污水處理電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

卞亞洲

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221000）

0 引言

在當(dāng)今這個(gè)水資源緊迫的現(xiàn)狀下，做好城市污水與工業(yè)污水的處理和再生利用的技術(shù)[1]，已經(jīng)吸引了大批相關(guān)人士的關(guān)注。

建設(shè)污水處理廠已經(jīng)是一個(gè)城市最重要的基礎(chǔ)之一。近些年來我國修建了大量各種規(guī)模的污水處理廠，有自主研發(fā)的，也有從國外引進(jìn)的，技術(shù)越來越多、工藝也越來越成熟。

隨著污水處理技術(shù)的發(fā)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(fā)展需求的控制裝置就出現(xiàn)在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用中。在污水處理的控制系統(tǒng)中采用PLC做控制核心能夠滿足污水處理廠設(shè)備分散、控制點(diǎn)多和控制信息復(fù)雜等要求[3]。

本次設(shè)計(jì)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(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。

1 工藝選擇及控制方案設(shè)計(jì)

1.1 工藝選擇

根據(jù)本次的任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)采用了常規(guī)的三級(jí)污水處理法。一級(jí)為預(yù)處理過程，是用物理處理的方法來去除大部分的不溶雜質(zhì)；二級(jí)生物處理是通過生物降解的方法來除去可溶雜質(zhì)并且進(jìn)行脫氮除磷處理；三級(jí)深度處理進(jìn)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(zhì)，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(shè)計(jì)

執(zhí)行系統(tǒng)開始啟動(dòng)后執(zhí)行以下操作：

（1）首先啟動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)，對所有的傳感器復(fù)位，初始化完成后開始進(jìn)水，當(dāng)液位傳感器得到信號(hào)后，啟動(dòng)提升泵；

（2）當(dāng)沉砂池和提升池中的污泥濃度傳感器檢測到信號(hào)后，啟動(dòng)污泥泵；

（3）污水進(jìn)入生物反應(yīng)池，氮、磷濃度傳感器開始檢測，當(dāng)有信號(hào)發(fā)出時(shí)，啟動(dòng)加藥泵；

（4）最后污水進(jìn)入間歇曝氣工序，此時(shí)水質(zhì)傳感器檢測水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，若有信號(hào)發(fā)出，則啟動(dòng)加氯泵和添加活性炭改善水質(zhì)。

系統(tǒng)按上述工作要求進(jìn)行工作。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行過程

根據(jù)本次污水處理工藝流程的選擇，采用了三臺(tái)PLC模擬控制污水處理，通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)三臺(tái)單片機(jī)PLC通信，CC-Link可將污水處理各個(gè)檢測單元的數(shù)據(jù)迅速地傳輸?shù)街髡具M(jìn)行處理[5]。

城市污水和工廠污水排進(jìn)污水管道，流進(jìn)格柵調(diào)節(jié)池，經(jīng)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(jìn)入調(diào)節(jié)池，通過提升泵將調(diào)節(jié)池中的廢水輸送到沉砂池。當(dāng)調(diào)節(jié)池和沉砂池中的污泥濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)污泥泵將這兩個(gè)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(fā)出信號(hào)給作為從站1的FX3U-48MR來控制完成的。預(yù)處理結(jié)束后的出水進(jìn)入AA∕O反應(yīng)池，進(jìn)行生物處理。進(jìn)入?yún)捬醭?，通過好氧段回流的污泥來釋放磷進(jìn)行降解和氨化有機(jī)物；進(jìn)入缺氧池，反硝化細(xì)菌將污水中的硝酸反硝化為氨氣，這是脫氮過程；污水進(jìn)入好氧池進(jìn)行除磷處理，形成高磷污泥進(jìn)行回流。當(dāng)?shù)⒘椎臐舛瘸^標(biāo)準(zhǔn)時(shí)啟動(dòng)加氯泵，調(diào)節(jié)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(jìn)入深度處理階段。通過傳感器來探測污水的水質(zhì)，若水質(zhì)沒有達(dá)到要求則啟動(dòng)加藥泵和活性炭處理，對水質(zhì)進(jìn)行凈化改善。深度處理的設(shè)備動(dòng)作是由從站2 FX3U-32MT來控制完成。經(jīng)過這一系列處理后的污水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)之后，在經(jīng)過消毒池消毒后可以作為生活和工業(yè)用水進(jìn)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(shè)計(jì)采用了CC-Link通訊來連接三臺(tái)PLC，組成一個(gè)集中處理信息與分散控制設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)。三臺(tái)PLC之間的CC-Link通訊是通過雙絞屏蔽線來實(shí)現(xiàn)，并且在DA與DB之間要加裝終端電阻。通訊模塊還應(yīng)具有可靠的接地保護(hù)。

2.3 系統(tǒng)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(tài)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(zhuǎn)容積污泥泵、AD15002PP1A6001阿爾道斯加藥泵。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC的I/O分配

污水處理廠電氣控制系統(tǒng)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(dòng)、停止按鈕，X2、X3、X4分別是污泥濃度、氮磷濃度、水質(zhì)傳感器，當(dāng)X0啟動(dòng)后觸發(fā)的狀態(tài)保持，是傳感器有輸出的條件。傳感器發(fā)送的信號(hào)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(tǒng)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?shù)奈勰酀舛群偷诐舛葌鞲衅餍盘?hào)驅(qū)動(dòng)污泥泵運(yùn)行和加藥泵運(yùn)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?shù)乃|(zhì)傳感器信號(hào)活性炭投放和加氯泵的啟動(dòng)。

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(diào)試

在調(diào)試結(jié)束后，將已將調(diào)試完的系統(tǒng)進(jìn)行工廠中的安裝調(diào)試，進(jìn)行安裝前的總的調(diào)試，在調(diào)試中找出系統(tǒng)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(xiàn)的問題要及時(shí)解決。出現(xiàn)的問題大部分可以通過修改PLC程序來解決。經(jīng)過調(diào)試后的系統(tǒng)，在一段調(diào)試運(yùn)行時(shí)間后，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否符合要求及系統(tǒng)的各方面的性能，之后才能在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行。

4 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)是通過CC-Link通訊的PLC控制污水處理系統(tǒng)，包括：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、主要硬件選型等。對系統(tǒng)各進(jìn)行了PLC程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，結(jié)果良好。