工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的plc設(shè)計：

1.2設(shè)計的主要內(nèi)容

主要設(shè)計內(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,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，并對工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計分析；

（3）具體分析設(shè)計工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)；

（4）具體分析設(shè)計工業(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。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無機(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)污水處理工藝來處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以及實際的工業(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)實際情況，可以單一使用，也可以針對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，該類控制方法已不能滿足現(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)的簡稱，又稱為分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。由計算機(jī)和現(xiàn)場終端組成，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站、檢測站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產(chǎn)過程，可提高生產(chǎn)自動化水平和管理水平，其主要特點如下：采用分級分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單。實現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險性分散，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。實時性好，響應(yīng)快。

（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是由DCS和PLC發(fā)展而來的，是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備之間，以及智能設(shè)備與計算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實現(xiàn)控制與管理一體化的自動控制系統(tǒng)，其優(yōu)點：可以用計算機(jī)豐富的軟件、硬件資源。響應(yīng)快，實時性好。通信協(xié)議公開，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稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機(jī)作為其上位機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控，其特點如下：編程方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易。通用性強(qiáng)，使用方便?？刂乒δ軓?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城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。長期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了迅速發(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)備運轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現(xiàn)自動化的控制過程，采用PLC作為核心控制器是個較好的方案。

PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設(shè)計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機(jī)界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制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)主要涉及兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。

2.4.1信號輸入

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

（1）按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機(jī)啟動按鈕、清污機(jī)啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水?dāng)嚢铏C(jī)啟動按鈕、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。檢測粗細(xì)格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機(jī)的啟動與停止。

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

（4）含氧量輸入檢測。以上三種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是工業(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，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機(jī)增加或減少其含氧量。通過將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)位置上，將檢測值反饋到PLC中，通過運算輸出控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速信號。當(dāng)溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴(yán)重時甚至導(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，導(dǎo)致微生物過氧化，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

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

（1）數(shù)字量輸出?？刂聘黝愒O(shè)備的啟動和停止，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PLC中PID運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號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)特點設(shè)計相應(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程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(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)中需要檢測較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測模擬量的輸入，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，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時序就需要嚴(yán)格照檢測信號的輸入進(jìn)行控制。

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

(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、各類傳感器的輸入信號、PLC及其擴(kuò)展模塊等。

4調(diào)試和運行結(jié)果

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

4.1硬件系統(tǒng)的調(diào)試

按照系統(tǒng)設(shè)計要求將各硬件接線接好。調(diào)試過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，能否正常開機(jī)，各種閘閥能否正常開啟和關(guān)閉，檢查儀表及控制系統(tǒng)是否正常。在對系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查后，開始具體調(diào)試。

硬件功能調(diào)試主要是測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，主要用萬用表檢測電路的連通是否實現(xiàn)，以及保證接線的正確性，防止220V與24V線路的錯位接線發(fā)生；

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

（3）變頻器單獨調(diào)試，檢測能否正常進(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?？刂齐姍C(jī)啟動，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速等；

（5）PLC單獨檢測，檢查PLC單元能否正常工作，指示燈是否正常，該部分工作實際上在計算機(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、變頻器是否能實現(xiàn)對此系統(tǒng)控制；

經(jīng)過測試，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運行結(jié)果

通過系統(tǒng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC在系統(tǒng)控制中的手動、自動模式的控制。啟動電源后按下手動或自動模式選擇按鈕，當(dāng)在手動模式時，可通過各控制按鈕實現(xiàn)對工業(yè)污水處理系統(tǒng)中各電機(jī)的控制運行同時相應(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)場計量自控檢測儀表的選用、控制流程的模型建立、對 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現(xiàn)。

在設(shè)計過程中主要從硬件和軟件兩個方面的問題進(jìn)行，工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)中，主要的硬件問題包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件選型和PLC的外圍電路設(shè)計和接線處。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，可根據(jù)功能模塊分類分別調(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反饋來的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。