工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的plc設(shè)計(jì)

工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的plc設(shè)計(jì)：

1.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

主要設(shè)計(jì)內(nèi)容是工業(yè)工業(yè)污水處理工藝及工業(yè)污水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要由以下內(nèi)容組成：

（1）介紹了工業(yè)污水處理的基本內(nèi)容，包括工業(yè)污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀以及工業(yè)污水處理的工藝流程；

（2）介紹了PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析；

（3）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)；

（4）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理的軟件系統(tǒng)；

（5）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行。

2 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹

2.1工業(yè)污水處理基本概念

城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或經(jīng)過(guò)工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入排水系統(tǒng)。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，后出路有三種：①排放水體；②灌溉田地；③重復(fù)使用。

污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類(lèi)。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無(wú)機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。

2.2 常用的工業(yè)污水處理工藝

不同的工業(yè)污水處理對(duì)象，不同的工業(yè)污水處理環(huán)境，將需要有不同的工業(yè)污水處理工藝來(lái)處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時(shí)候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以及實(shí)際的工業(yè)污水處理的環(huán)境。

工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學(xué)、物理化學(xué)，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以針對(duì)不同的污水混合使用。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學(xué)處理法。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。

（1）傳統(tǒng)活性污泥法。

（2）A2/O法。

（3）SBR法。

2.3工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)控制形式

早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器——接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，控制要求的不斷提高，該類(lèi)控制方法已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線控制、PLC等控制方。

（1）DCS系統(tǒng)。DCS是集散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，又稱(chēng)為分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。由計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制站、檢測(cè)站和操作站、控制站等連接起來(lái)，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類(lèi)生產(chǎn)過(guò)程，可提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，其主要特點(diǎn)如下：采用分級(jí)分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡(jiǎn)單。實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險(xiǎn)性分散，可靠性提高。擴(kuò)展能力較強(qiáng)。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。實(shí)時(shí)性好，響應(yīng)快。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來(lái)的，是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)：可以用計(jì)算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。通信協(xié)議公開(kāi)，不同產(chǎn)品可互連。

（3）PLC系統(tǒng)。PLC是可編程邏輯控制器的簡(jiǎn)稱(chēng)，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特點(diǎn)如下：編程方便，開(kāi)發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便。控制功能強(qiáng)。模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。

2.4 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的功能要求

工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對(duì)城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過(guò)該系統(tǒng)處理后，輸出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過(guò)了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡(jiǎn)易、高效、低能耗的功能， 并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過(guò)程，采用PLC作為核心控制器是個(gè)較好的方案。

PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。與各類(lèi)人機(jī)界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時(shí)使用戶(hù)可通過(guò)操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。由于PLC的CPU強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。

利用PLC作為控制器的工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)主要涉及兩個(gè)方面：一是信號(hào)輸入；二是控制輸出信號(hào)。

2.4.1信號(hào)輸入

工業(yè)污污水處理控制系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測(cè)方面主要涉及四類(lèi)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，主要包括：按鈕的輸入檢測(cè)、液位差的輸入檢測(cè)、液位高低的輸入檢測(cè)，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測(cè)。

（1）按鈕輸入檢測(cè)。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測(cè)，主要有自動(dòng)按鈕、手動(dòng)按鈕、格柵機(jī)啟動(dòng)按鈕、清污機(jī)啟動(dòng)按鈕、潛水泵啟動(dòng)按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動(dòng)按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機(jī)工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。

（2）液位差輸入檢測(cè)。檢測(cè)粗細(xì)格柵兩側(cè)液位差，用來(lái)控制清污機(jī)的啟動(dòng)與停止。

（3）液位高低輸入檢測(cè)。檢測(cè)進(jìn)水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來(lái)控制潛水泵或污泥回流泵的啟動(dòng)和停止，以及投入運(yùn)行的潛水泵的數(shù)量。

（4）含氧量輸入檢測(cè)。以上三種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過(guò)程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測(cè)污水中的含氧量，并通過(guò)曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。通過(guò)將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)位置上，將檢測(cè)值反饋到PLC中，通過(guò)運(yùn)算輸出控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)。當(dāng)溶解氧值偏低時(shí)，降低了微生物分解的效果，延長(zhǎng)了處理時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當(dāng)溶解氧值偏高時(shí)，導(dǎo)致微生物過(guò)氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以減少供氧量，使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。

2.4.2控制輸出信號(hào)

信號(hào)輸出部分主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是數(shù)字量輸出，即各類(lèi)設(shè)備的接觸器；另外一個(gè)是模擬量輸出，用來(lái)控制曝氣機(jī)變頻器。

（1）數(shù)字量輸出?？刂聘黝?lèi)設(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：格柵機(jī)啟停、清污機(jī)啟停、潛水泵啟停、潛水?dāng)嚢杵鲉⑼?、污泥回流泵等設(shè)備。

（2）模擬量輸出通過(guò)PLC中PID運(yùn)算后的數(shù)據(jù)，通過(guò)其功能模塊輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制污水中含氧量的要求。

3 硬件系統(tǒng)配置

氧化溝是工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)的不同形成了不同的氧化方法例如，奧貝爾、卡魯賽爾和一體化氧化溝法，對(duì)于不同的結(jié)構(gòu)，其配套的設(shè)備也有較大的不同，所以其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，因此需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

3.1主要組成部分

工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過(guò)程及原理大致相同，都是通過(guò)控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其基本組成如圖2所示。

3.2電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。由于在該系統(tǒng)中需要檢測(cè)較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測(cè)模擬量的輸入，根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號(hào)，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時(shí)序就需要嚴(yán)格照檢測(cè)信號(hào)的輸入進(jìn)行控制。

(1）操作面板。操作面板主要包括手動(dòng)、自動(dòng)、各類(lèi)設(shè)備的啟動(dòng)按鈕等。

(2）顯示面板。顯示面板由于要顯示較多的數(shù)據(jù)，因此一般采用觸摸屏或者人機(jī)界面。

(3）電氣控制柜。電氣控制柜是電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、各類(lèi)傳感器的輸入信號(hào)、PLC及其擴(kuò)展模塊等。

4調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果

工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝完成后，進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試和試運(yùn)行，確定符合實(shí)際進(jìn)水水量和水質(zhì)的各項(xiàng)控制參數(shù)，發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備、儀表、程序、工藝等方面出現(xiàn)的問(wèn)題，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)，即出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.1硬件系統(tǒng)的調(diào)試

按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求將各硬件接線接好。調(diào)試過(guò)程首先檢查總供電及各設(shè)備供電是否正常，然后檢查設(shè)備的電氣控制柜是否正常，能否正常開(kāi)機(jī)，各種閘閥能否正常開(kāi)啟和關(guān)閉，檢查儀表及控制系統(tǒng)是否正常。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查后，開(kāi)始具體調(diào)試。

硬件功能調(diào)試主要是測(cè)試硬件的功能是否正常，這部分的調(diào)試內(nèi)容包括：

（1）供電線路的設(shè)置和檢驗(yàn)，主要用萬(wàn)用表檢測(cè)電路的連通是否實(shí)現(xiàn)，以及保證接線的正確性，防止220V與24V線路的錯(cuò)位接線發(fā)生；

（2）電機(jī)直接加三相電源調(diào)試，檢測(cè)電機(jī)工作狀態(tài)；

（3）變頻器單獨(dú)調(diào)試，檢測(cè)能否正常進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

（4）變頻器加電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，檢測(cè)能否正常進(jìn)行變頻調(diào)速，在外部控制模式下，控制端子是否能正常控制電機(jī)啟動(dòng)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速等；

（5）PLC單獨(dú)檢測(cè)，檢查PLC單元能否正常工作，指示燈是否正常，該部分工作實(shí)際上在計(jì)算機(jī)模擬調(diào)試前就己經(jīng)完成；

（6）PLC加變頻器聯(lián)機(jī)調(diào)試，檢查PLC、變頻器是否能實(shí)現(xiàn)對(duì)此系統(tǒng)控制；

經(jīng)過(guò)測(cè)試，結(jié)果表明上述功能一切正常，可以進(jìn)行總體調(diào)試。

4.2運(yùn)行結(jié)果

通過(guò)系統(tǒng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC在系統(tǒng)控制中的手動(dòng)、自動(dòng)模式的控制。啟動(dòng)電源后按下手動(dòng)或自動(dòng)模式選擇按鈕，當(dāng)在手動(dòng)模式時(shí)，可通過(guò)各控制按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)污水處理系統(tǒng)中各電機(jī)的控制運(yùn)行同時(shí)相應(yīng)的指示燈亮。

5 結(jié) 論

工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，它包括與之相關(guān)的生產(chǎn)工藝流程、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量自控檢測(cè)儀表的選用、控制流程的模型建立、對(duì) PLC控制系統(tǒng)軟硬件應(yīng)用研究等。本文詳細(xì)闡述了工業(yè)污水處理工藝流程、控制系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬件實(shí)現(xiàn)。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要從硬件和軟件兩個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行，工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)中，主要的硬件問(wèn)題包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件選型和PLC的外圍電路設(shè)計(jì)和接線處。在PLC的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護(hù)設(shè)備。調(diào)試時(shí)，可根據(jù)功能模塊分類(lèi)分別調(diào)試，進(jìn)行總體調(diào)試。在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來(lái)控制清污機(jī)、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計(jì)反饋來(lái)的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。