基于Kingview的生活污水处理控制系统设计

唐 鑫，罗 野

（常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏常熟215500）

基于Kingview的生活污水处理控制系统设计

唐 鑫，罗 野

（常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏常熟215500）

以组态王（Kingview 6.55）作为上位机，西门子S7-200 PLC作为下位机设计了生活污水处理控制系统，对生活污水进行格栅两级过滤、沉淀及除淤处理，主要指标浊度、酸碱度进行自动控制并处理，利用Kingview绘制主控界面对处理现场进行实时监控，使处理后的污水符合国家排放标准。

生活污水；组态王；PLC；PID控制

我国在近15年间生活污水由195亿吨增长至485亿吨，占比持续上升。生活污水占全国污水比重由53.21%上升到69.76%.随着人口数量的不断增加，人们的生产生活中会产生越来越多的生活污水[1]。因而迫切需要解决生活污水的处理问题。本文采用先进自动化技术，设计出一套合理、经济、高效的污水处理控制系统，对保护环境、减少河流污染、污水处理后的再利用，有着很重要的作用。

1 生活污水的处理流程

生活污水经过地下管道运输来到污水处理厂，其处理过程涉及3个环节，格栅去除固体杂质，曝气处理降低污水浊度清淤，酸碱度检测，如图1所示。首先粗格栅和细格栅会筛掉固体杂质，之后进入初沉处理。其次初沉处理主要通过浊度检测仪检测污水浑浊程度并加絮凝剂沉淀，当污水浊度通过絮凝剂作用调节到设定值时，抽水泵就会启动，污水就会进入到曝气池开始二级处理的曝气处理。曝气处理后污水进入到二沉池做二沉处理，以沉淀污水中含有的固体颗粒物，然后进行PH值的酸碱度检测，抽水泵进入到氯气池做消毒处理，完成整个处理过程[2]。在三级处理时，沉淀污泥会通过污泥除污机清理掉。

图1 生活污水处理流程

2 系统硬件结构

系统选用的主控制器S7-200 PLC，通过上位机组态王、开关按钮、限位开关等数字量输入来控制电机、水泵、指示灯等数字量输出；通过浊度仪检测污水浊度、溶氧仪进行曝气检测、PH检测仪检测污水中的酸碱度等功能传感器检测到的模拟量输入信号，来调节变频器、电动调节阀等模拟值的输出来控制罗茨风机等执行器的运行。生活污水处理控制系统结构如图2所示。

图2 系统结构图

2.1 下位机PLC的选型

生活污水处理控制系统选用西门子S7-200系列PLC，CPU 224XP作为本系统的CPU模块。系统中采用的浊度检测仪、溶氧仪、PH值检测仪都属于电流型输出器件，所以CPU 224XP中的模拟值输入只能使用电流型输入[3]，采用了一个EM223和两个EM235的扩展模块。

2.2 检测仪器的选型

浊度仪的选型：生活污水经过粗、细格栅进入初沉池后需要检测其浊度并加以处理，沉淀才能进行曝气处理。大量的不溶性悬浮物和胶体物质溶于污水，要在初沉池中安装浊度仪来检测浊度并加絮凝剂调节，此处选用型号为CN61M/XA33A82浊度仪。

溶解氧仪选型：生活污水经过初沉处理后进入曝气池，针对曝气池中的含氧量进行监控，将检测到的4~20 mA的电流信号通过模数转换后上传至PLC，并通过罗茨风机给曝气池充氧。选择溶氧仪型号为ZXDO-L100，对信号的检测精度很高。

PH检测仪选型：经过初沉池、曝气池、二沉池的处理之后，污水进入氯气池消毒，PH检测仪对氯气池中污水的酸碱度的检测，PH检测仪选择PHG-96DC型号检测氯气池污水PH值，酸碱度处理对其加药。

2.3 执行仪器的选型

变频器的选型：系统需要在曝气环节采用PID对罗茨风机进行控制，选取的变频器型号MM440控制罗茨风机的转速来调整曝气池内水中的溶氧量。

电动调节阀的选型：电动调节阀接收到PLC输出的信号，电动调节阀会控制阀芯与阀座间的开度控制液体流量，系统选用ML7420A3055-E型号的电动调节阀。

3 系统程序设计

系统主程序主要实现的功能为：手自动模式和自动模式控制，手动模式只用作系统故障时检查，自动模式状态下通过启动按钮，粗格栅、细格栅除污机开始工作，污水经过粗、细格栅处理后进入初沉池，当初沉池水位触发上限位开关使其闭合时，初沉池水满指示灯亮，此时絮凝剂加药泵启动，开始调用浊度调节PID子程序。初沉池中污水浊度下降到设定值时，絮凝剂加药泵停止工作并且状态发生转移，激活S0.1，曝气池进水，当初沉池水位触发下限位开关时，污水已经全部转移到曝气池，污水转移到曝气池后，变频器启动开始调节罗茨风机进行曝气工作并开始调用曝气过程PID子程序。曝气时间到，程序跳转到S0.2，二沉池开始进水，曝气池水位开始减少，当水位触发到曝气池下限位开关时，二沉池开始做沉淀处理。氯气池开始进水。当水位触发到二沉池下限位开关时，污水转移到氯气池后PH加药泵启动并调用PH调节PID子程序。当氯气池内水的PH值调整好了后，PH加药泵停止，当氯气池水位触发到氯气池下限位开关时，程序跳转到S0.0.在停止按钮没按下的情况下可以一直循环工作。

4 上位机Kingview监控系统的设计

组态王Kingview6.55是亚控科技的自动化技术，具有功能强大、运行稳定且使用方便的特点。组态王在工业自动化中应用很广泛，具有全中文操作界面，适合国人使用；操作简单方便，可以很方便快捷地修改变量参数；可以与各种下位机进行实时通讯；监控各个参数的变化绘制出实时曲线。本文基于组态王（组态王版本Kingview 6.55）来设计生活污水处理控制系统的上位机监控软件。监控软件设计有登陆界面，进入到系统登录界面后需要输入用户名和登录密码，点击“登陆”按钮进入到系统的主控界面。系统主控界面如图3所示，主控界面中反映生活污水处理控制系统的运行状态。界面中的按钮、电机都对应的指示灯，当按钮未按下或电机没有运行时，指示灯为红色，按下按钮或电机在运行时，指示灯会显示为绿色。

图3 系统主控界面

画面右边是按钮区，可以在手动状态下操作对应的执行器，以便于检查电机或水泵是否损坏不工作。右下角有“退出”按钮，按动按钮可以退出整个监控监控系统。

5 系统的调试与运行

模拟量的调试可以分三类：（1）浊度PID控制，利用PID程序来控制电动调节阀的开度，添加絮凝剂的量会根据设定值不断的改变；（2）曝气PID控制，曝气池中含氧量通过PID中参数的输出给变频器；（3）PH值PID控制，通过电动调节阀控制开度来控制PH，需要模拟酸、碱两种情况。监控曲线有浊度PID控制曲线、曝气PID控制曲线、PH值PID控制曲线，如4图所示的曝气PID控制曲线。

6 结束语

图4 曝气PID控制曲线

本文对生活污水的主要环节，进行自动控制并通过上位机进行实时监控。组态王软件Kingview 6.55实时曲线的精度与传感器设备的精度、PID参数的设定有关。调整PID参数来保证系统曲线的稳定、减少波动。控制系统经过运行调试，主控界面曲线的变化可在合适的区间调试出较稳定的曲线，使污水经过污水处理系统处理后符合国家排放标准。

[1]姚雪梅．基于PLC的电气自动化控制水处理系统研究[J].机电信息，2013（6）：124-125.

[2]陈燕兵．基于PLC及组态王技术的污水处理自控系统应用分析[J].工业控制计算机，2012，25（1）：40-41．

[3]谢丽萍，王占富，岂兴明．西门子S7-200系列PLC快速入门与实践[M].北京：人民邮电出版社，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，江苏盐城人，本科，从事自动化与电气控制；罗野（1965－），女，辽宁本溪人，高级实验师，本科，长期从事电气控制及实践教学。