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基于PLC控制的煙廠污水處理系統(tǒng)的設(shè)計

文檔作者：李建軍文檔來源：河南中煙黃金葉生產(chǎn)制造中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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基于PLC控制的煙廠污水處理系統(tǒng)的設(shè)計
李建軍
(河南中煙黃金葉生產(chǎn)制造中心河南鄭州450000)
摘要：煙廠的水處理系統(tǒng)由于行業(yè)的特殊性，主要有生產(chǎn)和生活污水兩種，文中并給出了水質(zhì)情況分析表。系統(tǒng)按照工藝要瓤采用格蘭富、E+H、
丹佛斯變頻等設(shè)備組成硬件系統(tǒng)，利用西門予S7-300PLC的控制方式，以PRoHNET網(wǎng)絡(luò)形式組網(wǎng)，并分別采用編程軟件和組態(tài)軟件對系統(tǒng)編程，實現(xiàn)
了其自動化控制。系統(tǒng)經(jīng)過成本核算及環(huán)境、效益分析，表明控制效果良好。
關(guān)鍵詞：水處理PLC組網(wǎng)
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007．9416(2015)04—0010-02
1概述
煙廠的污水可分為兩類，即生產(chǎn)、生活污水。生產(chǎn)污水包括：制
絲車間真空回潮、松散回潮、膨脹煙絲、洗梗等工藝排水，具有濃度
較高，成份復雜、水質(zhì)變化大、色度高、間歇性排放等特點，污水中含
有煙葉中的生物堿和酚類，香料和香精成分、醇類等有機物，卷接包
車間生產(chǎn)中的白膠廢水，廢水成白混濁色，COD的濃度較高，但可降
解性很差；動力車間及其它冷卻循環(huán)水系統(tǒng)排水、鍋爐排污等，特點
為含鹽量高，可生化性差，另外還有機械維修保養(yǎng)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的含油
廢水，軟水制備排污等；生活污水主要是生活區(qū)、食堂、澡堂等排污，
其中生產(chǎn)污水排水量為總廢水量70-80％，其它為廠區(qū)內(nèi)的生活污
水及雜用水，廠區(qū)生產(chǎn)、生活排水經(jīng)匯集，排至污廢水處理站，處理
后，外排水部分達到((污水綜合排放標準))(GB8978-1996)中二級標
準，排入市政管網(wǎng)，回用水處理達到《城市污水再生利用城市雜用水
水質(zhì)))(GB／T18920_2002)中綠化、澆灑道路場地、道路清掃、車輛沖
洗和補充景觀水池用水標準。其中廠區(qū)源水水質(zhì)情況如表1所示。
本項目污水處理工藝采用A／O生物接觸氧化法處理工藝，經(jīng)沉
淀和氣浮處理后外排；回用水部分，采用石英砂和活性炭過濾去除
懸浮物和膠體并采用超濾(膜處理)來最終保障系統(tǒng)出水水質(zhì)。經(jīng)工
藝處理后，處理站排水水質(zhì)及中水水質(zhì)情況如表2和表3所示。
表1源水水質(zhì)情況表
序號項目名稱單位參考水質(zhì)
1 CODcr nag／L 550～800
2 SS nag／L 250～350
3 PH 6～9
4 BoD5 mg／L 350～450
表2處理站外排水水質(zhì)
序號項目名稱單位限值(<)
l CODer mg／L 150
2 SS nag／L 150
3 PH 6～9
4 五日生化需氧量BOD5 nag／L 30
2系統(tǒng)設(shè)計要求及優(yōu)勢
按照系統(tǒng)工藝要求對方案進行深化設(shè)計，且深化設(shè)計滿足有關(guān)
規(guī)范規(guī)定要求，并達到處理水質(zhì)要求，其中工藝要求及設(shè)計優(yōu)勢主
要如下：
(1)設(shè)備選型經(jīng)濟適用、技術(shù)先進、安全可靠，并有成熟應(yīng)用經(jīng)
驗，管理、檢修方便，使系統(tǒng)實現(xiàn)高效低能耗。結(jié)合實地情況，滿足占
地少、布局合理、工藝流暢等，如所有潛水泵均采用格蘭富潛污泵，
質(zhì)量更有保證，水泵均設(shè)有備用，可不間斷運行，系統(tǒng)更穩(wěn)定；填料
支架均采用不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕性能好；二氧化氯發(fā)生器采用原裝
進口德國格蘭富設(shè)備，做工精良，原料轉(zhuǎn)化率90％以上·疊螺式污泥
脫水機采用具有日本獨資自有專利技術(shù)安尼康產(chǎn)品，脫泥效果穩(wěn)
定；儀器儀表均采用知名品牌德國E+H和美國HACH等產(chǎn)品，質(zhì)量
更好；控制柜采用威圖。(2)執(zhí)行國家關(guān)于環(huán)境保護的政策，符合國家
的有關(guān)法規(guī)、規(guī)范及標準。(3)妥善處理污水處理過程中產(chǎn)生的污泥、
表3中水回用水質(zhì)表
序號項目名稱單位限值(≤)
l CODcr mg／L 30
2 SS nag／L 10
3 PH值6—9
4 色度度30
5 味嗅味無不快感
6 溶解氧mg／L ≥1．O
圖1水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖
收稿日期：2015-03—12
作者簡介：李建軍(1965—)，男，漢族，河南沁陽人，大專，高級技師，河南中煙黃金葉生產(chǎn)制造中心動力車間，主要從事水處理、空壓方面應(yīng)用
與研究。
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表4噸水處理成本核算清單
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圖2系統(tǒng)的監(jiān)控畫面組成
序號項目名稱單位數(shù)值備注
1 電費元／噸水1．18
2 藥劑費元／噸水O．108
3 人工費元／噸水0．4
4 設(shè)備折舊元／噸水1．57
5 維修費元／噸水0．13
6 胰耗元／噸水0．082
7 濾料更換費元／噸水0．082
噸水處理成本3．552
廢渣等，不對環(huán)境造成二次污染。(憾擇安全、可靠、易操作、易維護
管理的自動化控制及檢測系統(tǒng)，提高污水處理系統(tǒng)的自動化控制管
理水平。(5)力求減少投資、節(jié)約能耗、降低處理成本，充分體現(xiàn)處理
技術(shù)的先進性、工程建設(shè)的可操作性和運行管理的可靠性。
3控飼系綾瓣計
為保證系統(tǒng)運行控制可靠、靈活、管理方便。采用集中管理分散
控制的模式，采用一套PLC控制柜和一套電氣控制柜。即在設(shè)備間設(shè)
有就地低壓電源開關(guān)柜，在控制室設(shè)一套PLC柜(含電源柜)和一套
上位機系統(tǒng)，以方便值班運行人員的日常監(jiān)控與系統(tǒng)維護操作。
通過PROFINET以太網(wǎng)絡(luò)將設(shè)備間的控制柜和控制室的PLC
柜連接起來，由上位機系統(tǒng)統(tǒng)一管理、控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
其控制系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化模塊化。主要特點是：
(1)結(jié)構(gòu)先進合理，性能穩(wěn)定可靠，管理操作安全方便，工程造價
合理，安裝簡單，檢修維護方便。(2妒LC主控柜通過配置的西門子工
業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊，與全廠的動力能源網(wǎng)連接，由能管中心統(tǒng)一進
行網(wǎng)絡(luò)配置，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程監(jiān)控功能。(3)自控系統(tǒng)確保對污水處
理站所有運行各環(huán)節(jié)流程的設(shè)備運行狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控
及數(shù)據(jù)采集，并無條件配合后期能管系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊連接與數(shù)據(jù)采
集上傳工作。(4耀行值班室配置兩套監(jiān)控操作站，與主控PLC以點
對點的方式進行通訊，以實現(xiàn)對整個污水處理站的日常運行監(jiān)控與
操作。
3．1軟件系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要選用西門子的STEP7V5．5(簡體中文版)和
WinCC7．O組態(tài)軟件，分別進行控制程序和監(jiān)控畫面的設(shè)計。
通過軟件，可以創(chuàng)建將控制、通訊、監(jiān)測、操作、診斷集成在一起
數(shù)控技術(shù)
的應(yīng)用軟件并且允許用戶在線組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、修改控制程序。在系
統(tǒng)不停止運行的情況下，即可以很容易地進行在線整定、程序修改，
以迅速適應(yīng)變化的需要。同時還可以實現(xiàn)圖形組態(tài)、歷史趨勢顯示、
實時跟蹤顯示、消息報警以及數(shù)據(jù)打印等各種管理功能。在上位機
可實現(xiàn)對現(xiàn)場控制設(shè)備(包括各類泵、閥門)的手／自動控制功能。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用WINCC組態(tài)監(jiān)控軟件包，它是集現(xiàn)場數(shù)據(jù)采
集、系統(tǒng)監(jiān)視和控制及信息管理為一體的高性能監(jiān)控組態(tài)軟件包。
該軟件操作簡便靈活、運行可靠。其系統(tǒng)監(jiān)控畫面組成如圖2所示。
經(jīng)組態(tài)的監(jiān)控軟件的功能特點如下：
(1瑚潛，自動推出故障設(shè)備；(2勵態(tài)控制程序表，運行步序及時
間的監(jiān)視更為直觀-(3瑙}備選擇和運行操作均為鼠標／鍵盤軟操作，
簡捷靈活-(4)流量累積功能：對單臺設(shè)備及系統(tǒng)總制水量進行自動
累積，給運行人員提供依據(jù)；(5)完善的報表打印功能：可進行班報、
日報、月報表及制水量、報警及參數(shù)的打??；(6)軟件的可組態(tài)功能，
使系統(tǒng)的擴充組態(tài)更為方便。
操作站作為整個控制系統(tǒng)監(jiān)視和操作的中心，整個工藝系統(tǒng)的
監(jiān)視和控制均在此完成。操作站負責接收運行操作人員指令并下發(fā)
給PLC，并通過網(wǎng)絡(luò)從PLC讀取工藝系統(tǒng)運行狀態(tài)信號和各種在線
參數(shù)，在CRT畫面上對整個工藝系統(tǒng)流程進行集中動態(tài)監(jiān)視。
3．2硬件系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)的硬件主要選用西門子的$7-300 315-2PN／DP的PLC作
為系統(tǒng)的控制器。系統(tǒng)的變頻器選用丹佛斯(Danfoss)公司FC300系
列。而采用西門子ET200s做為遠程I／O站。
西門子ET 2∞S是一款具有豐富的信號模塊，同時支持電機啟
動器、變頻器，PROFIBUS和PROFINET網(wǎng)絡(luò)的分布式10系統(tǒng)。為了
達到節(jié)能減排的目的，合理的設(shè)置變頻控制，并且配名-Profibus-DP
通訊網(wǎng)卡(Profibus--DP通訊協(xié)議)用以和自控系統(tǒng)做無縫銜接。
4系統(tǒng)效能分析
4．1成本核算
中水處理站運行費用主要由電費、藥劑費、人工費、設(shè)備折舊
費、維修費、膜耗、濾料更換費等組成。如表4所示。
4．2環(huán)境與社會效益分析
本系統(tǒng)實施后，可消減排放的污染物總量，很大地改善當?shù)氐?
水環(huán)境質(zhì)量，為創(chuàng)造良好的生產(chǎn)，生活環(huán)境和促進地方經(jīng)濟發(fā)展有
著積極的意義。預計每年可至少消減：
(1)CODcr：(675-150)×2000×365÷106“383．25噸；
??下轉(zhuǎn)第13頁
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國5熱敏電阻測溫電路
載傳感器，衣物質(zhì)料檢測系統(tǒng)、電動機慣性響應(yīng)檢測系統(tǒng)，光電傳感
器、溫度傳感器、水位變化檢測系統(tǒng)分別對衣物重量、衣物質(zhì)料、臟
污程度和性質(zhì)、水溫和水位等進行檢測，傳感器輸出信號經(jīng)過處理
后送入單片機進行模糊計算與推理，進而推斷出水位、洗滌劑投放
量、洗滌時間，電動機轉(zhuǎn)速、飄洗和脫水時間等參量用以實時控制洗
衣機的工作。
4模糊控制洗衣機中的傳感檢測系統(tǒng)
4．1水位檢測
水位高低影響洗凈度、水流強度、洗滌時聞等參數(shù)。模糊控制洗
衣機的水位檢測是連續(xù)的，一般采用諧振式水位傳感器，將被測量
轉(zhuǎn)變?yōu)長C參數(shù)的變化，并以頻率輸出，其測量電路如圖2所示。工作
過程如下：將水位的高低通過導管轉(zhuǎn)換成一個測試。
內(nèi)腔氣體變化的壓力，驅(qū)動內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動，帶動隔
膜中心的磁芯在線圈內(nèi)移動，使線圈電感L變化，電感L與電容C1、
c2組成的三點式振蕩電路的諧振頻率發(fā)生相應(yīng)變化，經(jīng)c3耦合接
入放大器Al放大，再經(jīng)A2整形后，接人單片機計數(shù)。
4．2布量和布質(zhì)的檢測
衣物的重量和質(zhì)料影響洗滌時間、水位和洗衣粉的投放量。
布量和布質(zhì)的檢測一般在洗滌之前。測布量時，先加入一定的
水并讓驅(qū)動電機以斷續(xù)通電運轉(zhuǎn)的方式工作一分鐘左右，然后切斷
電源，由于慣性作用電機會維持短時間旋轉(zhuǎn)，此時電機處于發(fā)電機
狀態(tài)，會產(chǎn)生一定感應(yīng)電勢并逐漸衰減到零。由于衰減速率與布阻
抗有關(guān)，因此，只要檢測出主電機處于發(fā)電機狀態(tài)的時間長短，就可
以反過來推算出布量的多少，時間越短。布量越多。
布質(zhì)檢測與布量檢測使用相同的裝置。測布質(zhì)時，水位比測布
量的水位低一檔，然后讓驅(qū)動電機以通、斷方式工作一段時間，檢測
每次斷電期間得到的脈沖數(shù)，并求其平均值。再用測布量時得到的
脈沖數(shù)減去測布質(zhì)時得到的脈沖數(shù)。兩者之差可判別布質(zhì)。著布質(zhì)
·?··上接第11頁
(2)BOD：(40¨30)X2000×365÷106—270．1噸；
(3)ss：(30肛150)×2000×365÷106—109．5噸l
故本系統(tǒng)的實施，具有顯著的環(huán)境效益和良好的社會效益。
5結(jié)語
本文通過對煙廠污水處理的分析，采用西門子的PLC系統(tǒng)和
WinCC監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，經(jīng)效能分析，該系統(tǒng)具有
良好的社會效益和環(huán)境效益，證明該系統(tǒng)可行。
越硬，即棉織品多，則脈沖數(shù)差就越大；反之，布質(zhì)越軟，即化纖品
多，則脈沖數(shù)差越小。
布量布質(zhì)檢測電路如圖3所示。主電機發(fā)電時間是直接通過檢
測起動電容C兩端輸出電勢，并將此電勢由二極管VD半波整流后，
經(jīng)光電隔離、放大整形為一矩形脈沖系列的脈沖數(shù)而定。主電機處
于發(fā)電機狀態(tài)的時間越長，脈沖個數(shù)越多，則布阻抗越小。
4．3衣服臟污程度和性質(zhì)檢測
衣物臟污程度和性質(zhì)影響洗滌時間和洗衣機轉(zhuǎn)速。由于無法直
接檢測衣物的臟污狀況，常通過檢測洗滌液的污染狀況來間接測
量。
當衣物臟污嚴重時，洗滌液會嚴重混濁；反之洗滌液就不太混
濁。此外，根據(jù)洗滌液達到相同混濁度所需的時間不同，可判斷衣物
臟污性質(zhì)。若是泥性臟污，渾濁度變化快；而油性臟污，渾濁度的變
化就比較慢。
渾濁度的檢測是采用光電傳感器來完成的，其檢測電路如圖4
所示。發(fā)光二極管LED由單片機脈寬調(diào)制PWM信號控制LED發(fā)出
調(diào)制紅外光，穿過動態(tài)的洗滌液，到達光電三極管VT，當洗衣液渾濁
程度不同時，紅外線穿透水的程度也不同，使Ⅵ’的射級輸出電壓隨
洗滌液的渾濁程度而線性變化。這樣，輸出電壓的大小就反應(yīng)了水
的渾濁程度。
若被洗衣物臟污嚴重并且是油性臟污，則洗滌對闖應(yīng)延長；反
之，則洗滌時間應(yīng)縮短。
4。4水溫的檢測
洗衣過程中，適當?shù)乃疁乜商岣呦礈煨Ч?，減少洗滌時間。水溫
傳感器裝在洗滌桶的下部，將打開洗衣機開關(guān)時的溫度作為環(huán)境溫
度，注水結(jié)束時的溫度作為水溫。采用NTC熱敏電阻作為測溫傳感
器，測溫電路如圖5所示。溫度上升，Rt阻值變小，輸入電壓提高，經(jīng)
放大，進入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后輸入單片機。當測到的溫度高，洗滌時間
適當減少。
5績語
在洗衣機中應(yīng)用了各類傳感器，可以模仿人類的視、昕、嗅、味、
觸覺功能來感知當前狀態(tài)，并通過模糊推理技術(shù)，大大提高了洗衣
機的智能化程度。但傳感器與人的感覺相比，精度尚有差距，因此，
要想實現(xiàn)洗衣機的完全智能化，還有待進一步改進。
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