环境科学论文污水处理方向范文参考

　　随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加，大量工业和生活污水未经处理流入江河湖海，使环境和饮用水被严重污染。因此，建立高度自动化的污水处理厂是解决水污染问题的有效途径。为确保污水处理工艺和设备能长期安全可靠地运行，采用西门子S7-300PLC1可编程控制器和智能检测仪表组成下位机，上位机采用工业计算机，实现对现场设备的监控。该系统集过程控制和科学管理于一体，具有可靠性高、控制性能优越、管理功能完善等优点，对指导工艺及设备的正常运行，提高自动化控制和管理水平发挥了重要作用。

　　摘要：污水处理项目的自控工艺相对于其他项目的工艺来说相对简单，但它也有自身的特点，如设备更分散，功能则相对独立等。针对这种情况，开发设计了一套基于西门子S7-300型PLC，并通过工业以太网和PROFIBUS总线联网的污水处理自控系统。首先大致介绍了污水处理的工艺流程；其次介绍了基于PLC的硬件及软件设计的基本原则和步骤；最后利用STEP7仿真软件进行编程仿真，得到了较好的结果。

　　关键词：污水处理,S7-300PLC,软件仿真

　　1引言

　　主要工作是通过PLC的编程完成整个污水处理过程的自动高效运行，通过PLC与上位机以及现场的布线使其能根据污水处理每个阶段的控制理量的变化自动完成相应的处理动作，从而保持污水处理的各项指标达到用户设定的要求。

　　2污水处理工艺流程

　　污水处理厂从主污水管道而来的污水进入格间，由粗格栅和细格栅将污水中体积较大的污物除去。进而流入进水泵房，该处应为全厂区标高的最低处，进水泵房底部放置大功率潜水泵，主要用于将污水提升到高处的旋流尘沙池，以使污水只靠重力作用流经其余的处理阶段。旋流尘沙池将污水中的砂子分离出来，经过旋流砂池的污水靠重力进入生物池，生物池为厌氧/好氧生物反应池，经过生物的作用，将有机物质分解。然后污水通过污泥泵池进入二级沉淀池，经过刮泥桥的运动，池上面的浮渣进入浮渣井中，池下部的污泥由真空泵吸出并送到污泥均质池。经过二次沉淀处理后的污水通过管道自流到消毒渠道，经紫外线消毒达到标准，经过处理的污水经管道自流到附近的河流。污水处理的工艺图如（图1）。

　　3控制系统总体方案

　　各个控制池之间采用分布式I/OET200进行通信连接，并由PROFIBUS总线连接至单片机的CPU模块。CP342-5是S7-300系列的PROFIBUS通信模块，可以作为DP主站或从站，但是不能同时作为主站或从站，且只能在S7-300的中央机架上使用。CP342-5与CPU上集成的DP接口不一样，其对应的通信接口区不是I区和Q区，而是虚拟的通信区，需要调用CP通信功能FC1和FC2。系统各部分之间的连线以及通信线路连接如（图2）所示。

　　4控制系统硬件设计

　　本设计选用西门子的S7-300PLC进行污水处理的控制。通过对设计要求分析得到需要的数字量输入为65；数字量输出为65；模拟量输入为38；模拟量输出为24。基于此选择CPU型号为CPU314。CPU314使用于要求高速处理和中等I/O规模的任务。它可以装载中等规模的程序，其每1KB二进制语句执行的时间为0.3ms。CPU314内置24KB的RAM，其装载存储器为内置40KB的RAM，可用扩展卡扩展装载存储器，最大容量可为512KB。最大可扩展512点数字量I/O或64路模拟量通道。

　　CPU314的操作系统是事件驱动的用户程序扫描过程。CPU响应事件，操作系统自动调用该事件的组织块OB。CPU314可以调用128个功能块FB，128个功能调用块FC，127个数据块DB，OB、FB、FC、DB的容量均不大于8KB。此外，有34个系统功能块SFC集成在操作系统中供用户调用，有9个系统数据块SDB装载S7-300的系统参数，这些参数可用STEP7组态软件输入。

　　4.1I/O模块的选择

　　由于CPU314型PLC主机不存在数字量的输出模块，因此需要扩展数字量的输出模块。由于数字量输出的点数为65，因此选用3个数字量输出模块SM322。SM322将S7-300内部的信号电平转换成过程所需要的外部信号电平，同时有隔离和功率放大的作用。可以直接驱动电磁阀、接触器、小型电机、灯和电机启动器等，输出的电流的典型值为0.5～2A，负载由外部现场提供。其主要的技术特征为：额定电压24VDC；输出点数32点晶体管；与总线采用光耦合隔离；最小输出电流5mA；功率9W。

　　4.2硬件组态及参数设置

　　在PLC控制系统设计的初期，首先应根据系统的输入、输出信号的性质和点数，以及对控制系统的功能要求，确定系统的硬件配置。对于S7-300来说，如果SM、FM和CP的块数超过8块，除了中央机架外还需要配置扩展机架和接口模块。本设计利用SIMATIC管理器STEP7进行硬件的配置工作（图3）。

　　5程序设计及仿真

　　以污水处理的应急池为例说明设计过程：

　　（1）显示要求：①COD：显示范围2000～8000mg/L，监测频率2小时/次；由于传感器采集的COD数值为模拟量，需要模拟量输入模块SM331；显示的数值同样为模拟量因此需要用到模拟量输出模块SM332。监测频率为两小时，需要用到保持型延时接通定时器SS_ODTS。COD的数值显示范围在2000～8000范围内，8000的对应的二进制数值为“1111101000000”共13位，因此选用的模拟量输入模块的类型为AI8×14Bit，表示8通道的14位二进制输入；同样输出模块选择类型为AO4×16Bit。②氨氮：显示范围0～200mg/L，监测频率2小时/次；同样需要模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332，以及保持型延时接通定时器SS_ODTS。③PH值：显示范围0～14，需要模拟量输入/输出。（2）控制要求：根据PH计显示数据，控制加碱量，调节应急池出水PH在6～9。需要用到比较器，当PH值小于6时接通控制电机往应急池中加减；当PH值大于9时控制电机往应急池中加水。

　　5.1程序设计

　　设计说明：COD的输入数据存放在PID256中，输出数据存放在PQD260中；氨氮的输入数据存放在PIW264中，输出数据存放在PQW266中；PH值输入值存放在PIB268中，输出值存放在PQB269中。

　　（1）程序结构

　　OB1为主程序，负责调用控制程序FB1，FB2。DB1、DB2、DB3为FB1型数据块，DB1为COD显示控制的数据块，DB2为氨氮显示的控制数据块，DB3为PH值显示的数据块。FB2为PH控制的功能块（图4）。

　　（2）OB1程序设计（图4）

　　5.2控制系统仿真

　　仿真界面如（图5）所示。选择RUN-P模式，为可编程运行方式，CPU扫描用户程序，既可以用编程装置从CPU中读出，也可以由编程装置装入CPU中。用编程装置可以监控程序的运行。

　　在仿真界面插入IB0、QB0、IB268。其中IB0表示可以设置节点I0.0-I0.1的值；QB0表示Q0.0-Q0.3对应的输出值；IB268用以设置PH值，以二进制形表示。如（图5）所示，假设PH值为13（对号表示导通），则Q0.0与Q0.2接通。

　　当定时器计时时间达到2小时时刻，COD和氨氮的数据传输到输出设备（绿线表示导通，下同）（图6）。

　　当MW200的值即PIB268中的值也就是检测的PH值设置为4时，由于小于6则Q0.3控制的电机转动向应急池中加碱（图7）。

　　当MW200的值即PIB268中的值也就是检测的PH值设置为13时，由于大于9则Q0.2控制的电机转动向应急池中加水。以保证PH值控制在合理的范围内（图8）。

　　6结语

　　本文在研究污水处理的基本工艺流程的基础上，设计了以PLC为主控制器的污水处理控制系统。针对某种控制要求编写了相应的程序段，对控制系统进行软件设计并仿真，结果表明PLC的控制过程的优越性。PLC控制系统可靠性高，抗干扰能力强；功能完善，适用性强；维护方便，易于维护等一系列特点使其在更多场合得以应用。

　　参考文献

　　[1]刘栓，王太通.PLC控制系统在污水处理过程中的应用[J].矿山机械，2003.6.

　　[2]周金全.城市污水处理工艺.第一版[M].化学工业出版社，2003.

　　[3]廖常初.《S7-300/400PLC应用技术》[M].机械工业出版社，2004.