基于PLC控制的一体化污水处理设备控制系统改造设计

金兴伟，石存秀，汤秀红

(湖北工业职业技术学院 机电工程学院，湖北 十堰 442000)

一体化污水处理设备具有处理效果好、投资及运行费用少、占地小、管理方便等优点，可以有效处理分散式污水，目前在农村污水处理中被广泛应用[1]。当前，在十堰地区新农村建设中投入运行的一体化污水处理设备大多采用继电-接触器方式控制，存在控制系统硬件线路复杂、可靠性不高、控制柜体积大等问题，综合考虑成本和后期使用维护等因素，提出了以PLC为控制核心的改造设计方案。

1污水一体化处理设备工艺流程及控制要求

本设备的工艺流程[2-4]如图1所示。控制要求如下：(1)调节池提升泵采用手动控制和液位自动控制两种控制方式，液位控制范围为0～1.5 m；(2)加药计量泵采用联动控制方式，当调节池提升泵运行时加药计量泵运行，当调节池提升泵停止时加药计量泵停止；(3)配水池提升泵采用手动控制和液位自动控制两种控制方式，液位控制范围为0～1 m；(4)排泥泵采用手动控制和定时开关控制两种控制方式，每5天运行一次，每次运行时间为2 min。

图1 污水一体化处理设备工艺流程

2 控制系统设计[5]

2.1 主电路设计

根据设备容量和安装环境，设计控制系统主电路如图2所示。

图2 控制系统主电路

2.2 控制电路设计

(1)系统I/O分配

根据设备处理工艺和控制要求，控制系统所需的输入/输出信号如表1所示。

表1一体化污水处理设备控制系统I/O分配表

(2)PLC选型

PLC 控制器是信息采集系统的核心，主要完成信号采集、数据通信等作用，其选型要以满足系统功能需要为宗旨，依据工艺流程特点和应用要求进行选择[6]。

第一，输入输出点数计算。根据控制系统I/O分配表可知需要12个输入点，7个输出点，同时考虑留出10%的余量备用。

第二，被控对象特性。被控对象为交流接触器、交流中间继电器和指示灯，因此需要选择输出类型为可带交流负载的PLC。

第三，现场条件及价格。该系统为室外控制柜安装，主要应用在农村地区，价格尽可能便宜，因此需要选择价格合理、性能稳定的一体化小型机。

综合以上三点考虑，最终本系统选用三菱公司生产的 FX 系列 PLC 作为本项目的控制设备，具体型号为FX-1N24MR。该型号PLC结构紧凑，具有14点输入，10点输出，输出类型为继电器型，可带交直流负载，满足系统要求。

(3)硬件接线

根据系统输入/输出特性及负载情况，硬件接线图如图3所示。

图3 控制系统PLC硬件接线图

(4)程序设计

该控制系统程序采用SFC顺序功能图[7-8]编写，应用选择性分支能方便实现手动运行和自动运行切换。转换开关只接在PLC的一个输入点X0上，当X0=0时为手动运行，自动程序分支不会执行；当X0=1时为自动运行，相应的手动程序分支不会执行。具体控制程序顺序功能图如图4所示。

图4 PLC程序顺序功能图

3结语

本文基于PLC对一体化污水处理设备控制系统进行改造后，使控制系统硬件线路大大减少，控制柜体积缩小，在加工生产过程中可极大地提高控制柜生产效能。采用PLC作为控制核心在减少接线的同时也极大地提高了系统稳定性和可靠性，使得后期维护更加方便。经核算，改造后的控制系统和原有系统在制造成本上基本相当。