基于PLC的污水脱盐处理自动控制系统的设计与实现

基于PLC的污水脱盐处理自动控制系统的设计与实现
随着我国社会经济的高速发展，水资源短缺和全球水质恶化的环境问题日趋严重。

污水处理技术作为环境保护中的重要环节越来越受到重视，对污水处理技术的要求也越来越高。

同时随着计算机技术和我国污水处理工程迅速发展，对污水处理过程自动化程度要求不断提高，利用先进的控制技术对污水处理是非常必要的。

现有的多数污水脱盐处理系统在自动化水平、处理后的水质、经济社会效益方面有或多或少的不足。

标签：污水脱盐处理；高性能反渗透膜技术；PLC控制软件
一国内外污水处理系统应用的发展状况
我国是人均水资源缺乏的国家，而中国的快速工业化导致水资源的矛盾日益突出：一方面水的需求量急剧增加，但是水的有效储量没有相应增加；另一方面排入水中的污染物的量也急剧增加，水污染没有得到有效缓解。

二污水脱盐处理系统的功能需求
原水为煤矿滤池出水。

首先原水中加入凝聚剂，经过高效过滤器的过滤，然后再加入阻垢剂、经过超滤器的过滤，水进入高压泵，最后经过反渗透达到去盐的效果，得到所要的水。

所以污水脱盐处理系统的主要设备由高效过滤器、超滤器和反渗透装置等组成。

图1-1为大致的工艺流程图：
图1-1 工艺流程图
三、软件PLC控制系统需求分析
软件PLC控制系统需求分析的基本任务就是准确地指出“软件目标产品必须做什么”，描述软件系统提供的服务和受到的约束。

完全弄清软件需求是任何一项软件开发工作成功的前提和基础，无论设计和编码做的怎么完善，一个拙劣的分析和定义必将使用户的要求落空，还会给开发人员带来麻烦。

需求分析是软件工程的一项重要任务，它是系统层软件配置与软件设计之间的桥梁。

需求分析能够刻画软件的功能和性能，确定软件与其他系统元素的接口，并建立软件必须满足的约束。

需求分析为软件设计提供了可用的数据、体系结构、界面和过程设计模型。

需求规格说明还为开发者和用户提供对软件质量进行最后验收的准则。

四基于PLC的污水脱盐自动化控制的总体设计
4.1 污水脱盐水处理控制系统的功能分析。

废水中的悬浮物，一般经过预处理（即一级处理），用截留、沉淀和沉沙的方法就可以将泥沙、藻类和腐败的有机物质除去。

胶体杂质多采用二级处理的方法进行处理，溶解杂质目前多采用三级处理的方法进行处理。

4.2控制原理分析。

在确定对废水采用何种处理方法之前，首先要确定废水的pH值、颜色气味、溶解氧、比重、悬浮物、溶解物质、硬度和BOD量，然后根据水质的情况进行全面的分析研究以采用何种治理方法。

包括电渗析法和反渗透法等。

根据电镀废水的水质和数量的不同，有些电镀废水采用二级处理便达到目的，有些电镀废水却需要采用三级处理才能达到目的，有些水质复杂的电镀废水甚至要经过一级处理、二级处理、三级处理等多种方法处理后才能达到目的，达到排放标准。

在考虑用何种方法处理废水的同时，必须考虑技术经济指标，着眼综合利用，讲究经济效益、治理效果和成本核算等，做到因地制宜。

4.3自控系统工艺流程。

在水处理自控系统中，主要涉及到以下一些工艺流程。

①模拟量、数字量信号的采集。

水处理系统中涉及到的模拟量信号主要有：管路中的流量计信号、原水pH值信号、各储水罐的液位信号、储水罐的压力信号、阀门的调节开度等；数字量信号主要有：电气开关状态、现场阀门阀位的反馈信号及其他脉冲状态指示。

②阀门、泵运行状态的反馈。

为了准确地了解到各个阀门和泵的工作状态，系统设计了将各个阀门和泵的状态作为输入信号送个PLC，每个滤池有两个电动阀可以返回各自的工作状态，每个电动阀有两个点表示开状态和关状态。

③阀门、泵运行的控制。

每个滤池有六个电磁阀可以控制输出。

在系统工作过程中必须连续地采集各个传感器的信号，并根据控制要求对各个滤池的电磁阀进行控制。

此外，还需要对各个管路中的液体流量进行累积。

4.4PLC选型和系统配置
4.4.1PLC的分类
PLC的分类一般可按I/O点数和结构形式划分。

①按I/O点数分类：可分为小型、中型和大型几类。

一般小于512点为小型PLC（其中小于64点的为超小型或微型PLC）。

512～2048点为中型PLC，2048点以上为大型PLC（超过8192点为超大型PLC）。

②按结构形式分类：可分为整体式PLC和模块式PLC。

（1）整体式PLC，又称为单元式或箱体式。

整体式PLC是将电源、CPU、I/O部件都集中在一个机箱内。

其结构紧凑、体积小、价格低。

一般小型PLC采用这种结构。

整体式PLC由不同的I/O点数的基本单元和扩展单元组成。

基本单元内有CPU、I/O和电源。

扩展单元内只有I/O和电源。

基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。

（2）模块式PLC，是将PLC各部分分成若干个独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块和各种功能模块。

模块式PLC由框架和各种模块组成。

模块插在插座上。

有的PLC没有框架，各种模塊安装在底板上。

模块式PLC配置灵
活，装配方便，便于扩展和维修。

一般大、中型PLC宜采用模块式结构。

4.4.2PLC的结构与工作原理
PLC是以微处理器为核心的数字式电子、电气自控装置，以微处理器为核心，并辅以外围电路和I/O单元等硬件所构成。

PLC的各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持，它的编程语言，在其发展初期是采用继电器逻辑形式，但是随着时间的推移和技术的不断提高，又发展为类似于计算机高级编程语言的形式。

PLC主要由中央处理器CPU、存储器（RAM、ROM）、输入输出（I/O）、、通信单元、扩展接口、电源盒编程器几大部分组成。

其结构框图如图3-1所示。

五、总结
本文针对我国当前污水处理系统存在的问题，设计了基于PLC控制的污水处理系统。

分析了污水处理的基本原理的基础上设计控制方案，并将先进的智能控制策略应用于污水处理系统，以便提高污水处理厂的生产效率，降低了能耗。

针对污水处理的自动化监控系统的研究可以为污水处理厂的技术改造提供科学的方法和理论依据，也可以为污水处理设备的开发研制和创新提供理论基础和研究方法。

本文以PLC为主控制器实现了污水处理过程的自动化操作，融过程控制设计、现场操作以及资源管理于一体，对PLC控制的污水处理控制系统进行了设计。

总结整个研究过程，本文所作主要的工作如下：
（1）完成基于PLC技术的电器控制部分的设计，按照污水处理控制系统的要求，实现了对PLC系统的硬件组态和软件的设计，以及各类传感器和执行设备的选用。

（2）该系统经过一段时期的投用，已经满足了工艺的生产要求。

将PLC应用于脱盐水处理的自动控制系统中，大大减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率和系统运行的安全性、稳定性，为企业创造了经济效益，提高了企业的竞争力度，实现了科学管理。

（3）本文结合污水处理工艺，研究设计了污水处理自动控制系统，可以使厂方及时了解和掌握污水厂处理过程的运行状况、工艺参数的变化及大小、优化各工艺流程的运行。

（4）本系统开发成本相对较低，可以有效降低企业在污水处理上的资金投入，对企业原有污水处理系统的改造有着一定的参考价值。

参考文献：
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[2]周磊.基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计.现代商贸工业.2012，（19）.
[3]钱易，米祥友.现代废水处理新技术[M].北京：中国科学技术出版社，1993.
[4]张悦、姚念民，我国城市污水处理新工艺.节能与环保，2001双月刊：14-17。