基于西门子PLC的小型SBR废水处理控制系统

范建锋，张苏新（苏州高等职业技术学校，江苏苏州　215000）



基于西门子PLC的小型SBR废水处理控制系统

范建锋，张苏新
（苏州高等职业技术学校，江苏苏州215000）

摘要：工业化发展，给人类带来便利的同时，也加速了环境污染，其中工业废水污染尤为严重。鉴于水资源有限，各国都在研究高效的废水处理技术。文章阐述了SBR小型废水处理的结构和工艺流程，并对小型SBR废水处理进行了硬件设计，主控制器选用西门子公司的S7-200系列CPU224，检测部分选用水位传感器和EM231数模转换器，主电路选用5个接触器对清水泵罗茨风机和阀门电动机等进行控制。软件上通过STEP 7-Micro/WIN软件对PLC进行编程，包括主程序、自动控制子程序和手动控制子程序等，最终完成了集中SBR废水处理系统的设计。

关键词：废水处理；SBR；S7-200

随着国家实施节能减排战略、加快培育发展战略性新兴产业，我国污水处理行业的建设规模和服务范围将进一步扩大。在此基础上，文章设计了一套基于西门子PLC的小型废水处理系统，主控制器选用S7-200系列CPU224，配以EM231数模转换器和水位传感器，主电路采用继电器控制回路，软件上通过STEP 7-Micro/WIN软件对PLC进行编程，最终完成了控制系统的设计。

1　结构及工作原理

SBR是序批式活性污泥法的简称，是一种采用优势菌技术的高效废水回用处理技术，经过处理后的中性水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。SBR废水处理系统的主要部件包括：污水处理池、清水池、中水箱、电控箱、水泵、罗茨风机、电动阀和电磁阀等。在污水处理池、清水池、中水箱中分别设置液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。

其工作过程为：当污水处理池中的水位低于水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。当污水处理池纳入的污水至正常高水位时，电动阀自动关闭，使无水处理池中的污水呈微氧和厌氧状态。通过曝气法，使污水驼色，除臭、平衡菌群的PH值，并对污染物进行高效除污，即耗氧处理过程。这段时间一般需要6～8h；当纳污电动阀门自动关闭后，曝气管路上的排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，排空电磁阀延时关闭，经过0.5h的水质沉淀，启动1号清水泵，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1号清水泵自动停止运行，这时2号清水泵自动启动向中水箱放水，当中水箱水位达到正常高水位时，2号清水泵自动停止运行。当中水箱内水位降至低水位时，2号清水泵又自动启动向中泵泵水。当污水处理池中的水位降至低水位时，电动阀门会自动排开继续想污水池纳入污水，循环往复。

2　硬件设计

根据污水水质的不同，SBR废水处理技术选用的生物菌群、工艺要求也有所不同，相应的电气控制参数也有修正功能，进而满足废水处理的要求。文章根据该控制对象，设计的控制系统包括主电路、辅助电路和PLC控制电路。

主电路中的电动机、罗茨风机和水泵由交流接触器进行启/停控制，主电路中共用到5个接触器，分别用于1号清水泵、2号清水泵、罗茨风机和阀门电动机的正反转控制；断路器共用到4个分别对4台电动机电路进行短路保护；热继电器共用到4个，分别对4台电动机进行过载保护。辅助电路是连接PLC控制电路和主电路的桥梁，主要用于系统信号的转换和系统电源状态的显示，在SBR废水处理PLC控制系统中，泵、风机和阀门电动机的控制接触器线圈由于通断电流较大，不能直接由PLC的输出端口控制，需经过继电器触点进行转换。

PLC控制电路设计包括PLC的选型和硬件配置以及PLC控制原理电路设计。在进行PLC硬件配置时，需要根据驱动电压等级、负载的性质了解控制对象的驱动要求；在确定输入/输出接口的数量时，需要分析对象的控制要求；在对开关量、模拟量、用户程序存储器的容量方面，需要确定所要控制参数的精度及类型。该控制系统中，文章选择西门子公司的S7-200系列CPU224，该PLC有24个点，在此基础上加入8输入/8输出的扩展模块EM223，一共40个点，本系统中用到20个输入口和17个输出口，共37个，因此能满足系统的控制要求。PLC输出端用交流220V电源提供给负载电源，输入回路端运用24V直流开关电源进行供电，传感器信号通过EM231模块将数字量模拟量转换为数字量，用于水位信号的采集，设计的硬件结构如图1所示。

图1　控制系统硬件结构原理框图

3　软件设计

根据SBR的废水处理控制要求，建立了系统控制流程图，实现各控制对象的动作顺序、相互间的制约和逻辑关系。文章设计PLC控制程序包括主程序、自动控制子程序和手动控制子程序，其控制流程图如图2所示。

图2　控制程序流程图

程序开始选择自动控制和手动控制模式，在手动控制模式下，进行开机，再进入手动控制运行模式，最后手动结束；在自动控制模式下，先检测污水的水位，如果水位低，则打开电动阀，污水池纳入污水，如果水位正常，则关电动阀停止纳水，进入曝气沉淀处理，开始计时7.5h，到达时间后，开1号泵清水池纳水，然后检测清水位，如果高了，停止1号泵，开2号泵水箱进行纳水，检测水箱水位高度，如果高了，则停止2号泵，自动状态结束。

4　结语

文章首先简要概述了工业废水系统的历史发展背景和废水处理的三级工艺过程，然后详细介绍了工业废水处理方法中的序批式活性污泥法（SBR）的结构原理及其工艺过程，在此基础上，文章设计了一套基于PLC的小型SBR废水处理电气控制系统，在硬件上，选用西门子公司的S7-200系列CPU224为核心控制器，配以水位监测传感器和EM231数模转换器用于水位信号的检测和处理，外部主电路运用继电器和及接触器控制回路对电机进行控制。在软件上，运用STEP 7-Micro/WIN软件对PLC进行梯形图的编程，同时对其输入输出进行了分配，整个控制系统的程序包括主程序、自动控制子程序和手动控制子程序，最后对控制系统进行了测试，完成基于西门子PLC的小型SBR废水处理电气控制系统。

参考文献

［1］龚威.张树臣.实例解读西门子PLC［M］.北京：中国电力出版社，2013.

［2］庞科旺.袁文华.PLC电气控制系统设计及应用［M］.北京：中国电力出版社，2014.

［3］陆伟.基于PLC的SBR污水处理控制系统［J］.装备制造技术，2013，（7）.

［4］代芳.基于PLC的SBR污水处理方法［J］.南昌工程学院学报，2014，（1）.

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

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）05-0064-02

收稿日期：2016-04-15

作者简介：范建峰，主要研究方向：自动控制系统设计。