范建鋒，張?zhí)K新（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇蘇州　215000）

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基于西門子PLC的小型SBR廢水處理控制系統(tǒng)

范建鋒，張?zhí)K新
（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇蘇州215000）

摘要：工業(yè)化發(fā)展，給人類帶來便利的同時(shí)，也加速了環(huán)境污染，其中工業(yè)廢水污染尤為嚴(yán)重。鑒于水資源有限，各國(guó)都在研究高效的廢水處理技術(shù)。文章闡述了SBR小型廢水處理的結(jié)構(gòu)和工藝流程，并對(duì)小型SBR廢水處理進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，主控制器選用西門子公司的S7-200系列CPU224，檢測(cè)部分選用水位傳感器和EM231數(shù)模轉(zhuǎn)換器，主電路選用5個(gè)接觸器對(duì)清水泵羅茨風(fēng)機(jī)和閥門電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行控制。軟件上通過STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程，包括主程序、自動(dòng)控制子程序和手動(dòng)控制子程序等，最終完成了集中SBR廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：廢水處理；SBR；S7-200

隨著國(guó)家實(shí)施節(jié)能減排戰(zhàn)略、加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，我國(guó)污水處理行業(yè)的建設(shè)規(guī)模和服務(wù)范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。在此基礎(chǔ)上，文章設(shè)計(jì)了一套基于西門子PLC的小型廢水處理系統(tǒng)，主控制器選用S7-200系列CPU224，配以EM231數(shù)模轉(zhuǎn)換器和水位傳感器，主電路采用繼電器控制回路，軟件上通過STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程，最終完成了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1　結(jié)構(gòu)及工作原理

SBR是序批式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，是一種采用優(yōu)勢(shì)菌技術(shù)的高效廢水回用處理技術(shù)，經(jīng)過處理后的中性水可以用來澆灌綠地、花木、沖洗廁所及車輛等，從而達(dá)到節(jié)約水資源的目的。SBR廢水處理系統(tǒng)的主要部件包括：污水處理池、清水池、中水箱、電控箱、水泵、羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥和電磁閥等。在污水處理池、清水池、中水箱中分別設(shè)置液位開關(guān)，用以檢測(cè)水池與水箱中的水位。

其工作過程為：當(dāng)污水處理池中的水位低于水位或無水狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)開起納入污水。當(dāng)污水處理池納入的污水至正常高水位時(shí)，電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，使無水處理池中的污水呈微氧和厭氧狀態(tài)。通過曝氣法，使污水駝色，除臭、平衡菌群的PH值，并對(duì)污染物進(jìn)行高效除污，即耗氧處理過程。這段時(shí)間一般需要6～8h；當(dāng)納污電動(dòng)閥門自動(dòng)關(guān)閉后，曝氣管路上的排空電磁閥再次開起，羅茨風(fēng)機(jī)空載停機(jī)，排空電磁閥延時(shí)關(guān)閉，經(jīng)過0.5h的水質(zhì)沉淀，啟動(dòng)1號(hào)清水泵，將沉淀后的水泵入到清水池。當(dāng)清水池中的水位升至正常高水位時(shí)，1號(hào)清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行，這時(shí)2號(hào)清水泵自動(dòng)啟動(dòng)向中水箱放水，當(dāng)中水箱水位達(dá)到正常高水位時(shí)，2號(hào)清水泵自動(dòng)停止運(yùn)行。當(dāng)中水箱內(nèi)水位降至低水位時(shí)，2號(hào)清水泵又自動(dòng)啟動(dòng)向中泵泵水。當(dāng)污水處理池中的水位降至低水位時(shí)，電動(dòng)閥門會(huì)自動(dòng)排開繼續(xù)想污水池納入污水，循環(huán)往復(fù)。

2　硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)污水水質(zhì)的不同，SBR廢水處理技術(shù)選用的生物菌群、工藝要求也有所不同，相應(yīng)的電氣控制參數(shù)也有修正功能，進(jìn)而滿足廢水處理的要求。文章根據(jù)該控制對(duì)象，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)包括主電路、輔助電路和PLC控制電路。

主電路中的電動(dòng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)和水泵由交流接觸器進(jìn)行啟/?？刂疲麟娐分泄灿玫?個(gè)接觸器，分別用于1號(hào)清水泵、2號(hào)清水泵、羅茨風(fēng)機(jī)和閥門電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制；斷路器共用到4個(gè)分別對(duì)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)電路進(jìn)行短路保護(hù)；熱繼電器共用到4個(gè)，分別對(duì)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。輔助電路是連接PLC控制電路和主電路的橋梁，主要用于系統(tǒng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)電源狀態(tài)的顯示，在SBR廢水處理PLC控制系統(tǒng)中，泵、風(fēng)機(jī)和閥門電動(dòng)機(jī)的控制接觸器線圈由于通斷電流較大，不能直接由PLC的輸出端口控制，需經(jīng)過繼電器觸點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

PLC控制電路設(shè)計(jì)包括PLC的選型和硬件配置以及PLC控制原理電路設(shè)計(jì)。在進(jìn)行PLC硬件配置時(shí)，需要根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)了解控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求；在確定輸入/輸出接口的數(shù)量時(shí)，需要分析對(duì)象的控制要求；在對(duì)開關(guān)量、模擬量、用戶程序存儲(chǔ)器的容量方面，需要確定所要控制參數(shù)的精度及類型。該控制系統(tǒng)中，文章選擇西門子公司的S7-200系列CPU224，該P(yáng)LC有24個(gè)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上加入8輸入/8輸出的擴(kuò)展模塊EM223，一共40個(gè)點(diǎn)，本系統(tǒng)中用到20個(gè)輸入口和17個(gè)輸出口，共37個(gè)，因此能滿足系統(tǒng)的控制要求。PLC輸出端用交流220V電源提供給負(fù)載電源，輸入回路端運(yùn)用24V直流開關(guān)電源進(jìn)行供電，傳感器信號(hào)通過EM231模塊將數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，用于水位信號(hào)的采集，設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理框圖

3　軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)SBR的廢水處理控制要求，建立了系統(tǒng)控制流程圖，實(shí)現(xiàn)各控制對(duì)象的動(dòng)作順序、相互間的制約和邏輯關(guān)系。文章設(shè)計(jì)PLC控制程序包括主程序、自動(dòng)控制子程序和手動(dòng)控制子程序，其控制流程圖如圖2所示。

圖2　控制程序流程圖

程序開始選擇自動(dòng)控制和手動(dòng)控制模式，在手動(dòng)控制模式下，進(jìn)行開機(jī)，再進(jìn)入手動(dòng)控制運(yùn)行模式，最后手動(dòng)結(jié)束；在自動(dòng)控制模式下，先檢測(cè)污水的水位，如果水位低，則打開電動(dòng)閥，污水池納入污水，如果水位正常，則關(guān)電動(dòng)閥停止納水，進(jìn)入曝氣沉淀處理，開始計(jì)時(shí)7.5h，到達(dá)時(shí)間后，開1號(hào)泵清水池納水，然后檢測(cè)清水位，如果高了，停止1號(hào)泵，開2號(hào)泵水箱進(jìn)行納水，檢測(cè)水箱水位高度，如果高了，則停止2號(hào)泵，自動(dòng)狀態(tài)結(jié)束。

4　結(jié)語

文章首先簡(jiǎn)要概述了工業(yè)廢水系統(tǒng)的歷史發(fā)展背景和廢水處理的三級(jí)工藝過程，然后詳細(xì)介紹了工業(yè)廢水處理方法中的序批式活性污泥法（SBR）的結(jié)構(gòu)原理及其工藝過程，在此基礎(chǔ)上，文章設(shè)計(jì)了一套基于PLC的小型SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)，在硬件上，選用西門子公司的S7-200系列CPU224為核心控制器，配以水位監(jiān)測(cè)傳感器和EM231數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于水位信號(hào)的檢測(cè)和處理，外部主電路運(yùn)用繼電器和及接觸器控制回路對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。在軟件上，運(yùn)用STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)PLC進(jìn)行梯形圖的編程，同時(shí)對(duì)其輸入輸出進(jìn)行了分配，整個(gè)控制系統(tǒng)的程序包括主程序、自動(dòng)控制子程序和手動(dòng)控制子程序，最后對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，完成基于西門子PLC的小型SBR廢水處理電氣控制系統(tǒng)。

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Small SBR Wastewater Treatment Control System Based on Siemens PLC

FAN Jian-feng，ZHANG Su-xin
（Suzhou Vocational Technical School，Suzhou，Jiangsu 215000，China）

Abstract:The development of industrialization accelerates the environmental pollution，the industrial wastewater pollution is particularly serious.This paper expounds the structure and process of SBR small wastewater treatment，and does hardware design for SBR small wastewater treatment，the main controller uses S7-200 series CPU224 of SIEMENS company，detection part uses water level sensor and EM231 converter，the software uses STEP 7-Micro/WIN software to program，including the main program，automatic control and manual control subroutine subroutine，finally the design of centralized SBR wastewater treatment system is completed.

Key words:wastewater treatment；SBR；S7-200

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）05-0064-02

收稿日期：2016-04-15

作者簡(jiǎn)介：范建峰，主要研究方向：自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。