基于Kingview的生活污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計

唐 鑫，羅 野

（常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟215500）

基于Kingview的生活污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計

唐 鑫，羅 野

（常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟215500）

以組態(tài)王（Kingview 6.55）作為上位機，西門子S7-200 PLC作為下位機設(shè)計了生活污水處理控制系統(tǒng)，對生活污水進行格柵兩級過濾、沉淀及除淤處理，主要指標濁度、酸堿度進行自動控制并處理，利用Kingview繪制主控界面對處理現(xiàn)場進行實時監(jiān)控，使處理后的污水符合國家排放標準。

生活污水；組態(tài)王；PLC；PID控制

我國在近15年間生活污水由195億噸增長至485億噸，占比持續(xù)上升。生活污水占全國污水比重由53.21%上升到69.76%.隨著人口數(shù)量的不斷增加，人們的生產(chǎn)生活中會產(chǎn)生越來越多的生活污水[1]。因而迫切需要解決生活污水的處理問題。本文采用先進自動化技術(shù)，設(shè)計出一套合理、經(jīng)濟、高效的污水處理控制系統(tǒng)，對保護環(huán)境、減少河流污染、污水處理后的再利用，有著很重要的作用。

1 生活污水的處理流程

生活污水經(jīng)過地下管道運輸來到污水處理廠，其處理過程涉及3個環(huán)節(jié)，格柵去除固體雜質(zhì)，曝氣處理降低污水濁度清淤，酸堿度檢測，如圖1所示。首先粗格柵和細格柵會篩掉固體雜質(zhì)，之后進入初沉處理。其次初沉處理主要通過濁度檢測儀檢測污水渾濁程度并加絮凝劑沉淀，當污水濁度通過絮凝劑作用調(diào)節(jié)到設(shè)定值時，抽水泵就會啟動，污水就會進入到曝氣池開始二級處理的曝氣處理。曝氣處理后污水進入到二沉池做二沉處理，以沉淀污水中含有的固體顆粒物，然后進行PH值的酸堿度檢測，抽水泵進入到氯氣池做消毒處理，完成整個處理過程[2]。在三級處理時，沉淀污泥會通過污泥除污機清理掉。

圖1 生活污水處理流程

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)選用的主控制器S7-200 PLC，通過上位機組態(tài)王、開關(guān)按鈕、限位開關(guān)等數(shù)字量輸入來控制電機、水泵、指示燈等數(shù)字量輸出；通過濁度儀檢測污水濁度、溶氧儀進行曝氣檢測、PH檢測儀檢測污水中的酸堿度等功能傳感器檢測到的模擬量輸入信號，來調(diào)節(jié)變頻器、電動調(diào)節(jié)閥等模擬值的輸出來控制羅茨風機等執(zhí)行器的運行。生活污水處理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 下位機PLC的選型

生活污水處理控制系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC，CPU 224XP作為本系統(tǒng)的CPU模塊。系統(tǒng)中采用的濁度檢測儀、溶氧儀、PH值檢測儀都屬于電流型輸出器件，所以CPU 224XP中的模擬值輸入只能使用電流型輸入[3]，采用了一個EM223和兩個EM235的擴展模塊。

2.2 檢測儀器的選型

濁度儀的選型：生活污水經(jīng)過粗、細格柵進入初沉池后需要檢測其濁度并加以處理，沉淀才能進行曝氣處理。大量的不溶性懸浮物和膠體物質(zhì)溶于污水，要在初沉池中安裝濁度儀來檢測濁度并加絮凝劑調(diào)節(jié)，此處選用型號為CN61M/XA33A82濁度儀。

溶解氧儀選型：生活污水經(jīng)過初沉處理后進入曝氣池，針對曝氣池中的含氧量進行監(jiān)控，將檢測到的4~20 mA的電流信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后上傳至PLC，并通過羅茨風機給曝氣池充氧。選擇溶氧儀型號為ZXDO-L100，對信號的檢測精度很高。

PH檢測儀選型：經(jīng)過初沉池、曝氣池、二沉池的處理之后，污水進入氯氣池消毒，PH檢測儀對氯氣池中污水的酸堿度的檢測，PH檢測儀選擇PHG-96DC型號檢測氯氣池污水PH值，酸堿度處理對其加藥。

2.3 執(zhí)行儀器的選型

變頻器的選型：系統(tǒng)需要在曝氣環(huán)節(jié)采用PID對羅茨風機進行控制，選取的變頻器型號MM440控制羅茨風機的轉(zhuǎn)速來調(diào)整曝氣池內(nèi)水中的溶氧量。

電動調(diào)節(jié)閥的選型：電動調(diào)節(jié)閥接收到PLC輸出的信號，電動調(diào)節(jié)閥會控制閥芯與閥座間的開度控制液體流量，系統(tǒng)選用ML7420A3055-E型號的電動調(diào)節(jié)閥。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

系統(tǒng)主程序主要實現(xiàn)的功能為：手自動模式和自動模式控制，手動模式只用作系統(tǒng)故障時檢查，自動模式狀態(tài)下通過啟動按鈕，粗格柵、細格柵除污機開始工作，污水經(jīng)過粗、細格柵處理后進入初沉池，當初沉池水位觸發(fā)上限位開關(guān)使其閉合時，初沉池水滿指示燈亮，此時絮凝劑加藥泵啟動，開始調(diào)用濁度調(diào)節(jié)PID子程序。初沉池中污水濁度下降到設(shè)定值時，絮凝劑加藥泵停止工作并且狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，激活S0.1，曝氣池進水，當初沉池水位觸發(fā)下限位開關(guān)時，污水已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移到曝氣池，污水轉(zhuǎn)移到曝氣池后，變頻器啟動開始調(diào)節(jié)羅茨風機進行曝氣工作并開始調(diào)用曝氣過程PID子程序。曝氣時間到，程序跳轉(zhuǎn)到S0.2，二沉池開始進水，曝氣池水位開始減少，當水位觸發(fā)到曝氣池下限位開關(guān)時，二沉池開始做沉淀處理。氯氣池開始進水。當水位觸發(fā)到二沉池下限位開關(guān)時，污水轉(zhuǎn)移到氯氣池后PH加藥泵啟動并調(diào)用PH調(diào)節(jié)PID子程序。當氯氣池內(nèi)水的PH值調(diào)整好了后，PH加藥泵停止，當氯氣池水位觸發(fā)到氯氣池下限位開關(guān)時，程序跳轉(zhuǎn)到S0.0.在停止按鈕沒按下的情況下可以一直循環(huán)工作。

4 上位機Kingview監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

組態(tài)王Kingview6.55是亞控科技的自動化技術(shù)，具有功能強大、運行穩(wěn)定且使用方便的特點。組態(tài)王在工業(yè)自動化中應(yīng)用很廣泛，具有全中文操作界面，適合國人使用；操作簡單方便，可以很方便快捷地修改變量參數(shù)；可以與各種下位機進行實時通訊；監(jiān)控各個參數(shù)的變化繪制出實時曲線。本文基于組態(tài)王（組態(tài)王版本Kingview 6.55）來設(shè)計生活污水處理控制系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件。監(jiān)控軟件設(shè)計有登陸界面，進入到系統(tǒng)登錄界面后需要輸入用戶名和登錄密碼，點擊“登陸”按鈕進入到系統(tǒng)的主控界面。系統(tǒng)主控界面如圖3所示，主控界面中反映生活污水處理控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。界面中的按鈕、電機都對應(yīng)的指示燈，當按鈕未按下或電機沒有運行時，指示燈為紅色，按下按鈕或電機在運行時，指示燈會顯示為綠色。

圖3 系統(tǒng)主控界面

畫面右邊是按鈕區(qū)，可以在手動狀態(tài)下操作對應(yīng)的執(zhí)行器，以便于檢查電機或水泵是否損壞不工作。右下角有“退出”按鈕，按動按鈕可以退出整個監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)。

5 系統(tǒng)的調(diào)試與運行

模擬量的調(diào)試可以分三類：（1）濁度PID控制，利用PID程序來控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，添加絮凝劑的量會根據(jù)設(shè)定值不斷的改變；（2）曝氣PID控制，曝氣池中含氧量通過PID中參數(shù)的輸出給變頻器；（3）PH值PID控制，通過電動調(diào)節(jié)閥控制開度來控制PH，需要模擬酸、堿兩種情況。監(jiān)控曲線有濁度PID控制曲線、曝氣PID控制曲線、PH值PID控制曲線，如4圖所示的曝氣PID控制曲線。

6 結(jié)束語

圖4 曝氣PID控制曲線

本文對生活污水的主要環(huán)節(jié)，進行自動控制并通過上位機進行實時監(jiān)控。組態(tài)王軟件Kingview 6.55實時曲線的精度與傳感器設(shè)備的精度、PID參數(shù)的設(shè)定有關(guān)。調(diào)整PID參數(shù)來保證系統(tǒng)曲線的穩(wěn)定、減少波動。控制系統(tǒng)經(jīng)過運行調(diào)試，主控界面曲線的變化可在合適的區(qū)間調(diào)試出較穩(wěn)定的曲線，使污水經(jīng)過污水處理系統(tǒng)處理后符合國家排放標準。

[1]姚雪梅．基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)研究[J].機電信息，2013（6）：124-125.

[2]陳燕兵．基于PLC及組態(tài)王技術(shù)的污水處理自控系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].工業(yè)控制計算機，2012，25（1）：40-41．

[3]謝麗萍，王占富，豈興明．西門子S7-200系列PLC快速入門與實踐[M].北京：人民郵電出版社，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，江蘇鹽城人，本科，從事自動化與電氣控制；羅野（1965－），女，遼寧本溪人，高級實驗師，本科，長期從事電氣控制及實踐教學。