PLC在废水处理系统中的应用

吴东

（三菱重工叉车（大连）有限公司，辽宁大连 116600）

PLC在废水处理系统中的应用

吴东

（三菱重工叉车（大连）有限公司，辽宁大连 116600）

针对涂装作业产生的废水回收处理这一难题，应用三菱FX系列PLC等设备，专门针对涂装作业在生产过程中产生的碱性工业废水净化、中和以及生化氧化等处理进行了控制，使其最终达到排放标准。主要介绍三菱FX系列PLC在废水处理自控系统中的应用，着重探讨了PLC控制系统及现场总线监控部分的设计思想和具体实现。

三菱FX系列PLC;废水处理;数据采集;监控系统

搞好废水处理既可节能减排、保护环境，又能够促进经济发展的良性循环，是保证国民经济可持续发展、关系国计民生的重要举措。开发适合中国国情的高效、低耗、满足排放要求、基建和运行费用低的废水处理系统，具有十分重要的现实意义。PLC以可靠性高，稳定性好，功能强的特点广泛运用于企业的控制系统中，被誉为当今世界最先进的控制系统装置。因此本项目采用三菱PLC控制废水处理系统整个工作过程。现场全部液位、pH值等连续信号通过现场模拟量转换器和控制电缆传送到特殊输入模块及模拟量输入模块中，将各种信号数据经过内部运算后，再发出指令，通过电缆下达到各个现场的执行机构，如泵、阀等，使之按要求自动工作。

1 项目工艺流程

本项目采用先进的废水处理工艺，通过自动化控制达到预期规定的控制指标。整套废水处理装置分为PH调整系统、气浮处理系统、生化处理系统、压缩空气系统、电器控制系统及污泥处理系统［1］。废水主要来源于车体涂装生产线产生的废水废液，在一级处理阶段中通过药剂反应、PH调整、化学混凝等方法进行杂质分离;二级处理阶段以生物膜法为主进一步除去污染物，是废水处理生化处理的核心工艺，确保处理出水可以达到辽宁省地方标准《污水排放标准》DB21/1627－2008中的排放要求。废水处理工程工艺流程如图1。

图1 废水处理工程工艺流程

2 项目方案

为了保证废水处理系统安全稳定运行，该项目中控制器、通信模块、信号模块等采用三菱系列产品。主要包括:PLC:FX2N－128MR－001;输入/输出扩展模块FX2N－32ER;人机界面（HMI）:GT1175－VNBA－C;通信模块:FX2N－485－BD。软件由三菱公司配套的MELSOFT系列GX Developer，GT Designer开发而得。

FX2N是三菱公司目前FX系列PLC中性能最优秀的机型之一，大量的软元件、丰富的应用指令以及内置大容量的程序存储器，即使面对复杂的控制也可以从容应对，其位执行指令达0.08 us。在中小型控制系统中，FX2N是性价比较好的选择。HMI与PLC直接通过通讯口进行通讯，系统参数的设置以及手动时的各部件的操作均通过HMI进行。FX2N－32ER作为系统的自然扩展，自动识别，直接利用其I/O点，完成信号的输入/输出动作。

3 控制系统构成

控制系统包括PLC控制系统、数据采集与执行器控制部分以及上位机监控系统。本系统实际要求输入点76点，输出点55点，PLC本体加上一个扩展模块完全可以满足要求。上位机采用触摸屏，可以方便的监控设备（如水泵、加药泵、搅拌机、电磁阀等）。基本功能主要包括:数据采集与处理、运行过程的自动保护、统计报表与查询、人机界面、T程管理、通讯等功能。另外，它还提供了各工艺流程、预处理、手动控制、参数设定等系统的监控画面及信号报警记录、历史数据打印等模块，具有系统运行稳定、监控操作及时、运行数据准确等特点。

硬件接口是该系统设计的主要部分，是PLC控制柜与现场系统设备间的连接接口，通过不同的电气连接有效地防止干扰源，从而保证输入信号的正确和输出信号的可靠。PLC控制系统输入输出接口信号主要分为数字量输入/输出信号、模拟量输入/输出信号［2］。

模拟量输入信号包括从一次元件传来的温度、液位、PH等信号。在选择采样点时尽量避开电磁干扰源、振动源、高温等易引起测量误差的地点，以保证数据采集和传输的准确性。模拟量信号因为其在传输过程中有可能会受到其它信号的干扰，而可能出现较大幅度的瞬间变化，所以需要利用滤波算法把瞬间变化的干扰信号过滤掉，把有用的数据传输给PLC控制系统处理。考虑到废水处理控制系统对数据处理速度、精度要求不是很高，为了防止信号的瞬间变化影响到系统对水质，浊度的判断，所以在系统中使用算术平均滤波算法，算法处理简单，可靠性高，程序编写方便。事实证明这种算法能够很好地满足现场的实际需要，取得了良好的效果。

模拟量输出信号包括提升泵、收集水泵、回用水泵、加药计量泵变频器的控制信号。数字量输入信号包含各个水泵风机的运行，故障反馈信号，手/自动选择信号;各个阀门的手动开，关控制信号，故障反馈信号和手/自动选择信号。数字量输出信号包括对各个水泵、风机的开、关、复位输出控制信号;各个阀门的开，关输出控制信号;变频器的启动/复位控制信号。为了使PLC控制系统的输出和现场设备回路之间隔离，在输出端加装了继电器，用继电器接点控制现场设备，使控制器与现场设备隔离，极大地提高了PLC控制系统的可靠性，同时也大大增强了出口带负载的能力，使系统更安全。各个系统设备间互有信息传送，通过不同组合、有序动作构成了完整的废水处理PLC控制系统。

4 系统监控管理

人机界面选用三菱系列GT1175－VNBA－C触摸屏。人机界面主要用于显示设备和系统状态的实时信息。屏幕中的组态画面可显示相应的系统工作状态信息，输入数值或字符可与PLC进行数据交换，而产生相应的动作，进而控制系统设备。采用触摸屏人机界面，实现了对电机、泵、阀等运行的监控，并且可以对寄存器的部分参数进行设定［3］。在具体设计上，以实用作为基本出发点，在界面上能够显示出基本的输入按键与输出状态显示，同时以生动的图形来表示废水处理系统的基本工作流程，做到界面清晰简约。

4.1 系统在线监控

系统可对废水处理装置的各项仪表数据实时的在线监视，并且生动直观的反应在监控界面上面。废水处理系统流程示意图如图2，点击流程工艺区域即可进入监视该环节的监视画面。

图2 废水处理系统流程示意图

4.2 工艺参数在线实时设定

系统可以提供在线的实时参数修改，当在运行过程中发现工艺需要改进或其它问题，可以由操作员在线修改系统参数，以使系统工作在最优控制状态，手动设置参数面板如图3。

4.3 在线手动控制

系统提供了在线实时的对参与控制的各电动阀门和泵的手动控制操作，如图4。当系统运行中需要进行维护或执行其它控制时，可以在线实时地对各个设备进行手动单独控制，而不影响其它设备的正常运行。

图3 废水处理系统手动设置面板

4.4 故障诊断和报警

当各部位的设备状态出现异常、监测参数超出正常范围时，系统可对故障原因自动诊断，并发出预防性的报警，以提醒操作员注意，进行相关的操作。

5 结语

以PLC为核心开发的废水处理回收控制系统，实现了对风机、泵、阀等设备启动和停机的自动控制，达到了运行的高度自动化，同时系统结构紧凑，节省能耗，便于维护。该系统投入运行以来运行稳定，减轻了运行人员的劳动强度，处理后废水完全达到环保部门的排放标准，并可做为生产补充水循环使用。

［1］杨建，聂一波.汽车生产废水综合治理并回收工程实践［J］.中国给水排水.2009（18）:79－81.

［2］沈世斌.基于PLC自由口通信的应用［J］.仪表技术与传感器，2004（12）:26－28.

Application of PLC in Wastewater Treatment System

WU Dong
（Mitsubishi Forklift（Dalian）Co.，Ltd.Dalian Liaoning 116600，China）

The recycling and disposal of wastewater generated in the painting operation process is an important problem for environment.By utilizing Mitsubishi FX Series PLC and other equipment，A control sheme has been proposed.This scheme solved the problems of alkaline industrial wastewater purification，neutralization and biochemical oxidation in the painting operation process，and made it achieve discharge standards ultimately.The apphication of PLC in waste water trentment automatic control systems are introdued，and thedesign idea and concrete realization of the part of PLC control system and field bus control are discussed.

PLC，wastewater treatment;data acquisition;monitoring system

TP273

A

1009－315X（2011）03－0264－03

2011－04－11;最后

2011－04－18

吴东（1973－），男，吉林通化人，助理工程师，主要从事工业自动化研究。

（责任编辑 刘敏）