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基于 PLC 的回收地膜清洗污水处理自动控制系统 * 徐立军段友莲黄卉 新疆工业高等专科学校, 乌鲁木齐 830091 摘要 结合新疆回收地膜清洗污水的特点及水循环需要, 采用“EIC 三电一体化” 计算机控制技术, 设计了一种小型的 污水处理自动控制系统, 阐述了系统的结构及控制原理, 该系统具有结构简单, 成本低廉等优点。 关键词 污水处理;PLC;变频器;多段控制 AUTOCONTROL SYSTEM TO RECLAIM PLASTIC FILM- CLEANING SEWAGE BASED ON PLC Xu LijunDuan YoulianHuang Hui Xinjiang Polytechnic College, Urumqi 830091, China AbstractWith a view to the characteristic of reclaiming plastic film-cleaning sewage and the need of the circulation of water, a minitype sewage autocontrol disposal system based on the “EIC”technique, it is expounded the configuration and the manipulative elements. The simple configuration and low cost are the merits of this system. Keywordssewage treatment;PLC;transducer;multi segment control * 本项目获得新疆工业高等专科学校科研项目资助 xgz2009k04 。 0引言 地膜在新疆维吾尔自治区的农业生产中被广泛 使用, 以前对于使用后地膜的处理方法通常为直接翻 入土中, 近年来地膜污染问题逐渐被重视, 政府规定 地膜必须强制回收处理, 其处理途径通常为经过清洗 后进行再融化从而用来生产塑料制品。 作者经过调查, 发现新疆的地膜清洗企业现在的 工作方式全部为清水直接清洗, 清洗后污水直接排 放, 这种做法生产率很低且耗费了大量水资源并对土 地造成了较严重的污染。针对这种情况, 本文提出了 在地膜清洗厂增设一套水处理自动控制系统, 将地膜 清洗污水经过净化处理反复使用, 从而起到节能减排 同时降低清洗成本的作用。 在清洗厂的水处理系统中采用自动控制技术, 不 仅可以提高系统的性能、 生产率、 可靠性, 而且还可以 增加系统的稳定性、 降低操作成本、 加快启动过程等。 由于水处理过程是一较复杂的连续批量生产过程, 既 有现场设备的运行协调, 又有大量的现场数据采集和 处理, 同时各功能单元地理位置分散, 相互间由管道 或管网互连。基于以上特点, 现阶段要实现水处理自 动化, 最佳方案是采用 PLC 控制系统。针对控制要 求, 本文提出了以下位机 PLC 为控制中心, 利用变频 控制技术与现场总线技术构建现代化水处理控制系 统的设计思想 [ 1]。 1污水处理过程控制要求 污水处理设备的首要任务就是保证出水水质稳 定、 合格, 达到二次洗涤使用的标准, 同时降低吨位水 处理成本。在污水处理设备设计和操作运行过程中 需要考虑以下几点 1 生产率 改进操作方式, 提高单元过程污水处 理量的能力。 2 可靠性 降低过程故障发生率, 特别是保证干 扰事件 干旱、 暴雨 情况下污水处理设备正常运行。 3 稳定性 当过程出现高度稳定性时, 偶尔的干 扰可能会对出水水质产生严重影响, 但通过控制技术 可以避免干旱、 暴雨等事件的影响。 4 操作费用 减少能源损耗, 降低生产成本。考 虑收纳水体的动态特性, 施加控制, 匹配收纳水体的 同化能力 [ 2]。 2系统基本结构 系统的基本结构如图 1 所示。 各部分选型及作用如下 1 电源 包括直流24 V电源以及交流220 V电 06 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 图 1系统基本结构 源。直流24 V电源供电给 PLC 及变频器, 交流220 V 电源用来驱动水泵、 搅拌机等设备运行。 2 PLC 作为整个控制系统的核心, 根据编制好 的程序控制各被控设备运行。 根据 实 际 需 要, 本 系 统 PLC 选 择 三 菱 FX2N- 32MR, 该 PLC 具有性能稳定、 可靠性强、 价格低廉等 优点, 虽然输入输出点数比较少, 但基本能够满足系 统需要。为了尽可能节约成本, 在系统中未选用模拟 量输入输出模块, 所有输入输出信号均使用开关量。 3 变频器 用来根据污水池水位高低控制污水 提升泵的转速, 从而起到节电的作用。综合各方面因 素, 本系统采用三菱 FR-A540 系统变频器, 该变频器 即使工作在无反馈矢量控制的情况下, 也能在0. 3 Hz 时输 出 转 矩 达 到 额 定 转 矩 的 150 ,能 够 满 足 要求 [ 3]。 4 上位监控机 采用北京亚控公司的组态王软 件制作上位监控系统, 具有数据采集与管理、 显示、 报 警管理、 打印、 报表统计等功能。 5 模拟显示屏 可以直观的了解格栅除污机、 水 泵、 阀门、 滗水器等主要设备的工作状态, 并在工作现 场将信息传送给 CUP, 并接收 CPU 发来的命令并加 以执行, 从而对设备进行更加灵活的控制。本系统选 用上海 易 盈 自 动 化 设 备 有 限 公 司 生 产 的 易 控 王 MD306LV1 文本显示器。 3系统工作原理 3. 1系统工艺流程 系统总体依据 SBR 污水处理工艺设计, 但作者 根据调研发现清洗地膜污水基本污染物为泥土以及 少量其他杂质, 只需经过过滤及沉淀即可基本去除, 从而得到符合要求的能够二次使用的清水, 所以在原 有的 SBR 法基础上进行了改造, 具体有 1 用二沉池取代了曝气池。对经过初沉的污水 进行二次沉淀, 可基本清除污泥, 并可大幅降低设备 成本。 2 对污水提升泵进行变频控制。为了降低成 本, 采取多段调速方式, 根据污水池的水位控制提升 泵的转速。 系统基本工艺流程如图 2 所示。 图 2系统基本工艺流程 基本操作运行程序为 1 进水 进水阀门打开, 污水通过粗格栅过滤, 经过水泵, 然后经细格栅过滤到达初沉池。 2 初沉 进水到一定液位以后, 停止进水, 开始 重力沉淀和泥水分离 [ 4]。 3 二沉 上清液由滗水器缓慢流入二沉池, 当池 水位到达周期开始时的最低水位时, 停止滗水。剩余 污泥泵在滗水器停止运行后开始运行, 排泥至皮带传 送带。 4 出水 二沉池经过进一步泥水分离, 经由滗水 器将清水排至清水池。 一个周期的流程如图 3 所示。 图 3周期流程 16 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 3. 2系统控制原理 根据水处理系统控制要求、 源水特点和集中操作 管理、 分散控制的思想, 将整个自动控制系统按照分 布式系统结构分为三层 现场执行层、 现场控制层 下位机 和中央控制层 操作站或上位机 。 水处理系统正常工作时, PLC 通过通信模块将现 场控制层采集的数据传给上位机, 上位机显示当前水 处理系统各处状态参数并备案。水处理系统异常工 作时, 上位机界面中报警灯闪烁, 控制中心值班员下 达处理信号后, PLC 接收处理信号并作出相应处理发 出现场执行信号, 使现场执行器动作解除故障。整个 监控系统实现数据采集和处理、 远程控制、 显示动态 工艺流程、 显示并设置各种工艺参数和其他有关参 数、 显示存储及处理 [ 1]。 现场执行层由各类变送器、 变频器和水泵等执行 机构组成, 主要进行数据的转换、 数据的传送以及执 行控制层的命令。 现场控制层由 PLC 组成, 根据现场实际情况, 系 统只采用了一台三菱 FX2N- 32MR, 负责现场数据采 集、 根据程序进行运算和控制信息输出, 并和上位机 之间进行通讯, 同时向模拟显示屏发送数据。 中央控制层采用北京亚控组态王作为人机界面, 上位机与 PLC 之间采用通信卡进行数据通讯, 完成 数据采集、 处理、 监督及控制功能 [ 1]。 PLC 编程软件采用 GX Developer Version 8. 43L, 该软件可以编写梯形图程序和状态转移图程序, 支持 在线和离线编程功能, 可直接设定网络参数, 能方便 的实现监控、 故障诊断、 程序的传送及复制、 删除和打 印等, 此外, 它还具有运行写入功能, 这样可以避免频 繁操作 STOP/RUN 开关, 方便程序的调试 [ 3]。 4结束语 实现水处理自动化的目的是节能减排、 提高工作 人员的劳动生产率, 本系统用 PLC 控制的自动控制 系统代替原有的人工控制以及继电器控制, 可以极大 降低投资, 减小劳动强度。 经过在新疆优力塑料制品有限公司试验统计得 出, 因对清洗用水要求不高, 故水资源可循环利用次 数较多, 使用自动控制的水处理系统后的每吨地膜清 洗成本可以降至原生产成本的 30 左右, 大大降低 了生产成本, 该套实验版自动控制设备成本在 10 万 元以内 不包括劳务费 , 具有较高的性价比, 提高了 企业的市场竞争力。同时, 系统运行可靠, 可维护性 好, 具有一定的灵活性, 并能实现整个水处理系统的 管理和监控, 具有较高的自动化程度。 参考文献 [ 1] 温盛军. 基于 PLC 的水厂源水处理自动控制系统[J]. 重庆科 技学院学报 自然科学版 , 2008, 10 1 69- 72. [ 2] 毛慧欧. 城市污水处理计算机控制系统的应用研究[J] . 环境污 染治理技术与设备, 2001, 2 5 32- 36. [ 3] 阮友德. PLC、 变频器、 触摸屏综合应用实训[M] . 北京 中国电 力出版社, 2009. [ 4] 张宏林. PLC 应用开发技术与工程实践[M] . 2 版. 北京 人民邮 电出版社, 2008. 作者通信处徐立军830000新疆乌鲁木齐市南昌南路 919 号 建工师昌园小区 2 号楼 4 单元 402 室 2009 - 08 - 21 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 收稿 上接第 35 页 参考文献 [ 1] 武书彬. 造纸工业水污染控制与治理技术[M] . 北京 化学工 业出版社, 2001. [ 2] 格林 R P, 霍夫 G. 碱法制浆化学药品的回收[M] . 北京 中国 轻工出版社, 1998. [ 3] 杨学富. 制浆造纸工业废水处理[M] . 北京 化学工业出版 社, 2001. [ 4] 王震, 原保群. 爆破制浆工业化生产产污源强研究[J] . 环境工 程,2008, 26 增刊 54- 56. [ 5] 张珂, 周思毅. 造纸工业蒸煮废液的综合利用与污染防治技术 [M] . 北京 中国轻工业出版社, 1992. 作者通信处王震450002郑州市金水区文化路 97 号郑州大学环 水学院 E- mailwangzhen65 zzu. edu. cn 2009 - 09 - 29 收稿 26 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期
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