基于PLC的城市污水处理系统设计

第23誊第2期湖南文理学院学报(自然科学版)VoL 23 No.22011年6月Journal of Hunan University of Arts and ScienceQNatural Science Edition)Jun. 2011doi: 10.3969/jissn.1672- -6146.2011.02.020基于PLC的城市污水处理系统设计敖章洪.(湖南文理学院电气与信息工程学院,湖南常德, 415000)摘要: 为了解决城市生活污水处理问题,实现生态环境的良性循环,以三菱可编程控制器为核心，结合先进的SBR(间歇式活性污泥法)工艺设计了一-个由废水处理池、清水池、中水水箱、电气控制箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成的生活污水处理控制系统.利用GT Simulator 软件进行了系统的调试和仿真分析.调试结果表明，系统能按照设定的工艺流程可靠运行,达到了预期目标.关键词:污水处理;可编程控制器; SBR工艺中圈分类号: TP273*.5文聿编号: 1672- -6146(2011)02- 0069 -05Design of city sewage treatment system based on PLCAO Zhang hong(College of Communication and Electric Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)Abstract: To solve the problem of the city life sewage treatment and realize positive cycle of ecological environment,this paper used the Mitsubishi PLC as the control core, combined with the advanced SBR (Sequencing Batch ReactorActivated Sludge Process) process, designed the life sewage treatment control system which is composed of a wastewatertreatment pond, clean water tank, water tank, electrical control box, as well as pump, Roots blower, electric valves andsolenoid valves and so on. The paper used GT Simulator carry out a system simuation analysis. The debugging resultsshowed that the system can run in accordance with a reliable operation as the set technical process and achieveanticipated target.Key words: sewage treatment; programmable controllers; SBR process的过程是按时序来运行的,一个操作过程分5个阶1 SBR 工艺简介段:进水、反应、沉淀、清水、闲置. SBR在运行过SBR(Sequencing Batch Reactor, 间歇式活性污程中，各阶段的运行时间、反应器内混合液体积的泥法)是最早(1893年)的活性污泥法，,但由于存在对变化以及运行状态等都可以根据污水的性质、出水水质变化的适应能力不强、所供的氧不能充分利用水质与运行功能要求灵活变化[4-5].等问题，运行管理极不方便I-21. 20世纪80年代前后,2系统设计由于自动化、计算机等高新技术的迅速发展以及在污水处理领域的普及与应用(电动阀、气动阀、溶解2.1 主电路设计氧传感器、水位传感器等),使得间歇活性污泥法的本系统采用三相交流电供电,三相空气开关运行管理也逐渐实现了自动化,开发出了一系列新QF控制整个系统的电源通断,既可完成主电路的型的SBR工艺,较有代表性的包括: ICEAS、CASS、短路保护又可方便日常的维护(6-81. FU1至FU7熔断CAST、UNIT-ANK. DAT- _IAT等工艺3)] SBR工艺器起过流中国煤化工发生短路现象;YHCNMHG收稿日期: 2010-10-27作者简介:敖章洪(1977-),男,讲师，硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动. E-mail: 86638262@qq.com70湖南文理学院学报(自然科学版)2011年FR1至FR5热继电器对负载电机M1至M5起过载起/停.通过电动阀门拖动电机的正反转完成电动保护作用,消除了主要的安全隐患.3个接触器.阀门的开启和关闭,具体电路设计如图1所示.KM1/ KM2/KM3控制2个水泵和罗茨风机的独立、Q中中FU1中中中Fu2中中中FU3中中中FU5中中中FU4中中中FU6FU7KM1KM2KM3KM6KM4」」.KM5.L1| L2FR1FR2FR3FR5FR42ζ|2引2222ζζζ1#泵(污水)2#泵(清水)罗茨风机 排泥电机电动阀门拖动电机圈1污水处理系统主电路图2.2交流控制电路 设计水电磁阀、排空电磁阀、排泥电机工作指示灯.5台交流控制回路电路如图2所示，控制回路使电机分别由FRI、FR2、FR3、FR4、FR5五个热继用220 V交流电进行供电.图2中HL1为回路工作电器进行过载保护，将其常开触点并联后与中间继电源指示灯. HL2、HL3、 HL4分别为1#泵、2#泵、电器KA1的线圈串联,其触点输出24 V直流过载罗茨风机工作指示灯，由交流接触器KM1、KM2、报警信号至控制器.TC选用1: 1隔离变压器,将KM3的触点进行控制. YA1、YA2 分别为排水电磁220 V电源经TC隔离,使控制系统回路与供电回路阀和排空电磁阀的控制线圈,中间继电器KA2、之间进行电气隔离后,再为控制器提供电源，提高KA3触点控制其通断电, HL5、HL6、HL7分别为排电源质量,防止电网干扰控制系统可靠工作.LI一220VN- AC电源工作指示-&HL1KM1V> HL2污水泵工作指示KM2-1。.&HL3.清水泵工作指示KM3-1。g HL4tC: 1隔离变压器风机工作指示排水电磁阀KA2-1。-o- YA1排空电磁阀KA2-2& HLS|N田|排水电磁阀工作指示KA3-1。o YA2开关电源排空电磁阀工作指示KA3-2。& HL6排泥电机工作指示KA6-1 a心HL7|COMFR1工。24VDCFR2王。FR3亚。-oKA1FR4严。中国煤化工FRS。JYHCNMHG圈2控制系统交流控制回路电路图第2期敖章洪基于PLC的城市污水处理系统设计712.3控制系统设计0 INPUToutpuT为完成控制系统所需工艺流程,需要控制器能有较强的浮点运算能力和掉电保持的能力，根据开DC 24VN220V AC关和其他设备的需要并考虑10%~15%的裕量, 本L系统采用三菱FXzN- 48MR可编程控制器. I/O分配COM如表1所示，硬件电路图见图3._HIXY0KMIKM2表1 /0口分配表Y1端口信号注释Y2HL8X0H1污水池水位高Y3X1L1污水池水位低13 HY4HL10RX2H2清水池水位高L3 FY5HLIIX3L2清水池水位低。jSBIx6Y6HL12X4H3中水池水位高xFX2NY7HL130- -X5L3中水池水位低X6SB1启动按扭X1048MRY10HL14B-SB2停止按钮X11Y11HLI58-<3 HK1电动阀门闸刀开关X12Y12KM4K2风机闸刀开关K4 h13Y13t KM4tKM5K3排泥电机闸刀开关<5 IX14Y14HL16.8- -X13K41#清水泵闸刀开关SQIKM3X15Y1514K52#清水泵闸刀开关SQ2X16Y16KA3SQ1电动阀门开门限位sQ2电动阀门关门限位、FR4X17Y17KAX17 FR4电动阀电动机故障报警、KAIX20Y20 .KM6KA1电机热保护器报警Y21KM7M11#清水泵接触器线圈0扩展端gO |YKM2 2#清水泵接触器线圈污水池水位高指示灯(红)團3 PLC 搂线图HL9污水池水位低指示灯(绿)HL10清水池水位高指示灯(红)2.4软件设计HL1I清水池水位低指示灯(绿)污水处理流程包括进水、反应、沉淀、清水、.HL12中水箱水位高指示灯(红)闲置5个阶段.HL13中水箱水位低指示灯(绿)起动按钮按下，当污水池中无水或低水位(污HL14电动阀门开启指示灯(绿)水池水位低信号无效)且电动阀门闸刀开关闭合HLIS电动阀门关闭指示灯(黄)(X10有效)时，系统自动闭合KM4和KM7,起动进KM4开电动阀门接触器线圈水闸门直至开门限位，同时加入给定量的药品.当KM5关电动阀门接触器线圈污水池高水位信号有效时自动断开KM4,同时闭合HLl5电机热保护报警指示灯KMS使水阀门拖动电机反转进行阀门关闭，进入下KM3罗茨风机接触器线圈-环节开始曝气反应.排空电磁阀继电器线圈在反应凹艾口如什污水中鼓气,通.KA2排水电磁阀继电器线圈过生化反应中国煤化工浓度,以达到CNMHGY20KM6排泥泵接触器线圈处理工艺的要小八两的网田传感器检测的KM7加药继 电器线圈有机物浓度决定,在曝气过程中的每个扫描周期，72湖南文理学院学报(自然科学版)201A/D转换程序会适时更新曝气时间形成闭环控制,开达到最优控制的目的.反应时间到后系统自动关闭风机，停止曝气,N启动1#沉淀30min,沉淀过程将处理过的污水进行分离,启动按钮泵排水分成上清液和低层污泥.沉淀时间由PLC特殊寄存按下?史YY清水池器M8014(1min周期振荡)配合计数器C1进行控制.系统初始化水位高2沉淀过后进入清水期.↓Y当C1计数值满后，置位计数值满标志寄存器,开电磁关闭1 #泵开排同时也作为清水期的启动信号.系统自动启动1#清闸门.污电机和2 #泵污水水水泵和排泥电机进行工作,清水泵将上层清液从上位低?层排出至清水池中，清水池水位高信号有效时自动Y↓启动排污泥泵M5,其运行时间由定时器进行控制，关电磁闸门|水位高?中水时间到后自动关闭排泥电机.当污水池水位低信号无效或清水池高水位信启动给药排污时号有效时,污水处理进入最后阶段排水期(闲置期).电磁阀间到? ,系统自动关闭1#清水泵的同时开启2#清水泵,仍然|开启风机由上层开始将上--阶段处理完成的清水进行再次曝气关2 #泵关排污i分层排出进入中水箱闲置,当排水开关闭合时,KA2闭合打开排水电磁阀进行排水，具体流程如图启动A/D转换计算排中水?4、图5所示.曝气时间↓y准备开排污电磁阀曝气时|计算曝气时间间到?选取AD修改曝气时间y↓中水箱N|转换通道复位计数器」计算结果与开排空电磁有水?启动AD次是否相同阀关风机转换.关排污电磁阀↓沉淀静水30 min读取转换结果返回圈4曝气时间控制计算流程图圈5系统总体流程3系统仿真246245本设计使用了三菱公司开发的程序设计软件和触摸屏编程软件GX- -Developer和GT- Simulator进行了联调仿真!9].3.1 仿真界面编辑在系统仿真中，使用了位开关、位指示灯、数值输入和数值显示4种元件分别替代实物的输入开关量、输出开关量、A/D采样模块、数据显示器进行模拟实验.其中位开关又使用了两种不同的参数,中国煤化工起动/停止信号使用的是点动式位开关,其余的输fHCNMHG入信号均使用交替式位开关进行模拟.编辑完成之后未运行之前画面如图6所示.圈6编辑完成后触摸屏界面第2期敖章洪基于 PLC的城市污水处理系统设计733.2系统仿真操作过程止运行，阀门开门指示灯亮.点击污水池水位低按在仿真调试过程中的每一步操作都会直接影钮，模拟该水位进水到位，随着进水过程的继续污响到编程软件梯形图中各软元件的工作状态，同样水池高水位信号有效,污水池水位指示亮红灯，同更改编程软件中软元件的值也会在仿真界面上得时M4反转运行.再次点击开门限位开关后代表开到响应.以A/D采样过程为例，这种相互之间的影门限位无效,电机拖动阀门离开开门限位，一段时响如图7和图8.从图7.上可以看出，当AD采样值为间后点击关门限位开关，电动阀门开门指示灯灭关15时,剩余曝气时间为15 min,而曝气时间的计算门指示灯亮,同时排空电磁阀打开.单击A/D采样是在GX-Develpor中通过曝气时间算法计算获得值,从弹出的小键盘中输入一个0- 255的十进制数的后,系统即可根据传感器数据计算出曝气时间, 10s，后风机空载起动，同时关闭排空电磁阀进入曝气过程.曝气剩余时间为0 min后排空电磁阀起动，10 s后风机空载停机同时关闭排空电磁阀,曝气过程结束进入沉淀期,沉淀时间为30 min.沉淀时间到后-0(进入清水期，1#清水泵自动启动,先后单击清水池水位低、污水池水位高、清水池水位高或污水池水推卫电聪門位低信号后1#泵自动启动,清水池指示亮红灯，污水池水位亮绿灯并启动排泥电机及2#泵开始从清水池排水.排泥电机定时时间到后自动关闭,同时电动阀门再次自动开启进入下一-轮进水,而2#泵接着完成前一周期未完成的排水,重复污水池中排水图7当AD采样值为15时触摸屏软件上的显示圈过程.4结语SBR工艺是近20多年来发展速度最快、工程应用最广的污水处理工艺.本系统采用PLC对城市污-pamn 0D0 r300水进行SBR工艺处理,设计了PLC硬件电路图和相应软件流程图，并进行了仿真分析。仿真结果表明整个系统能按照设定工艺流程可靠运行.当然，设计也存在不足之处，如曝气时间的控制仅采取了悬浮固体浓度控制，没有考虑温度等因素的影响，系统还有待进一步完善。圈8当AD 采样值为15时曝气时间计算梯形圈参考文献:使用GX -Developer将梯形图程序编辑好,再利[1] 宋业林,宋襄翎.水处理设备实用手册[M].北京:中国用GT-Designer编好触摸屏模拟程序,编译也无错石化出版社, 2004: 102 -125.误之后即可开始系统仿真.点击GX- _Developer中国i[2] 郭永君. 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