李振扬
湛江海滨船厂；广东湛江；524005
摘要：伴随着社会经济的发展，航海运输业越来越大，相应的问题也越来越多，其中海洋污染便是其中之一基于此，本文以船舶污水处理为研究对象，在分析了课题研究背景的基础上，提出了船舶海洋污水处理的控制方案，然后进行了主电路、控制电路及PLC接线图的设计。为保证系统的逻辑运行，设计了程序流程图。对船舶生活污水处理系统的日后发展和研究上有一定程度的参考价值。
关键词：污水处理；PLC：控制
引言
中国经济快速发展，相应的污染也慢慢凸显出来，污水便是主要污染之一。污水越来越多，污水处理能力需求也快速增长，污水处理设施对污染物减排的贡献率不断提升，对污水处理的系统要求也越来越高。尤其是海洋中行驶的船舶，污水没法直接排放，否则将对海洋造成污染，影响生态环境平衡。尤其是当前环境下，淡水资源短缺，污水的处理和回收显得相当重要。
随着国家的大力支持，环保资金投入越来越多，相关的研究也呈现井喷式发展，出现了众多的污水处理装置。但是当前处理装置大部分采用继电控制，控制水平低，需要一定的人力才能完成。为了节约成本，提高自动化程序，适应社会发展需求，设计一种自动化程度高的污水处理装置成为当前所需。
2控制要求
当前采用的大多是SBR污水处理系统，该方式效率高，设备小，主要是通过采用优势菌技术对船舶污水进行处理。经过处理后的污水可以直接排放到海洋中，减少对海洋水资源的污染。
SBR船舶废水处理系统主要由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等几大部分组成，在各个水箱中设置液位检测装置，用于检测水位，达到自动控制。污水处理流程示意图，如图1所示。
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根据水位传感器检测到污水池中的实时水位，当检测到的水位低于目标水位时，开始接通污水进入装置。当水量达到高限位时，停止注入。然后，采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。整个好氧（曝气）时间一般需要6～8h。在曝气管路上安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开起，罗茨风机延时空载起动，然后排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当曝气处理结束后，排空电磁阀再次开起，罗茨风机空载停机，然后排空电磁阀延时关闭。曝气风机在无负荷条件下起动和停止，能起到保护电动机和风机的作用。经过0.5h的水质沉淀，PLC下达起动1#清水泵指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常高水位时，1#清水泵自动停止运行。这时2#清水泵自动起动向中水箱泵水，当水箱内达到正常高水位时，2#清水泵自动停止运行，这时中水箱内的水全部完成处理过程。
如图1所示，当中水箱内水位降至低水位时，2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。当污水池中的水位降至低水位时，电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。
SBR废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同，工艺要求要求有所不同，电气控制系统应有参数可修正功能，以满足废水处理的要求。
3硬件电路设计
3.1主电路设计
本船舶污水处理系统共需1#污水水泵、2#清水水泵、风机电机及阀门电动机共四个电动机。主电路主要是对这四个电机的控制，具体电路如图2所示。主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3；交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关，对阀门电动机M4实现双重保护。QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。
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3.2交流控制电路设计
本系统的控制回路主要是针对图2主电路进行设计，实现对四个电机的自动控制，具体电路如图3所示。控制电路有电源指示HL。PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置，可以配置标准型、变比1：1、容量100VA隔离变压器。1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3分别有运行指示灯HL1、HL2、HL3，由KM1、KM2、KM3接触器常开辅助触点控制。4台电动机M1、M2、M3、M4的过载保护，分别由4个热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护信号，KA1还起到电压转换的作用，将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。上水电磁阀YA1和指示灯HL1、排空电磁阀YA2，分别由中间继电器KA2和KA3触点控制。
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3.3PLC接线图
依据船舶污水处理系统的控制要求，结合已经完成的硬件电路，绘制了控制器的外部接线图，具体设计结果，如图4所示。
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4程序设计
4.1 输入输出口地址配置
根据前文的分析，该系统需要18个数字量输出点，具体配置情况为：污水池高水位开关信号，地址为I0.0，符号为H1；污水池低水位开关信号，地址为I0.1，符号为L1；清水池高水位开关信号，地址为I0.2，符号为H2；清水池低水位开关信号，地址为I0.3，符号为L2；中水箱高水位开关信号，地址为I0.4，符号为H3；中水箱低水位开关信号，地址为I0.5，符号为L3；起动按钮，地址为I0.6，符号为SB1；停止按钮，地址为I0.7，符号为SB2；旋钮开关（自动），地址为I1.1，符号为SB3-2；手动开电动阀旋钮开关，地址为I1.2，符号为SB4；手动开电动阀旋钮开关，地址为I2.1，符号为SB5；1#清水泵手动旋钮开关，地址为I1.3，符号为SB6；2#清水泵手动旋钮开关，地址为I1.4，符号为SB7；电动阀门开起限位开关，地址为I1.5，符号为SQ1；电动阀门关闭限位开关，地址为I1.6，符号为SQ2；电动阀电动机故障报警，地址为I2.2，符号为FR0；电动机热保护器报警，地址为I2.0，符号为KA1；曝气风机手动旋钮开关，地址为I1.7，符号为SB8；
需要数字量输出点16个，配置情况为：1#清水泵接触器，地址为Q0.0，符号为KM4；
2#清水泵接触器，地址为Q0.1，符号为KM5；开电动阀门接触器，地址为Q0.2，符号为KM1；关电动阀门接触器，地址为Q0.3，符号为KM2；罗茨风机(曝气风机)接触器，地址为Q0.4，符号为KM3；上水电磁阀继电器，地址为Q0.5，符号为KA2；上水电磁阀继电器，地址为Q0.6，符号为KA3；电动机热保护器报警指示灯，地址为Q0.7，符号为HL1；污水池高水位红色指示灯，地址为Q1.0，符号为HL2；污水池低水位绿色指示灯，地址为Q1.1，符号为HL3；清水池高水位红色指示灯，地址为Q1.2，符号为HL4；清水池低水位绿色指示灯，地址为Q1.3，符号为HL5；中水箱高水位红色指示灯，地址为Q1.4，符号为HL6；中水箱低水位绿色指示灯，地址为Q1.5，符号为HL7；电动阀门开启绿色指示灯，地址为Q1.6，符号为HL8；电动阀门关闭黄色指示灯，地址为Q1.7，符号为HL9。
4.2 程序流程图设计
根据前文控制要求及相关设计，设计了船舶污水处理系统的控制流程，具体如图5所示。
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总结
论文以船舶污水处理为研究对象，以PLC控制器为核心，进行了方案设计，主电路、控制电路及PLC接线图的设计、程序流程图的设计，实现了对污水处理的要求。
参考文献
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