農村鄉鎮小型污水處理系統的推廣和發展依然有著很大的空間。污水處理系統的設計介紹污水處理廠中污水控制系統的組成、運作、及如何使用PLC實現自控控制的功能，實現污水處理廠中污水處理設備的科學管理和減輕人們的工作勞動強度，大大提高污水處理的效率。

1 硬件電路的設計污水處理流程

1.1 設備的構成及作用

污水處理系統中需要用到9個電機，所有的電機都是三相交流電源式的電機，格柵除污機能夠將較為大型的污水中的污染雜質清除在外，同時它在間歇式運行和一般式的運行中有著不同的工作狀態，其中在一般連續式的進水中格柵除污機是每隔一段時間起動一次，只啟動粗格柵機，因為在一般連續進水中耗電量較大所有為了經濟的方面考慮只啟動一臺，在間歇式進水的條件下因為一般來說是對于排污準許條件較高的情況下進行的此時的格柵除污機子在進入集水池的過程中經過粗格柵和細格柵機子，對于污水中的較大的可見污染物和較小的可見污染物進行清除，由于是間歇式的進水方式所以在污水進入反應池之后粗格柵機和細格柵機都停止運行等到下一個進水的周期才能再一起的開啟這樣的起動方式也是最經濟節約的方式。

電機采用的是Y系列的三相異步電動機，潷水器是重要的組成的部分它可以將上部的清水進行排出，排入清水池的內部同時又不會干擾反應池中下層部分的污泥，不會對于已經經過處理的污水進行二次的污染，潷水器的種類很多種對于SBR工藝流程來說采用機械式的潷水器可以大大的節省建造的成本經過計算和實驗，采用熔體為2A到10A的熔體是最符合設計要求，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行斷開保證主電路與控制電路之間的安全。各電氣的參數如表1所示。

1.2 熔斷器和斷路器的參數的設定

（1）斷路器QF參數。短路器是用作供電系統的開關設備，其控制的主回路的負載為電感性的交流電動機，斷路器的電流脫口數值按照電動電動機的啟動電流1.8倍整流，因為SBR工藝中有一臺3KW的電動機，啟動的電流較大，其余的電動設備的啟動電流較小，所以可以根據3KW電動機選擇開關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熔斷體的額定數值的計算。以曝氣機為例，IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A，所以需要選擇額定數值為5A的熔斷器，其余熔斷器的額定電流也是按照這種方法進行計算，控制電路的熔斷器額定電流選用2A。

表1 各電氣的參數

2 污水處理的工藝流程

（1）進水階段

運行周期從污水進入反應器的那一刻開始。進水的時間可以由人認為的設定取決于很多種的因素包括設備本身的特點和所處理的污水目標，進水階段的主要作用在于確定反應器中的水力特征，如果進水的階段較短，其特征就會像瞬時的工藝負荷，系統類似于多級串聯構型的連續的污水處理工藝。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，如果進水階段的時間長，則瞬時的負荷就下了很多，系統的性能能夠類似于完全混合式連續處理工藝。這就意味著微生物首先會接觸到濃度比較低且相對穩定的污水。

（2）反應階段

進水結束后，反應階段是SBR工藝中最為重要的階段。此時進水閥門關閉，空氣閥門打開，同時潛水攪拌機和鼓風機開始運行，開始進行曝氣。曝氣的時長一般在7.5小時左右。實際上，這些反應其實是對微生物生長和基質的利用過程。

（3）沉淀階段

在反應曝氣時間到達后，潛水攪拌機和鼓風機停止運行，開始進入沉淀階段，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反應池中的水達到設定高度，經過沉淀后進入排水階段，此潷水器啟動，將上清的水緩緩地排出，當SBR反應池中的水到底設定的最低液位時，潷水器停止運行，同時排污泥泵在潷水器停止之后開始運行，將剩余的污泥排出。

3 PLC的接線及其硬件組態

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,它的各個部分都獨立成塊，這些模塊都可以安裝在機架上面，屬于是中小型號的PLC，所以符合SBR污水處理系統中對于中小型化的要求，節省不必要的空間浪費。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

打開PLC Manager,創建一個新的項目，點擊插入PLC300站點，入 PLC300站點，雙擊“硬件”圖標進入硬件組態工具HW Con fig。首先選中目錄表中的RACK-300加入硬件導軌的組態，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點的DC 24V數字量和16點DC 24v的數字量輸出。如圖2所示。