唐 鑫，羅 野

（常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇常熟215500）

基于Kingview的生活污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐 鑫，羅 野

（常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇常熟215500）

以組態(tài)王（Kingview 6.55）作為上位機(jī)，西門子S7-200 PLC作為下位機(jī)設(shè)計(jì)了生活污水處理控制系統(tǒng)，對(duì)生活污水進(jìn)行格柵兩級(jí)過濾、沉淀及除淤處理，主要指標(biāo)濁度、酸堿度進(jìn)行自動(dòng)控制并處理，利用Kingview繪制主控界面對(duì)處理現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使處理后的污水符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

生活污水；組態(tài)王；PLC；PID控制

我國在近15年間生活污水由195億噸增長至485億噸，占比持續(xù)上升。生活污水占全國污水比重由53.21%上升到69.76%.隨著人口數(shù)量的不斷增加，人們的生產(chǎn)生活中會(huì)產(chǎn)生越來越多的生活污水[1]。因而迫切需要解決生活污水的處理問題。本文采用先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套合理、經(jīng)濟(jì)、高效的污水處理控制系統(tǒng)，對(duì)保護(hù)環(huán)境、減少河流污染、污水處理后的再利用，有著很重要的作用。

1 生活污水的處理流程

生活污水經(jīng)過地下管道運(yùn)輸來到污水處理廠，其處理過程涉及3個(gè)環(huán)節(jié)，格柵去除固體雜質(zhì)，曝氣處理降低污水濁度清淤，酸堿度檢測(cè)，如圖1所示。首先粗格柵和細(xì)格柵會(huì)篩掉固體雜質(zhì)，之后進(jìn)入初沉處理。其次初沉處理主要通過濁度檢測(cè)儀檢測(cè)污水渾濁程度并加絮凝劑沉淀，當(dāng)污水濁度通過絮凝劑作用調(diào)節(jié)到設(shè)定值時(shí)，抽水泵就會(huì)啟動(dòng)，污水就會(huì)進(jìn)入到曝氣池開始二級(jí)處理的曝氣處理。曝氣處理后污水進(jìn)入到二沉池做二沉處理，以沉淀污水中含有的固體顆粒物，然后進(jìn)行PH值的酸堿度檢測(cè)，抽水泵進(jìn)入到氯氣池做消毒處理，完成整個(gè)處理過程[2]。在三級(jí)處理時(shí)，沉淀污泥會(huì)通過污泥除污機(jī)清理掉。

圖1 生活污水處理流程

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)選用的主控制器S7-200 PLC，通過上位機(jī)組態(tài)王、開關(guān)按鈕、限位開關(guān)等數(shù)字量輸入來控制電機(jī)、水泵、指示燈等數(shù)字量輸出；通過濁度儀檢測(cè)污水濁度、溶氧儀進(jìn)行曝氣檢測(cè)、PH檢測(cè)儀檢測(cè)污水中的酸堿度等功能傳感器檢測(cè)到的模擬量輸入信號(hào)，來調(diào)節(jié)變頻器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等模擬值的輸出來控制羅茨風(fēng)機(jī)等執(zhí)行器的運(yùn)行。生活污水處理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 下位機(jī)PLC的選型

生活污水處理控制系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC，CPU 224XP作為本系統(tǒng)的CPU模塊。系統(tǒng)中采用的濁度檢測(cè)儀、溶氧儀、PH值檢測(cè)儀都屬于電流型輸出器件，所以CPU 224XP中的模擬值輸入只能使用電流型輸入[3]，采用了一個(gè)EM223和兩個(gè)EM235的擴(kuò)展模塊。

2.2 檢測(cè)儀器的選型

濁度儀的選型：生活污水經(jīng)過粗、細(xì)格柵進(jìn)入初沉池后需要檢測(cè)其濁度并加以處理，沉淀才能進(jìn)行曝氣處理。大量的不溶性懸浮物和膠體物質(zhì)溶于污水，要在初沉池中安裝濁度儀來檢測(cè)濁度并加絮凝劑調(diào)節(jié)，此處選用型號(hào)為CN61M/XA33A82濁度儀。

溶解氧儀選型：生活污水經(jīng)過初沉處理后進(jìn)入曝氣池，針對(duì)曝氣池中的含氧量進(jìn)行監(jiān)控，將檢測(cè)到的4~20 mA的電流信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后上傳至PLC，并通過羅茨風(fēng)機(jī)給曝氣池充氧。選擇溶氧儀型號(hào)為ZXDO-L100，對(duì)信號(hào)的檢測(cè)精度很高。

PH檢測(cè)儀選型：經(jīng)過初沉池、曝氣池、二沉池的處理之后，污水進(jìn)入氯氣池消毒，PH檢測(cè)儀對(duì)氯氣池中污水的酸堿度的檢測(cè)，PH檢測(cè)儀選擇PHG-96DC型號(hào)檢測(cè)氯氣池污水PH值，酸堿度處理對(duì)其加藥。

2.3 執(zhí)行儀器的選型

變頻器的選型：系統(tǒng)需要在曝氣環(huán)節(jié)采用PID對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，選取的變頻器型號(hào)MM440控制羅茨風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整曝氣池內(nèi)水中的溶氧量。

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選型：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥接收到PLC輸出的信號(hào)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥會(huì)控制閥芯與閥座間的開度控制液體流量，系統(tǒng)選用ML7420A3055-E型號(hào)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序主要實(shí)現(xiàn)的功能為：手自動(dòng)模式和自動(dòng)模式控制，手動(dòng)模式只用作系統(tǒng)故障時(shí)檢查，自動(dòng)模式狀態(tài)下通過啟動(dòng)按鈕，粗格柵、細(xì)格柵除污機(jī)開始工作，污水經(jīng)過粗、細(xì)格柵處理后進(jìn)入初沉池，當(dāng)初沉池水位觸發(fā)上限位開關(guān)使其閉合時(shí)，初沉池水滿指示燈亮，此時(shí)絮凝劑加藥泵啟動(dòng)，開始調(diào)用濁度調(diào)節(jié)PID子程序。初沉池中污水濁度下降到設(shè)定值時(shí)，絮凝劑加藥泵停止工作并且狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，激活S0.1，曝氣池進(jìn)水，當(dāng)初沉池水位觸發(fā)下限位開關(guān)時(shí)，污水已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到曝氣池，污水轉(zhuǎn)移到曝氣池后，變頻器啟動(dòng)開始調(diào)節(jié)羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣工作并開始調(diào)用曝氣過程PID子程序。曝氣時(shí)間到，程序跳轉(zhuǎn)到S0.2，二沉池開始進(jìn)水，曝氣池水位開始減少，當(dāng)水位觸發(fā)到曝氣池下限位開關(guān)時(shí)，二沉池開始做沉淀處理。氯氣池開始進(jìn)水。當(dāng)水位觸發(fā)到二沉池下限位開關(guān)時(shí)，污水轉(zhuǎn)移到氯氣池后PH加藥泵啟動(dòng)并調(diào)用PH調(diào)節(jié)PID子程序。當(dāng)氯氣池內(nèi)水的PH值調(diào)整好了后，PH加藥泵停止，當(dāng)氯氣池水位觸發(fā)到氯氣池下限位開關(guān)時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)到S0.0.在停止按鈕沒按下的情況下可以一直循環(huán)工作。

4 上位機(jī)Kingview監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

組態(tài)王Kingview6.55是亞控科技的自動(dòng)化技術(shù)，具有功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便的特點(diǎn)。組態(tài)王在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用很廣泛，具有全中文操作界面，適合國人使用；操作簡單方便，可以很方便快捷地修改變量參數(shù)；可以與各種下位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊；監(jiān)控各個(gè)參數(shù)的變化繪制出實(shí)時(shí)曲線。本文基于組態(tài)王（組態(tài)王版本Kingview 6.55）來設(shè)計(jì)生活污水處理控制系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件。監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)有登陸界面，進(jìn)入到系統(tǒng)登錄界面后需要輸入用戶名和登錄密碼，點(diǎn)擊“登陸”按鈕進(jìn)入到系統(tǒng)的主控界面。系統(tǒng)主控界面如圖3所示，主控界面中反映生活污水處理控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。界面中的按鈕、電機(jī)都對(duì)應(yīng)的指示燈，當(dāng)按鈕未按下或電機(jī)沒有運(yùn)行時(shí)，指示燈為紅色，按下按鈕或電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，指示燈會(huì)顯示為綠色。

圖3 系統(tǒng)主控界面

畫面右邊是按鈕區(qū)，可以在手動(dòng)狀態(tài)下操作對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器，以便于檢查電機(jī)或水泵是否損壞不工作。右下角有“退出”按鈕，按動(dòng)按鈕可以退出整個(gè)監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)。

5 系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行

模擬量的調(diào)試可以分三類：（1）濁度PID控制，利用PID程序來控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，添加絮凝劑的量會(huì)根據(jù)設(shè)定值不斷的改變；（2）曝氣PID控制，曝氣池中含氧量通過PID中參數(shù)的輸出給變頻器；（3）PH值PID控制，通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制開度來控制PH，需要模擬酸、堿兩種情況。監(jiān)控曲線有濁度PID控制曲線、曝氣PID控制曲線、PH值PID控制曲線，如4圖所示的曝氣PID控制曲線。

6 結(jié)束語

圖4 曝氣PID控制曲線

本文對(duì)生活污水的主要環(huán)節(jié)，進(jìn)行自動(dòng)控制并通過上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。組態(tài)王軟件Kingview 6.55實(shí)時(shí)曲線的精度與傳感器設(shè)備的精度、PID參數(shù)的設(shè)定有關(guān)。調(diào)整PID參數(shù)來保證系統(tǒng)曲線的穩(wěn)定、減少波動(dòng)。控制系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)行調(diào)試，主控界面曲線的變化可在合適的區(qū)間調(diào)試出較穩(wěn)定的曲線，使污水經(jīng)過污水處理系統(tǒng)處理后符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

[1]姚雪梅．基于PLC的電氣自動(dòng)化控制水處理系統(tǒng)研究[J].機(jī)電信息，2013（6）：124-125.

[2]陳燕兵．基于PLC及組態(tài)王技術(shù)的污水處理自控系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2012，25（1）：40-41．

[3]謝麗萍，王占富，豈興明．西門子S7-200系列PLC快速入門與實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2010：78．

Design of Domestic Sewage Treatment Control System Based on Kingview

TANG Xin，LUO Ye
（School of Electrical and Automation Engineering，Changshu Institute of Chnology，Changshu Jiangsu 215500，China）

With Kingview（Kingview 6.55）as the upper machine and Siemens S7-200 PLC as lower machine，a sewage treatment control system is designed to filter and precipitate domestic sewage by grille，and to do automatic control over main measure turbidity，ph value，etc.，using the Kingview master interface for processing the scene real-time monitoring，to meet the national wastewater discharge standard after treatment.

sewage；kingview；PLC；PIDcontrol

TP273

A

1672-545X（2016）11-0112-03

2016-08-12

唐鑫（1994－），男，江蘇鹽城人，本科，從事自動(dòng)化與電氣控制；羅野（1965－），女，遼寧本溪人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，本科，長期從事電氣控制及實(shí)踐教學(xué)。