引言
隨著社會工業(yè)化、城市化及現(xiàn)代化的發(fā)展,每時每刻都會產(chǎn)生并排放大量的污水,污水處理已成為現(xiàn)代社會生活的必要組成部分,對于保護環(huán)境和維護公共衛(wèi)生具有至關(guān)重要的作用。污水處理的基本方法包括:物理處理、化學處理和生物處理。本文介紹的粗格柵池是一種污水的物理處理方法,主要利用粗格柵機械分離、沉淀、過濾等手段去除污水中的懸浮物和雜質(zhì),這種方法被廣泛應用于污水處理流程的初級處理。
PLC控制系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性和可靠性,被廣泛應用于各領域,不但能實現(xiàn)各種邏輯控制,還能用于運動控制、數(shù)據(jù)處理和通信等[1-2]?;赑LC的污水處理粗格柵池自動控制系統(tǒng)能實現(xiàn)污水處理的自動化,提高污水處理效率,降低污水處理成本[3]。
1粗格柵池控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
污水處理粗格柵池控制系統(tǒng)由進水水泵、粗格柵、格柵輸送機、電動閘門、排水水泵等組成,系統(tǒng)可以實現(xiàn)過濾污水中的懸浮雜物,并將過濾后的水送入后續(xù)污水處理凈化池的自動控制系統(tǒng)中。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
2粗格柵池控制系統(tǒng)功能設計
粗格柵池系統(tǒng)功能如下:污水由進水水泵抽入格柵池,粗格柵將污水中過濾出的雜質(zhì)輸送到格柵輸送機,格柵輸送機將雜質(zhì)輸送至指定區(qū)域。電動閘門開度能夠根據(jù)格柵池和蓄水池兩側(cè)壓力大小進行實時調(diào)整,粗格柵過濾后的污水通過電動閘門流入蓄水池,再由排水水泵送入后續(xù)污水處理凈化池等。
具體運行時,粗格柵池控制系統(tǒng)有兩種工作模式,分別為手動模式、自動運行模式。手動模式時,可單獨反復運行各設備。自動運行時,按下啟動按鈕,排水水泵和粗格柵電機開始按照觸摸屏設定的額定速度運行,電動閘門開度按照觸摸屏設定的開度打開并保持,進水水泵正轉(zhuǎn),格柵輸送機低速運行,直至按下停止按鈕后,整機停止。在自動運行過程中,系統(tǒng)可根據(jù)格柵池壓力傳感器1的壓力、蓄水池壓力傳感器2的壓力及格柵輸送機上雜質(zhì)的多少等實時調(diào)整電動閘門的開度及格柵輸送機的速度等。
3電氣控制系統(tǒng)設計
考慮到系統(tǒng)功能的需要,進水水泵M1采用三相異步電機;格柵輸送機M2采用雙速電機;排水水泵M3采用三相異步電機并由變頻器控制;為了精確控制開度的大小,電動閘門M4采用伺服電機;粗格柵電機M5采用步進電機。
本系統(tǒng)采用分布式控制方式,由三臺PLC組成,其中一臺S7—1500為主站,兩臺S7—1200為從站,采用以太網(wǎng)的形式組網(wǎng)。電氣控制系統(tǒng)組成如圖2所示。
3.1主站
主站采用西門子S7—1500系列PLC,型號為CPU 1511,采用新型的背板總線技術(shù),具有優(yōu)越的性能,編程更加靈活;同時1500 CPU配置了即插即用型顯示板,可直接在顯示板上配置IP地址;可顯示故障診斷信息,方便快速查找排除故障,且具有優(yōu)化的故障診斷機制,在CPU處于ST0P模式時,仍可保存故障和報警信息,使這些信息不丟失。S7—1500所有CPU集成兩個PR0FINET接口,可實現(xiàn)現(xiàn)場級通信和系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信低成本快速組態(tài)。
系統(tǒng)組建時,主站的兩個PR0FINET接口,一個連接觸摸屏,用于現(xiàn)場的人機交互;另一個連接工業(yè)交換機,用于主站和兩個從站之間進行通信和控制等。也可以在交換機接口較多的情況下,觸摸屏直接連接交換機,這樣主站可預留一個PR0FINET接口,方便現(xiàn)場調(diào)試、后期系統(tǒng)擴展等。
3.2從站1
從站1采用西門子S7—1200系列PLC,型號為CPU 1212C AC/DC/RLY,從站1用于接收主站發(fā)來的指令、與主站和從站2進行通信,控制進水水泵M1、格柵輸送機M2和排水水泵M3,接收兩個壓力傳感器的信號等。
3.3從站2
從站2采用西門子S7—1200系列PLC,型號為CPU 1212C DC/DC/DC 6ES7212—1AE40—0XB0,從站2用于接收主站發(fā)來的指令、與主站和從站1進行通信,控制電動閘門電機M4和粗格柵控制電機M5。
其中電動閘門電機M4為伺服電機,型號為Panasonic AC SERV0 M0T0R MHMF022L1U2M。伺服驅(qū)動器選用MINAS A5系列,型號為Panasonic MADLN15SG,輸入電壓單相/三相交流200~240 V,采用位置控制方式。Pr0.01=0,Pr0.07=3,一圈脈沖數(shù)Pr0.08=2 000。
粗格柵控制電機M5為兩相步進電機,型號為kinco 2S56Q—02054,步距角1.8O。步進驅(qū)動器型號為kinco 2M530。撥碼DIP1~DIP8設置為00011101,即一圈脈沖數(shù)為2 000,靜態(tài)半流,輸出電流為1.8 A。
3.4 HMI
觸摸屏選擇昆侖通態(tài)MCGS TPC7022NI,7寸物聯(lián)網(wǎng)觸摸屏,不但可以在現(xiàn)場實現(xiàn)人機交互,而且不需要專門的云平臺,可通過調(diào)試助手軟件直接連上遠程的觸摸屏,實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
3.5從站2系統(tǒng)接線圖
系統(tǒng)組成中,從站2完成電動閘門伺服電機和粗格柵步進電機的控制,根據(jù)要求,接線如圖3所示。從站2為CPU 1212C DC/DC/DC,所以PLC的供電電源、輸入電源和輸出電源都是直流24 V,另外,Q0.0、Q0.1作為電動閘門伺服電機的脈沖端和方向控制端,Q0.2、Q0.3作為粗格柵步進電機的脈沖端和方向控制端。
4功能實現(xiàn)
系統(tǒng)有兩種工作模式:一種是手動模式,可手動調(diào)節(jié)各控制對象的動作;另一種是自動運行模式。處于自動運行模式時,先在觸摸屏上設定排水水泵的額定速度、電動閘門的額定開度、粗格柵電機的運行額定速度,按下自動運行啟動按鈕,進水水泵正轉(zhuǎn),格柵輸送機低速運行。在自動運行過程中,根據(jù)格柵池壓力傳感器檢測值(P1)和蓄水池壓力傳感器檢測值(P2)隨時調(diào)整閘門的開度,具體如下:
(1)當P1>1 500 Pa且P2>1 200 Pa時,閘門開度維持為當前值。
(2)當P1三1 500 pa且P2>1 200 pa時,電動閘門開度自動減小,減小幅度=(1 500 pa-當前壓力值)X 0.03 mm,計算結(jié)果四舍五入取整,電動閘門最小開度為5 mm;粗格柵電機以觸摸屏設定額定速度的1.5倍運行。
(3)當P1>1 500 pa且P2三1 200 pa時,電動閘門開度自動增大,增大幅度=(1 200 pa-當前壓力值)X 0.02 mm,電動閘門最大開度為25 mm,排水水泵以1 300 r/min的速度運行,直至壓力大于1 200 pa時,恢復閘門開度為觸摸屏設定的額定開度,恢復排水水泵運行速度至觸摸屏設定的額定速度。此功能不影響格柵電機和格柵輸送機的運行速度。
(4)當P1三1 500 pa且P2三1 200 pa時,電動閘門開度根據(jù)(2)(3)的結(jié)果進行疊加。
(5)在運行過程中,如果雜質(zhì)的量多,則光電傳感器檢測有信號輸出,格柵輸送機高速運行;直至光電傳感器信號消失,并延時2 s后恢復至低速運行。
(6)在任何運行時刻,浮球高水位計得電時,觸摸屏彈出警告界面,顯示“進水泵房水位過高”,并使排水水泵以1 300 r/min的速度持續(xù)運行5 s,5 s后如浮球高水位計沒有恢復至失電狀態(tài),觸摸屏警告界面消失,自動運行模式故障指示燈亮,報警窗口顯示“進水泵房水位過高保護”。系統(tǒng)所有電機停止運行,電動閘門保持在當前位置,待浮球高水位計失電后,按下自動啟動按鈕恢復運行。
(7)在任何運行時刻,浮球低水位計得電時,觸摸屏彈出警告界面,顯示“進水泵房水位過低”,并使排水水泵以500 r/min的速度持續(xù)運行5 s,5 s后如浮球低水位計沒有恢復至失電狀態(tài),觸摸屏警告界面消失,自動運行模式故障指示燈亮,報警窗口顯示“進水泵房水位過低保護”。系統(tǒng)所有電機停止運行,電動閘門保持在當前位置,待浮球低水位計失電后,按下自動運行按鈕恢復運行。
(8)在運行過程中需要停止時按下停止按鈕,或系統(tǒng)發(fā)生緊急事件旋轉(zhuǎn)急停按鈕,系統(tǒng)立即停止(所有電機立即停止),待事件處理完畢,按下自動運行按鈕,系統(tǒng)繼續(xù)運行。
5結(jié)束語
本文以西門子pLC為控制中心設計了污水處理的粗格柵池自動控制系統(tǒng),系統(tǒng)能夠根據(jù)污水處理池的實時情況隨時調(diào)整各被控對象,提高污水處理效率,降低污水處理成本。
隨著環(huán)保意識的增強,污水處理技術(shù)也在不斷發(fā)展和改進。我們期待更加高效、環(huán)保的污水處理技術(shù)出現(xiàn),為保護環(huán)境和促進可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。同時,每個人也應該從自身做起,減少用水,減少排放,為環(huán)境保護貢獻自己的力量。