基于PLC 控制的工業(yè)廢水處理系統(tǒng)研究

張君

（華亭華煤清能煤化工有限責(zé)任公司，甘肅 平?jīng)?744100）

1 前言

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，水被使用后，水中會(huì)含有許多污染廢物，導(dǎo)致使用后的水必須經(jīng)過處理后才能排出，這類水通常被叫作廢水。處理廢水要按照國(guó)家相應(yīng)的“工業(yè)廢水”排放標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)在生產(chǎn)過程中需要使用大量的水，數(shù)據(jù)顯示，2021 年，工業(yè)用水量占全國(guó)用水總量的17.7%，廢水排放量約占全國(guó)污水排放量的1/4。因此電廠廢水對(duì)環(huán)境有著巨大的影響，盡管廢水的污染度不高，但是巨大的排量仍然對(duì)環(huán)境造成巨大的威脅。因此，對(duì)電廠廢水進(jìn)行凈化處理，提高水質(zhì)質(zhì)量，減輕環(huán)境壓力，實(shí)現(xiàn)凈化水的重復(fù)利用，減少新鮮水的使用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水，具有可持續(xù)發(fā)展的重要意義。當(dāng)前生產(chǎn)中工業(yè)廢水產(chǎn)生的廢水種類，如圖1 所示。

圖1 廢水種類產(chǎn)生圖

2 廢水處理工藝流程和總體方案設(shè)計(jì)

廢水處理工藝流程圖具體環(huán)節(jié)，如圖2 所示。

圖2 廢水處理工藝流程圖

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

在硬件電路主回路中包含有M1 格柵除污機(jī)、M2 潷水器、M3 鼓風(fēng)機(jī)、M4 剩余污泥泵、M5 回流污泥泵，它們分別由KM1、KM2、KM3、KM4、KM5 等交流接觸器控制；另外兩臺(tái)攪拌機(jī)分別由KM6 和KM7 控制。主電路中的7 臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7 由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7 實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。QF 是電路總開關(guān)，起到對(duì)主電路進(jìn)行短路保護(hù)作用和分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔谩? 個(gè)熔斷器則分別對(duì)各個(gè)負(fù)載的控制回路進(jìn)行短路保護(hù)。其中，對(duì)兩臺(tái)攪拌機(jī)的電路設(shè)計(jì)，是通過對(duì)電機(jī)進(jìn)行正－反－?？刂苼?lái)攪拌廢水的，在控制時(shí)，使電路實(shí)現(xiàn)電氣互鎖和機(jī)械互鎖，以此來(lái)使KM6、KM7 得電失電，按下常閉開關(guān)SB1，實(shí)現(xiàn)停止功能；按下SB2，KM6 得電，KM7 失電；按下SB3，KM7 得電，KM6 失電，實(shí)現(xiàn)電氣互鎖和機(jī)械互鎖，如圖3 ～4 所示，PLC 控制電路設(shè)計(jì)如圖5 所示。

圖3 系統(tǒng)控制主電路圖

圖4 攪拌機(jī)電氣原理圖

圖5 PLC 控制電路原理圖

4 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

粗、細(xì)格柵除污機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)：粗格柵主要用于過濾大顆粒的雜質(zhì)。采用自動(dòng)操作方式，控制兩個(gè)粗格柵除垢器的開啟和關(guān)閉。粗柵格可以過濾更大的雜質(zhì)和污染，而較小的污染物則會(huì)隨著廢水而流動(dòng)，而細(xì)格柵則是用來(lái)過濾微量的污染物。采用自動(dòng)操作方式，通過定時(shí)控制兩個(gè)細(xì)格柵清除污機(jī)的斷電。粗、細(xì)格柵除污機(jī)工作流程如圖6、7 所示。

圖6 粗格柵廢水處理流程圖 圖7 細(xì)格柵廢水處理流程圖

當(dāng)集水池中的水位升高到一定高度后，開啟進(jìn)水閥門，將集水池中的水引入1#SBR 池，當(dāng)1#SBR 池中的水位也升高到一定高度后，則關(guān)閉進(jìn)水閥門，開啟另一個(gè)控制2#SBR 池的進(jìn)水閥門，同樣當(dāng)2#SBR 池中的水位也達(dá)到目標(biāo)高度后，即可關(guān)閉2#SBR 池的進(jìn)水閥門，繼而開啟3#SBR 池的進(jìn)水閥門，如此類推進(jìn)行水位控制。利用S7-300Simulator 仿真軟件對(duì)STEP7-Micro/WIN 所編程的程序進(jìn)行仿真，打開S7-200Simulator 仿真軟件后選擇與STEP7-Micro/WIN 編程時(shí)的PLC 類型相同的CPU型號(hào)，本次仿真選用了CPU 226，然后載入程序，勾選全部，勾選與STEP7-Micro/WIN 版本相同的導(dǎo)入文件版本，選中所編程梯形圖，實(shí)現(xiàn)載入程序；點(diǎn)擊運(yùn)行模式，開啟監(jiān)視，觀察梯形圖是否正常接通運(yùn)行，左側(cè)仿真圖中下方為輸入，可通過按鈕進(jìn)行輸入，上方為輸出。通過按鈕和監(jiān)測(cè)來(lái)對(duì)梯形圖進(jìn)行檢查每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的梯形圖是否正確，若存在沒有接通，則對(duì)梯形圖進(jìn)行檢查修改。具體的PLC 仿真的調(diào)試部分過程，圖8 所示。

圖8 PLC 仿真圖

5 組態(tài)畫面

應(yīng)用組態(tài)軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括對(duì)工藝流程中數(shù)據(jù)的采集和處理、電機(jī)的啟動(dòng)和停止、系統(tǒng)故障和參數(shù)錯(cuò)誤的報(bào)警等，使工作人員更好的把控生產(chǎn)過程，極大提高了工作效率。開發(fā)組態(tài)監(jiān)控畫面，畫面中要組態(tài)控制的設(shè)備有粗格柵、細(xì)格柵、好氧池、厭氧池、污泥濃縮池、沉淀池、漩流沉沙池、紫外線消毒、壓泥機(jī)等，還要有組態(tài)按鈕、管道、指示燈等，然后連接變量，進(jìn)行組態(tài)動(dòng)態(tài)控制圖監(jiān)控（圖9、10）。廢水中的雜質(zhì)最后由污泥泵驅(qū)動(dòng)在管道中經(jīng)紫外線消毒后排除系統(tǒng)的動(dòng)畫。畫面底部不同的組態(tài)按鍵可切換不同的監(jiān)控畫面。

圖9 工藝流程主畫面

圖10 監(jiān)控畫面

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)為工程背景，在對(duì)廢水處理工藝流程進(jìn)行詳細(xì)剖析的基礎(chǔ)上，完成自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程操控等功能于一體的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)控制系統(tǒng)采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制方式：基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)采用SIMATIC S7-300 系列PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)粗格柵、細(xì)格柵、好氧池、厭氧池、污泥濃縮池、沉淀池、漩流沉沙池、紫外線消毒、壓泥機(jī)等工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)，監(jiān)控級(jí)為西門子的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的組態(tài)、監(jiān)控、報(bào)警提示、制表等功能。