基于PLC的MBR污水处理控制系统设计

2019年8月机电技术机电技术基于基于PLCPLC的MBRMBR污水处理控制系统设计污水处理控制系统设计陈洪科（厦门大学嘉庚学院，福建漳州363105）摘要：针对MBR膜组件应用于污水处理的工艺要求，设计了一套基于西门子S7-300PLC的MBR污水处理工艺控制系统。在详细分析控制任务的基础上，给出了控制系统的总体方案和硬件设计，并着重阐述了模拟量采集接口设计问题；最后，给出了控制系统软件整体结构设计，讨论了部分实现细节。现场运行结果表明，控制系统能够实现MBR污水处理的正确、可靠运行。关键词：污水处理；MBR；PLC；模拟量中图分类号：TP273+.5文献标识码：A文章编号：1672-4801（2019）04-030-04DOI:10.19508/j.cnki.1672-4801.2019.04.010膜生物反应器（MembraneBio-Reactor，MBR）是水资源再利用领域的一种新型污水处理工艺技术。该工艺将传统废水生物处理技术（如活性污泥法）与膜分离技术相结合，具有出水水质优质稳定、产泥率低、占地面积小、易于实现等优点[1]。在该种工艺中，MBR膜组件是实现产水的关键部分。一方面，膜组件的正常工作涉及产水、清洗等多个工序，设备操作频繁、时间控制严格；另一方面，运行过程对膜池水位、跨膜压差、曝气量等都有特定要求，必须确保膜组件安全。因此，MBR膜组件工作过程必须实现自动化控制。本文以西门子S7-300PLC为主控制器，讨论了MBR污水处理工序控制系统的设计。1MBR膜组件系统MBR膜组件系统包括膜组件及其配套工作设备，简化示意图如图1所示。一套或多套膜组件浸没在膜池中，鼓风机P1在产水和在线反洗时对膜组件自底向上曝气。水流管路按功能划分为进水、产水、反洗/清洗3个部分。V1...P2V3P37PFFP1$Y1Y2Y3F>#GAV2L#ALV4图1MBRMBR膜组件系统膜组件系统膜组件系统一般运行3种工序：1）产水。开启进水，打开产水电动阀V1、启动产水泵P2（恒频率运行），同时联动进水加药泵、消毒加药泵往加药点Y1、Y2分别加入絮凝、消毒药剂。完整的产水周期一般包括产水等待和产水2个阶段。2）在线反洗。在执行了若干个产水周期后，需要进行在线反洗，以恢复膜组件的渗透能力[2]。打开反洗阀V2、启动反洗泵P3，产水泵P2和其他阀门均关闭，清水就能注入膜组件内部实现反洗。也可以联动反洗加药泵往加药点Y3注入稀硫酸或次氯酸钠，实现酸/碱反洗。3）恢复性清洗。当膜组件跨膜压差小于-50kPa时，必须停止正常的产水流程，启动恢复性清洗[2]。首先打开排空电动阀V4至膜池排空，然后关闭反洗电动阀V2、打开清洗电动阀V3、启动反洗泵P3，同时启动加药泵往加药点Y3注入稀硫酸或次氯酸钠，使膜组件被药水混合液浸没；浸泡一段时间后再次排空膜池即完成清洗。在上述工作过程中，须实时监测膜池液位、清水池液位、产水压力（反映跨膜压差大小）、产水流量、反洗流量等过程量参数。一方面，工序必须在满足特定参数条件时才能启动运行；另一方面，过程量在超过高/低限位时必须发出报警并进行处理[2]。需要指出的是，在实际的中大型污水处理项目中，一般设有2个以上膜池，此时须增加产水管道和泵阀，但一般共用反洗管道和设备，且各工作作者简介：陈洪科（1986—），男，讲师，硕士，主要从事图像处理与机器视觉、工业自动化研究。30第4期流程不变。本文仅讨论单一膜池情形。2MBR污水处理控制系统设计2.1总体设计控制系统总体设计如图2所示。1）主控制器。使用西门子S7-300PLC314C-2PN/DP。该型CPU自带数字量输入/输出和模拟量输入/输出通道，能够减少外接模块的使用，其运算速度和存储器大小等特性均能满足本设计需求[3]。2）系统输入。现场开关量信号（如按键动作、机泵运行信号等）通过3个数字量输入模块SM321输入。液位、压力、流量传感器信号通过8通道模拟量输入模块SM331输入。3）系统输出。电动阀门、机泵及工作与故障指示灯通过1个数字量输出模块SM322控制。膜组件系统要求鼓风机、产水泵、反洗泵及加药泵恒频运行，因此利用变频器输出定频；频率给定通过模拟量输出模块SM332输出4～20mA电流送入变频器实现。4）人机接口。使用西门子KTP700Basic触摸屏，并通过工业以太网与PLC通信。CPU314CPS3075ASM321DI32×DC24VSM321DI32×DC24VSM321DI32×DC24VSM322DO32×DC24VSM331AI8×12BitSM332AO8×12Bit@KTP700BasicA)##GN#+LL#/&)GProfinet图2控制系统总体设计控制系统总体设计2.2模拟量采集接口设计MBR膜组