引言

隨著社會工業(yè)化、城市化及現(xiàn)代化的發(fā)展，每時每刻都會產生并排放大量的污水，污水處理已成為現(xiàn)代社會生活的必要組成部分，對于保護環(huán)境和維護公共衛(wèi)生具有至關重要的作用。污水處理的基本方法包括：物理處理、化學處理和生物處理。本文介紹的粗格柵池是一種污水的物理處理方法，主要利用粗格柵機械分離、沉淀、過濾等手段去除污水中的懸浮物和雜質，這種方法被廣泛應用于污水處理流程的初級處理。

PLC控制系統(tǒng)具有高度的穩(wěn)定性和可靠性，被廣泛應用于各領域，不但能實現(xiàn)各種邏輯控制，還能用于運動控制、數(shù)據(jù)處理和通信等[1-2]?；赑LC的污水處理粗格柵池自動控制系統(tǒng)能實現(xiàn)污水處理的自動化，提高污水處理效率，降低污水處理成本[3]。

1粗格柵池控制系統(tǒng)結構

污水處理粗格柵池控制系統(tǒng)由進水水泵、粗格柵、格柵輸送機、電動閘門、排水水泵等組成，系統(tǒng)可以實現(xiàn)過濾污水中的懸浮雜物，并將過濾后的水送入后續(xù)污水處理凈化池的自動控制系統(tǒng)中。系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示。

2粗格柵池控制系統(tǒng)功能設計

粗格柵池系統(tǒng)功能如下：污水由進水水泵抽入格柵池，粗格柵將污水中過濾出的雜質輸送到格柵輸送機，格柵輸送機將雜質輸送至指定區(qū)域。電動閘門開度能夠根據(jù)格柵池和蓄水池兩側壓力大小進行實時調整，粗格柵過濾后的污水通過電動閘門流入蓄水池，再由排水水泵送入后續(xù)污水處理凈化池等。

具體運行時，粗格柵池控制系統(tǒng)有兩種工作模式，分別為手動模式、自動運行模式。手動模式時，可單獨反復運行各設備。自動運行時，按下啟動按鈕，排水水泵和粗格柵電機開始按照觸摸屏設定的額定速度運行，電動閘門開度按照觸摸屏設定的開度打開并保持，進水水泵正轉，格柵輸送機低速運行，直至按下停止按鈕后，整機停止。在自動運行過程中，系統(tǒng)可根據(jù)格柵池壓力傳感器1的壓力、蓄水池壓力傳感器2的壓力及格柵輸送機上雜質的多少等實時調整電動閘門的開度及格柵輸送機的速度等。

3電氣控制系統(tǒng)設計

考慮到系統(tǒng)功能的需要，進水水泵M1采用三相異步電機；格柵輸送機M2采用雙速電機；排水水泵M3采用三相異步電機并由變頻器控制；為了精確控制開度的大小，電動閘門M4采用伺服電機；粗格柵電機M5采用步進電機。

本系統(tǒng)采用分布式控制方式，由三臺PLC組成，其中一臺S7—1500為主站，兩臺S7—1200為從站，采用以太網(wǎng)的形式組網(wǎng)。電氣控制系統(tǒng)組成如圖2所示。

3.1主站

主站采用西門子S7—1500系列PLC，型號為CPU 1511，采用新型的背板總線技術，具有優(yōu)越的性能，編程更加靈活；同時1500 CPU配置了即插即用型顯示板，可直接在顯示板上配置IP地址；可顯示故障診斷信息，方便快速查找排除故障，且具有優(yōu)化的故障診斷機制，在CPU處于ST0P模式時，仍可保存故障和報警信息，使這些信息不丟失。S7—1500所有CPU集成兩個PR0FINET接口，可實現(xiàn)現(xiàn)場級通信和系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信低成本快速組態(tài)。

系統(tǒng)組建時，主站的兩個PR0FINET接口，一個連接觸摸屏，用于現(xiàn)場的人機交互；另一個連接工業(yè)交換機，用于主站和兩個從站之間進行通信和控制等。也可以在交換機接口較多的情況下，觸摸屏直接連接交換機，這樣主站可預留一個PR0FINET接口，方便現(xiàn)場調試、后期系統(tǒng)擴展等。

3.2從站1

從站1采用西門子S7—1200系列PLC，型號為CPU 1212C AC/DC/RLY，從站1用于接收主站發(fā)來的指令、與主站和從站2進行通信，控制進水水泵M1、格柵輸送機M2和排水水泵M3，接收兩個壓力傳感器的信號等。

3.3從站2

從站2采用西門子S7—1200系列PLC，型號為CPU 1212C DC/DC/DC 6ES7212—1AE40—0XB0，從站2用于接收主站發(fā)來的指令、與主站和從站1進行通信，控制電動閘門電機M4和粗格柵控制電機M5。

其中電動閘門電機M4為伺服電機，型號為Panasonic AC SERV0 M0T0R MHMF022L1U2M。伺服驅動器選用MINAS A5系列，型號為Panasonic MADLN15SG，輸入電壓單相/三相交流200~240 V，采用位置控制方式。Pr0.01=0，Pr0.07=3，一圈脈沖數(shù)Pr0.08=2 000。

粗格柵控制電機M5為兩相步進電機，型號為kinco 2S56Q—02054，步距角1.8O。步進驅動器型號為kinco 2M530。撥碼DIP1~DIP8設置為00011101，即一圈脈沖數(shù)為2 000，靜態(tài)半流，輸出電流為1.8 A。

3.4 HMI

觸摸屏選擇昆侖通態(tài)MCGS TPC7022NI，7寸物聯(lián)網(wǎng)觸摸屏，不但可以在現(xiàn)場實現(xiàn)人機交互，而且不需要專門的云平臺，可通過調試助手軟件直接連上遠程的觸摸屏，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3.5從站2系統(tǒng)接線圖

系統(tǒng)組成中，從站2完成電動閘門伺服電機和粗格柵步進電機的控制，根據(jù)要求，接線如圖3所示。從站2為CPU 1212C DC/DC/DC，所以PLC的供電電源、輸入電源和輸出電源都是直流24 V，另外，Q0.0、Q0.1作為電動閘門伺服電機的脈沖端和方向控制端，Q0.2、Q0.3作為粗格柵步進電機的脈沖端和方向控制端。

4功能實現(xiàn)

系統(tǒng)有兩種工作模式：一種是手動模式，可手動調節(jié)各控制對象的動作；另一種是自動運行模式。處于自動運行模式時，先在觸摸屏上設定排水水泵的額定速度、電動閘門的額定開度、粗格柵電機的運行額定速度，按下自動運行啟動按鈕，進水水泵正轉，格柵輸送機低速運行。在自動運行過程中，根據(jù)格柵池壓力傳感器檢測值（P1）和蓄水池壓力傳感器檢測值（P2）隨時調整閘門的開度，具體如下：

（1）當P1>1 500 Pa且P2>1 200 Pa時，閘門開度維持為當前值。

（2）當P1三1 500 pa且P2>1 200 pa時，電動閘門開度自動減小，減小幅度=（1 500 pa-當前壓力值）X 0.03 mm，計算結果四舍五入取整，電動閘門最小開度為5 mm；粗格柵電機以觸摸屏設定額定速度的1.5倍運行。

（3）當P1>1 500 pa且P2三1 200 pa時，電動閘門開度自動增大，增大幅度=（1 200 pa-當前壓力值）X 0.02 mm，電動閘門最大開度為25 mm，排水水泵以1 300 r/min的速度運行，直至壓力大于1 200 pa時，恢復閘門開度為觸摸屏設定的額定開度，恢復排水水泵運行速度至觸摸屏設定的額定速度。此功能不影響格柵電機和格柵輸送機的運行速度。

（4）當P1三1 500 pa且P2三1 200 pa時，電動閘門開度根據(jù)（2）（3）的結果進行疊加。

（5）在運行過程中，如果雜質的量多，則光電傳感器檢測有信號輸出，格柵輸送機高速運行；直至光電傳感器信號消失，并延時2 s后恢復至低速運行。

（6）在任何運行時刻，浮球高水位計得電時，觸摸屏彈出警告界面，顯示“進水泵房水位過高”，并使排水水泵以1 300 r/min的速度持續(xù)運行5 s，5 s后如浮球高水位計沒有恢復至失電狀態(tài)，觸摸屏警告界面消失，自動運行模式故障指示燈亮，報警窗口顯示“進水泵房水位過高保護”。系統(tǒng)所有電機停止運行，電動閘門保持在當前位置，待浮球高水位計失電后，按下自動啟動按鈕恢復運行。

（7）在任何運行時刻，浮球低水位計得電時，觸摸屏彈出警告界面，顯示“進水泵房水位過低”，并使排水水泵以500 r/min的速度持續(xù)運行5 s，5 s后如浮球低水位計沒有恢復至失電狀態(tài)，觸摸屏警告界面消失，自動運行模式故障指示燈亮，報警窗口顯示“進水泵房水位過低保護”。系統(tǒng)所有電機停止運行，電動閘門保持在當前位置，待浮球低水位計失電后，按下自動運行按鈕恢復運行。

（8）在運行過程中需要停止時按下停止按鈕，或系統(tǒng)發(fā)生緊急事件旋轉急停按鈕，系統(tǒng)立即停止（所有電機立即停止），待事件處理完畢，按下自動運行按鈕，系統(tǒng)繼續(xù)運行。

5結束語

本文以西門子pLC為控制中心設計了污水處理的粗格柵池自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠根據(jù)污水處理池的實時情況隨時調整各被控對象，提高污水處理效率，降低污水處理成本。

隨著環(huán)保意識的增強，污水處理技術也在不斷發(fā)展和改進。我們期待更加高效、環(huán)保的污水處理技術出現(xiàn)，為保護環(huán)境和促進可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。同時，每個人也應該從自身做起，減少用水，減少排放，為環(huán)境保護貢獻自己的力量。