智能雨水回收处理系统的控制与研究

(正德职业技术学院 机电工程系，江苏 南京 211106)

1 概述

水是人类生存必不可少的能源，也是制约当今社会经济发展的重要资源，伴随着现代社会科技与经济的不断发展与进步，我国的用水量在逐步增加，我国是一个水资源较为匮乏的国家，人均水资源量仅占世界人均的1/4。通过对雨水的回收利用，不仅可以在一定程度上避免旱涝灾害，减轻市政管网压力，也可以在一定程度上解决雨水中所掺杂的杂质造成污染与堵塞的问题。基于上述原因，设计出一个可以集对雨水的收集，过滤，存储和应用于一体的可循环智能系统，来帮助实现水资源的节约和再利用

2 雨水回收系统的硬件设计

2.1 水箱的结构设计

根据目前国内雨水回收站的设计方案，可以把整个系统分为4个装置，雨水的收集与存储，雨水的初次处理与沉淀，二次处理与沉淀和处理后雨水的存储与应用。每个水箱内都含有一个液位传感器，实时记录水箱内的雨水量。

1号水箱用来作为雨水收集和存储，为雨水过滤静置的第一道工序。

2号水箱其中含有中和pH的装置和电机搅拌装置，这是进行酸碱中和反应的重要加工场所。

3号水箱为第二道静置工序，再一次将雨水沉淀。

4号水箱连接着电机，用来进行灌溉雨水的存储。

2.2 控制设备的设计

设计的主要结构由可编程控制器，变频器，A/D,D/A拓展模块等部件组成。

本设计采用上位机控制可编程控制器来实现雨水回收的处理功能与实时监控系统。第一步，由4个水箱内放置的液位传感器所反馈的数据来控制着整个雨水处理系统的进程。系统启动后，液位传感器和pH检测装置将数据传到可编程控制器内，通过已经设计好的工作条件来输出相应的信号，信号传达到推进电机进行雨水的中和处理。

第二步，处理完成后静置一段时间，将产生的沉淀抽离出去，再将雨水排放到3号水箱进行二次处理和沉淀，过程与2号水箱一致。

第三步，将处理后的雨水存储到4号水箱，由土壤温度湿度传感器所反馈的数据来作为信号，自行进入灌溉程序，并有变频器控制电机调节输出水量的多少与停止。

3 雨水回收的软件设计

3.1 系统设计软件的选用

本设计主要使用了3种软件来进行所需程序、图形的编程和绘制，GX Works/ FX3U程序编程. GT Designer3/GOT人机界面、Office Visio/制图。

3.2 PLC程序的设计

系统程序主要工作流程是以PLC中SFC的形式所编程,用通讯协议来进行PLC与其他设备的信息交换,使用的是特殊拓展模块，用来进行识字量和模拟量的相互转换。

4 实时监控系统设计

4.1 触摸屏的选型

此次设计选用的监控屏幕是GOT1000，1000型号的触摸品虽然尺寸较小，但完全可以胜任所需的监控任务要求。出于经济和时间的限制，选用此型号。

4.2 控制界面的设计

控制界面是整个监控系统的重要组成部分，其内部包含有启动，复位，停止三个按钮，每个按钮上方的电子灯，与按钮相关联，可以显示按钮是否在工作状态。

启动按钮是整个系统的运行按钮，复位按钮则是在ON状态后所有的继电器，开关和电磁阀会在整个系统运行一周后全部跳到OFF状态，此时再按启动按钮可以重新启动。停止按钮，则是为了预防突发情况所设计的立即停止按钮，当停止按钮为ON时，系统将立即停止运行所有的开关。

4.3 PID控制界面的设计

PID调节控制界面是整个系统控制中最复杂的内容，当需要进行雨水灌溉的时候我们需要先设定所需的恒定的雨水输出速率，在按启动按钮才能启动PID调节程序，图中的PID值的设定应在事先调节完毕存储进入。

4.4 土壤湿度监控界面的设计

土壤湿度传感器发回的检测数据，设计中白色线条代表着经过雨水灌溉前后的适度趋势，下方也有当前湿度的实时监控数据量。

4.5 监控系统的实现

监控系统在运行时，不断的与PLC进行数据交换，从而把实时数据反映在触摸屏上，设计中折线的变化趋势表明了监控系统目的得以实现，红色线代表设定值，白色线代表实时输出的速率值，当两个值之间相差越小，表明输出的速率越平稳，从而实现了对雨水的调速控制。

5 结 语

整个设计中仍然存在一些不足的地方，比如算法中值采用了最简单的PID算法，让调节系统还不够快速，精准。希望在后面不断的修改中，可以实现高级算法的加入，让整个调控的速度，准确度更加突出其次，程序上可以实现各个水箱的自动独立控制，让各个水箱可以同时进行不同的运行方式，这样可以使整个系统更加的稳定，同时也节省相应的时间。还比如硬件上，酸碱中和里推料装置的进一步升级，使得更加的专业化，智能化，线路设计上还可以进一步的优化。