蘇東升

（青島恒逸物業(yè)管理有限公司，山東青島 266109）

0 引言

水資源的重要性促進(jìn)了人們對(duì)其的開(kāi)發(fā)和利用，與此同時(shí)，水資源的短缺與需求量增大之間的矛盾也日趨尖銳，各國(guó)政府不僅出臺(tái)大量有益于解決水體污染的法律法規(guī)，而且加大了在防治水體污染以及治理水污染上的資金和技術(shù)支持[1-5]。PLC以其通用性好、可靠性高、編程控制方便、安裝方便等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。控制方法一般都為PID 控制，模糊控制逐漸也應(yīng)用到控制系統(tǒng)中。在污水處理的研究上，建立的數(shù)學(xué)模型一般都與實(shí)際數(shù)據(jù)存在誤差，而且在節(jié)能上與國(guó)外相比還有一定的差距，觸摸屏的應(yīng)用也較為鮮見(jiàn)。本文將PLC[6-8]等控制系統(tǒng)以及觸摸屏[9-10]監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用在污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，并與其他生物、自然學(xué)科的知識(shí)相結(jié)合，對(duì)于提升污水處理能力、促進(jìn)污水的循環(huán)再生利用將有極大的幫助。

1 污水處理工藝設(shè)計(jì)要求

圖1 污水處理工藝

污水處理工藝如圖1 所示，按下啟動(dòng)按鈕后，污水能夠經(jīng)由進(jìn)水閥進(jìn)入系統(tǒng)，并通過(guò)粗格柵除污機(jī)的初次過(guò)濾，將污水送入初級(jí)過(guò)濾池，實(shí)現(xiàn)初級(jí)過(guò)濾。之后經(jīng)抽水水泵，從初級(jí)過(guò)濾池送入管道，并經(jīng)過(guò)細(xì)格柵除污機(jī)的二次過(guò)濾之后，送入次級(jí)過(guò)濾池。在此實(shí)現(xiàn)污水中雜物與污水的分離。在集水池中，攪拌電機(jī)開(kāi)始工作，待污水?dāng)嚢杈鶆蚝?，集水池中的酸堿度檢測(cè)設(shè)備開(kāi)始檢測(cè)污水的pH值，并通過(guò)通訊工具把檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)傳送給酸堿控制設(shè)備，而后，酸泵和堿泵將根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制酸液和堿液的加入，直到污水的pH達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。之后在SBR池中進(jìn)行污水的曝氣處理、無(wú)氧處理及沉淀過(guò)程。預(yù)先給SBR 池設(shè)定一個(gè)液位，在水泵作用下，污水由集水池進(jìn)入到SBR 池，當(dāng)污水液面到達(dá)SBR 池的預(yù)設(shè)液位后，SBR 池進(jìn)水停止。在鼓風(fēng)機(jī)和攪拌電機(jī)的共同作用下，污水中溶解氧增多，促進(jìn)好氧微生物對(duì)有機(jī)物質(zhì)的分解利用。此后提供適宜的外界溫度、濕度條件，為池水中的厭氧微生物提供一個(gè)適宜的生存環(huán)境，使它們能夠很好的分解有機(jī)物。在此過(guò)程中，產(chǎn)生的污泥將在重力作用下沉降到SBR 池底部，從而實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)污泥與處理后污水上清液的分離。當(dāng)污水沉淀之后，用潷水器引出。潷水器停止工作后，排泥電機(jī)開(kāi)始工作，將SBR 池底殘存的污泥清理干凈。處理后污水進(jìn)行活性炭吸附處理，除去那些難以被分解的有機(jī)物以及其他的一些無(wú)機(jī)物成分和有毒物質(zhì)等，使排放的污水滿足污水排放的高標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)系統(tǒng)排泥處理過(guò)程結(jié)束之后，系統(tǒng)將自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)水閥，將新的污水送入到污水處理設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程的循環(huán)控制。

2 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

2.1 污水過(guò)濾過(guò)程設(shè)計(jì)

按下啟動(dòng)按鈕，粗格柵除污機(jī)的進(jìn)水閥打開(kāi)，當(dāng)一個(gè)處理周期結(jié)束之后，粗格柵除污機(jī)能夠自動(dòng)啟動(dòng)，完成新一輪的除污工作。當(dāng)按下停止按鈕，或者是當(dāng)初級(jí)過(guò)濾池、次級(jí)過(guò)濾池、集水池的液位分別到達(dá)其各自的最高液位設(shè)定值時(shí)，粗格柵除污機(jī)都將自動(dòng)停止工作。初級(jí)過(guò)濾池進(jìn)水到設(shè)定時(shí)間后，細(xì)格柵除污機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)；并且初級(jí)過(guò)濾池液位到達(dá)最高限位、次級(jí)過(guò)濾池液位到達(dá)最低限位時(shí)，細(xì)格柵除污機(jī)也將啟動(dòng)。細(xì)格柵除污機(jī)的停止采用的原理和方式與粗格柵除污機(jī)相同。粗格柵除污機(jī)開(kāi)始工作后，皮帶傳送機(jī)應(yīng)立即開(kāi)始工作。細(xì)格柵除污機(jī)停止工作后，皮帶運(yùn)輸機(jī)將延時(shí)處理一段時(shí)間后再停止運(yùn)行。系統(tǒng)中裝有3臺(tái)水泵，它們的作用都是將前一級(jí)處理設(shè)備中的污水運(yùn)送到下一級(jí)處理設(shè)備中。三個(gè)水泵的啟動(dòng)都是前一設(shè)備儲(chǔ)水一定時(shí)間后，自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行的。當(dāng)初級(jí)過(guò)濾池液位到達(dá)最低限位，或者是次級(jí)過(guò)濾池、集水池到達(dá)最高限位，水泵1 將停止工作；當(dāng)次級(jí)過(guò)濾池到達(dá)最低限位，或者集水池到達(dá)最高限位后，水泵2 將停止工作；當(dāng)SBR 池的液位到達(dá)在污水處理之前預(yù)先設(shè)定的值之后，水泵3將停止工作。

2.2 集水池和SBR池的電氣設(shè)計(jì)

集水池控制部分的設(shè)計(jì)，即控制酸堿液的排放閥，從而調(diào)節(jié)污水的pH值，使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在SBR 池中首先進(jìn)行的是曝氣處理。污水經(jīng)水泵3由集水池運(yùn)輸?shù)絊BR 池。到達(dá)其液位高限位之后鼓風(fēng)機(jī)和攪拌電機(jī)2 開(kāi)始工作，對(duì)污水進(jìn)行曝氣處理。設(shè)定時(shí)間繼電器，當(dāng)曝氣結(jié)束之后，給SBR 池提供適宜的無(wú)氧、溫度及濕度條件，使無(wú)氧處理過(guò)程順利進(jìn)行，并通過(guò)時(shí)間繼電器控制處理時(shí)間，設(shè)定的時(shí)間值要略大于無(wú)氧生物在處理廢水中的最佳處理時(shí)間。

2.3 污水的后處理電氣設(shè)計(jì)

無(wú)氧處理后，潷水器開(kāi)始工作，將收集到的污水再通過(guò)活性炭的吸附作用后運(yùn)送入儲(chǔ)水池中，一般經(jīng)過(guò)這道工序處理后的污水就能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)了。當(dāng)SBR 池液位到達(dá)設(shè)定的最低液位之后，池內(nèi)的潷水器將停止工作，排水結(jié)束。當(dāng)潷水器工作結(jié)束后，排泥電機(jī)開(kāi)始工作，將SBR池底部殘存的污水處理泥渣運(yùn)到儲(chǔ)泥池，然后對(duì)儲(chǔ)泥池中的污泥進(jìn)行進(jìn)一步的處理，使其達(dá)到排放要求。設(shè)計(jì)的控制時(shí)間應(yīng)該使污泥能夠被徹底的清除干凈。

2.4 電氣設(shè)計(jì)中的報(bào)警設(shè)計(jì)和總停設(shè)計(jì)

圖2 系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)連接圖

圖3 液位報(bào)警電路程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中有完善的液位報(bào)警部分的設(shè)計(jì)，當(dāng)液位值到達(dá)最高或者最低限位時(shí)，要求相應(yīng)的指示燈能夠立即閃爍報(bào)警，并自動(dòng)采取相應(yīng)的控制措施對(duì)液位的高度進(jìn)行調(diào)整。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)總的停止按鈕，當(dāng)按下停止按鈕后，所有的設(shè)備都能夠停止工作，原先設(shè)定的系統(tǒng)的運(yùn)行指示燈也將停止工作狀態(tài)顯示。

系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)連接線路圖如圖2 所示。SB1-SB15 表示各相應(yīng)的輸入；M0.0-M1.7 表示中間繼電器；Q0.0-Q2.3表示PLC輸出線圈；M表示接地端。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

污水處理控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括PLC控制程序的編寫和觸摸屏程序的編寫兩大部分。根據(jù)輸入輸出口個(gè)數(shù)的要求，在本設(shè)計(jì)中選用S7-200系列的PLC。首先根據(jù)電氣設(shè)計(jì)的要求，按照電氣連接圖中的連接，首先對(duì)各個(gè)變量及輸出進(jìn)行分配，而后對(duì)整個(gè)污水處理過(guò)程的控制進(jìn)行程序的編寫。PLC控制程序的編寫采用的是STEP 7-MicroWIN V4.0應(yīng)用軟件，由于梯形圖語(yǔ)言有著直觀、通俗易懂和易于操作修改等的優(yōu)點(diǎn)，因此采用梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫。在程序中添加自鎖和互鎖的設(shè)置，使系統(tǒng)能夠循環(huán)的運(yùn)行。PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊使用的是RS-232/PPI多主站通訊電纜。

選用的是步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)編程，改變輸入的脈沖而任意調(diào)節(jié)。液位的報(bào)警電路的設(shè)計(jì)通過(guò)指示燈連續(xù)閃爍的方式報(bào)警，警報(bào)信號(hào)指示燈設(shè)置為閃爍8 次。也可以加警笛。其程序如圖3所示。針對(duì)酸堿度的調(diào)節(jié)，根據(jù)已經(jīng)設(shè)定的傳感器所需要的數(shù)據(jù)而進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。程序如圖4所示。PLC程序編寫的流程圖如圖5所示。

在觸摸屏人機(jī)界面的設(shè)計(jì)上，選用的是K-TP 178 Micro 型的觸摸屏，編程軟件選用SIMATIC WinCC flexible 2007。人機(jī)界面觸摸屏控制屏設(shè)計(jì)如圖6所示，點(diǎn)擊集水池、SBR池、酸閥泵手動(dòng)控制可以查看三者分別的運(yùn)行控制界面。另外添加了幾個(gè)倒計(jì)時(shí)顯示模塊，以便于操作者掌握和實(shí)時(shí)觀測(cè)各個(gè)過(guò)程的工作時(shí)間。數(shù)字顯示模塊則是通過(guò)觸摸屏手動(dòng)改變轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)輸入模塊。

圖4 酸堿度的調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

完成硬件接線和程序的下載之后，將觸摸屏模塊和PLC模塊之間通過(guò)通信電纜連接好，按動(dòng)觸摸屏上的相應(yīng)控制按鈕之后，觀察觸摸屏上的相應(yīng)指示燈的工作狀態(tài)以及實(shí)際接入的電機(jī)的工作狀態(tài)，通過(guò)觀察它們的動(dòng)作狀態(tài)即可以判斷相應(yīng)的設(shè)備是否能夠正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)演示調(diào)試，該控制系統(tǒng)有很好的控制效果，能夠達(dá)到污水處理工藝要求和本設(shè)計(jì)電氣控制的要求，觸摸屏的監(jiān)控模塊也一直運(yùn)行正常。

圖5 PLC編程的主程序流程圖

5 結(jié)論

本文闡述了在創(chuàng)新改進(jìn)的基礎(chǔ)上的污水處理系統(tǒng)的工藝流程，并按照實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了電氣控制設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)以及觸摸屏的控制程序的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)不斷的完善和修改，在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的演示結(jié)果表明本項(xiàng)設(shè)計(jì)達(dá)到了實(shí)際的污水處理控制的要求。

圖6 觸摸屏控制屏設(shè)計(jì)主控制畫面

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