西安西科节能技术服务有限公司 陕西省西安市 710000
摘要：人们在日常生活和工作中会产生较多的污水，提升污水的处理能力和中水回用能力，可以缓解污水对环境产生的压力。本文围绕基于PLC控制技术在中水处理控制系统的应用展开讨论，为建立中水处理系统自动化控制提供参考依据。
关键词：PLC；中水处理工程；自动控制
引言：
我国水资源存储量处于世界领先位置，但是人均水资源占有量较少，并且水资源分布极不均衡，呈现东多西少、南多北少的特点，并且水污染问题不断加剧，致使水资源不断减少。针对水污染问题，各地区应加大污水处理和中水回用的投入力度，以PLC控制技术为核心，建立自动化中水处理系统，有效处理回用污水，减少污水的排放量保护水资源。
1.中水处理系统分析
1.1 中水处理概述
中水的水质介于自来水和污水之间，具备一定的回用功能，广泛应用于工业、建筑等领域。以用于冲厕使用的中水为例，在高校日常产生的洗漱、洗浴等污水，水质未受到严重的污染，可以经简单处理作为冲厕用水。
1.2 中水处理项目设计
1.2.1 中水处理站基本情况
以陕西省某高校宿舍楼中水回用工程为例，将日常产生的洗漱和洗浴水进行收集，经过处理回用于宿舍楼冲厕。
1.2.2 设计处理水量
设计处理水量如下，一栋宿舍楼洗漱水量为150m3/d、冲厕水量为82m3/d；中水原水收集量为127m3/d，中水最大产量为107m3/d，能满足冲厕要求，但中水系统故障时全部由自来水补充，自来水补水量最大为82m3/d。
1.2.3 设计进水水质
原水水质参照生活污水水质标准，如下表所示。
设计进水水质参数 单位：mg/L
.png)
1.2.4 设计出水水质
处理后中水满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质》GB/T18920-2002中“冲厕”的要求，具体如下表。
回用水质参数 单位：mg/L
.png)
1.2.5 工艺流程设计
.png)
1.2.6 设备清单
本系统中的设备包括：2台调节池提升泵、1台曝气风机、2台MBR膜产水泵、1台膜反洗加药泵、1台消毒剂加药泵以及2台中水供水泵，3个电磁阀、3个液位计、1个压力传感器。
2.自控设计方案的确定
2.1 中水处理PLC控制系统的设计分析
2.1.1 电气控制系统的主要组成部分
电气控制系统是由操作面板、显示面板以及电气控制柜组成，操作面板设有手动、自动等控制按钮，显示面板作为人机界面，向工作人员显示数据，电气控制柜是电气控制的核心设备，主要包括变频器、各类传感器的输入信号、PLC及其扩展模块等。
2.1.2 控制系统的工作过程
在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板上的按钮输入来控制，无逻辑控制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停控制，其工作过程如下。
（一）接通电源，启动自动控制方式。
（二）调节池的提升泵根据调节池和膜池液面高低进行运行、停止。
（三）曝气风机跟随调节池提升泵启停；
（四）膜池的产水泵根据膜池和中水蓄水池液面高低进行运行、停止。
（五）中水供水泵根据中水蓄水池液面高低和供水压力进行运行、停止，并根据供水压力传感器反馈的模拟量经PLC运算后进行变频转速控制。自来水补水阀由中水池液位控制。
（六）排泥阀由PLC定时器进行控制。
（七）消毒剂加药泵跟随膜池产生泵启停。
2.1.3 控制系统总体框图
中水处理的电气控制系统，PLC作为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。系统框图如下图所示：
.png)
3.硬件电路部分设计
3.1 电机的控制电路
电机分为调节池提升泵电机（M1、M2）、曝气风机电机（M3、M4）、产水泵电机（M5、M6）、排泥泵电机（M7）、回用水供水泵电机（M8、M9）、反洗加药泵电机（M10）、消毒加药泵电机（M11）。接触器KM1~KM11分别控制M1~M11的电机的运行；接触器KM8-1分别控制M8、M9的变频运行；FR1~FR11分别为11台电机过载保护用的热继电器；QF1~QF11为主电路的空气开关。
3.2 阀门的控制电路
本设计电磁阀全部选用AC220V供电，功率不超过50W，运行电流不到1A，由PLC的继电输出端口直接驱动。
.png)
电磁阀接线图
3.3 传感器的供电和信号传输
本设计传感器全部选用AC220V供电，RS485输出，并联接入PLC的串行端口。
.png)
传感器接线图
3.4 PLC的硬件选型和IO口定义
3.4.1 PLC选型
根据中水处理系统电气控制的功能要求、复杂程度，从经济性、可靠性等方面来考虑，采用SMART SR20作为该控制系统的主机。
中水处理系统中使用的数字量输入点和输出点都比较多，因此除了PLC主机自带的I/O外，还需要I/O扩展模块。在此采用EMDR08输出扩展模块，8点AC输出型，正好可以满足控制系统的I/O需求。
在该系统中，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，西门子公司的SMART SR20配置了串行端口1个，可通过RS485系统协议采集模拟量信号和进行模拟量输出控制，可满足控制系统的功能要求。
3.4.2 PLC的I/O资源配置
根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行配置，具体分配如下表。
数字输入量地址分配
.png)
数字输出量地址分配
.png)
模拟量输入地址分配
.png)
模拟量输出地址分配
.png)
3.5 PLC接线图
根据控制系统的功能要求，设计出中水处理控制系统的硬件连线图，如图所示。
.png)
4. 软件部分的设计
4.1 控制流程说明
采用西门子公司为S7—200 SMART系列PLC开发的STEP7—Micro/WIN SMART作为编程软件，根据控制系统的控制要求和硬件部分的设计情况及PLC控制系统I/O的分配情况，进行软件编程设计。
4.2 手动模式
在手动模式下，可单独调试每个设备的运行，通过按钮对提升泵、曝气风机、产水泵、供水泵，以及各类电磁阀进行控制，对于回用水供水泵的控制，可以通过按钮增大或减小变频器的频率来改变其速度，以检测调试性能。
4.3 自动模式
1.系统上电后，检测调节池液位和膜池液位，启停调节池提升泵、曝气风机。
2.检测膜池和中水蓄水池液位，启停产水泵。
3.检测中水蓄水池液位和供水管网压力，启停回用水供水泵。
4.检测中水蓄水池液位，开关自来水补水阀。
5.根据定时器时间，启动膜组件反洗流程。
6.根据定时器时间，启停排泥泵。
在自动控制模式中，调用了各个控制子系统的程序，主要包括提升泵系统子程序、曝气风机系统子程序、产生泵系统子程序、供水泵系统子程序、通讯系统子程序。
5. 控制系统的调试和运行
中水处理站自动控制系统设计、安装完成后，进行系统的调试和试运行，确定符合实际进水水量和水质的各项控制参数，发现并解决设备、仪表、程序、工艺等方面出现的问题，检验系统是否能实现工艺设计目标，即出水各项指标达到设计要求。
结语：
综上所述，在建设中水系统时，采用PLC自动控制系统，一方面提升控制系统的自动化水平，另一方面提高中水处理的运行稳定性，使中水水质满足使用要求，进而提高水资源的利用率。
参考文献：
[1]刘辉.基于PLC控制技术在工业自动化中的应用研究[J].技术与市场,2018,(3):159.
[2]李健. PLC控制技术在工业自动化中的应用研究[J].科技风,2016,(9):138-138.
[3]平澜. PLC控制技术在工业自动化中的应用研究[J].自动化与仪器仪表,2016,(12):92-93.