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基于PLC控制的烟厂污水处理系统的设计

文档作者：李建军文档来源：河南中烟黄金叶生产制造中心		点击数：	更新时间： 2025年10月03日
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基于PLC控制的烟厂污水处理系统的设计
李建军
(河南中烟黄金叶生产制造中心河南郑州450000)
摘要：烟厂的水处理系统由于行业的特殊性，主要有生产和生活污水两种，文中并给出了水质情况分析表。系统按照工艺要瓤采用格兰富、E+H、
丹佛斯变频等设备组成硬件系统，利用西门予S7-300PLC的控制方式，以PRoHNET网络形式组网，并分别采用编程软件和组态软件对系统编程，实现
了其自动化控制。系统经过成本核算及环境、效益分析，表明控制效果良好。
关键词：水处理PLC组网
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007．9416(2015)04—0010-02
1概述
烟厂的污水可分为两类，即生产、生活污水。生产污水包括：制
丝车间真空回潮、松散回潮、膨胀烟丝、洗梗等工艺排水，具有浓度
较高，成份复杂、水质变化大、色度高、间歇性排放等特点，污水中含
有烟叶中的生物碱和酚类，香料和香精成分、醇类等有机物，卷接包
车间生产中的白胶废水，废水成白混浊色，COD的浓度较高，但可降
解性很差；动力车间及其它冷却循环水系统排水、锅炉排污等，特点
为含盐量高，可生化性差，另外还有机械维修保养环节产生的含油
废水，软水制备排污等；生活污水主要是生活区、食堂、澡堂等排污，
其中生产污水排水量为总废水量70-80％，其它为厂区内的生活污
水及杂用水，厂区生产、生活排水经汇集，排至污废水处理站，处理
后，外排水部分达到((污水综合排放标准))(GB8978-1996)中二级标
准，排入市政管网，回用水处理达到《城市污水再生利用城市杂用水
水质))(GB／T18920_2002)中绿化、浇洒道路场地、道路清扫、车辆冲
洗和补充景观水池用水标准。其中厂区源水水质情况如表1所示。
本项目污水处理工艺采用A／O生物接触氧化法处理工艺，经沉
淀和气浮处理后外排；回用水部分，采用石英砂和活性炭过滤去除
悬浮物和胶体并采用超滤(膜处理)来最终保障系统出水水质。经工
艺处理后，处理站排水水质及中水水质情况如表2和表3所示。
表1源水水质情况表
序号项目名称单位参考水质
1 CODcr nag／L 550～800
2 SS nag／L 250～350
3 PH 6～9
4 BoD5 mg／L 350～450
表2处理站外排水水质
序号项目名称单位限值(<)
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系统设计要求及优势
按照系统工艺要求对方案进行深化设计，且深化设计满足有关
规范规定要求，并达到处理水质要求，其中工艺要求及设计优势主
要如下：
(1)设备选型经济适用、技术先进、安全可靠，并有成熟应用经
验，管理、检修方便，使系统实现高效低能耗。结合实地情况，满足占
地少、布局合理、工艺流畅等，如所有潜水泵均采用格兰富潜污泵，
质量更有保证，水泵均设有备用，可不间断运行，系统更稳定；填料
支架均采用不锈钢材质，耐腐蚀性能好；二氧化氯发生器采用原装
进口德国格兰富设备，做工精良，原料转化率90％以上·叠螺式污泥
脱水机采用具有日本独资自有专利技术安尼康产品，脱泥效果稳
定；仪器仪表均采用知名品牌德国E+H和美国HACH等产品，质量
更好；控制柜采用威图。(2)执行国家关于环境保护的政策，符合国家
的有关法规、规范及标准。(3)妥善处理污水处理过程中产生的污泥、
表3中水回用水质表
序号项目名称单位限值(≤)
l CODcr mg／L 30
2 SS nag／L 10
3 PH值6—9
4 色度度30
5 味嗅味无不快感
6 溶解氧mg／L ≥1．O
图1水处理系统的结构框图
收稿日期：2015-03—12
作者简介：李建军(1965—)，男，汉族，河南沁阳人，大专，高级技师，河南中烟黄金叶生产制造中心动力车间，主要从事水处理、空压方面应用
与研究。
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图2系统的监控画面组成
序号项目名称单位数值备注
1 电费元／吨水1．18
2 药剂费元／吨水O．108
3 人工费元／吨水0．4
4 设备折旧元／吨水1．57
5 维修费元／吨水0．13
6 胰耗元／吨水0．082
7 滤料更换费元／吨水0．082
吨水处理成本3．552
废渣等，不对环境造成二次污染。(憾择安全、可靠、易操作、易维护
管理的自动化控制及检测系统，提高污水处理系统的自动化控制管
理水平。(5)力求减少投资、节约能耗、降低处理成本，充分体现处理
技术的先进性、工程建设的可操作性和运行管理的可靠性。
3控饲系绫瓣计
为保证系统运行控制可靠、灵活、管理方便。采用集中管理分散
控制的模式，采用一套PLC控制柜和一套电气控制柜。即在设备间设
有就地低压电源开关柜，在控制室设一套PLC柜(含电源柜)和一套
上位机系统，以方便值班运行人员的日常监控与系统维护操作。
通过PROFINET以太网络将设备间的控制柜和控制室的PLC
柜连接起来，由上位机系统统一管理、控制。系统结构图如图1所示。
其控制系统采用结构化模块化。主要特点是：
(1)结构先进合理，性能稳定可靠，管理操作安全方便，工程造价
合理，安装简单，检修维护方便。(2妒LC主控柜通过配置的西门子工
业以太网通讯模块，与全厂的动力能源网连接，由能管中心统一进
行网络配置，实现系统的远程监控功能。(3)自控系统确保对污水处
理站所有运行各环节流程的设备运行状态和检测数据的实时监控
及数据采集，并无条件配合后期能管系统的网络通讯连接与数据采
集上传工作。(4耀行值班室配置两套监控操作站，与主控PLC以点
对点的方式进行通讯，以实现对整个污水处理站的日常运行监控与
操作。
3．1软件系统设计
系统软件主要选用西门子的STEP7V5．5(简体中文版)和
WinCC7．O组态软件，分别进行控制程序和监控画面的设计。
通过软件，可以创建将控制、通讯、监测、操作、诊断集成在一起
数控技术
的应用软件并且允许用户在线组态监控系统、修改控制程序。在系
统不停止运行的情况下，即可以很容易地进行在线整定、程序修改，
以迅速适应变化的需要。同时还可以实现图形组态、历史趋势显示、
实时跟踪显示、消息报警以及数据打印等各种管理功能。在上位机
可实现对现场控制设备(包括各类泵、阀门)的手／自动控制功能。
本监控系统采用WINCC组态监控软件包，它是集现场数据采
集、系统监视和控制及信息管理为一体的高性能监控组态软件包。
该软件操作简便灵活、运行可靠。其系统监控画面组成如图2所示。
经组态的监控软件的功能特点如下：
(1瑚潜，自动推出故障设备；(2励态控制程序表，运行步序及时
间的监视更为直观-(3瑙}备选择和运行操作均为鼠标／键盘软操作，
简捷灵活-(4)流量累积功能：对单台设备及系统总制水量进行自动
累积，给运行人员提供依据；(5)完善的报表打印功能：可进行班报、
日报、月报表及制水量、报警及参数的打印；(6)软件的可组态功能，
使系统的扩充组态更为方便。
操作站作为整个控制系统监视和操作的中心，整个工艺系统的
监视和控制均在此完成。操作站负责接收运行操作人员指令并下发
给PLC，并通过网络从PLC读取工艺系统运行状态信号和各种在线
参数，在CRT画面上对整个工艺系统流程进行集中动态监视。
3．2硬件系统设计
系统的硬件主要选用西门子的$7-300 315-2PN／DP的PLC作
为系统的控制器。系统的变频器选用丹佛斯(Danfoss)公司FC300系
列。而采用西门子ET200s做为远程I／O站。
西门子ET 2∞S是一款具有丰富的信号模块，同时支持电机启
动器、变频器，PROFIBUS和PROFINET网络的分布式10系统。为了
达到节能减排的目的，合理的设置变频控制，并且配名-Profibus-DP
通讯网卡(Profibus--DP通讯协议)用以和自控系统做无缝衔接。
4系统效能分析
4．1成本核算
中水处理站运行费用主要由电费、药剂费、人工费、设备折旧
费、维修费、膜耗、滤料更换费等组成。如表4所示。
4．2环境与社会效益分析
本系统实施后，可消减排放的污染物总量，很大地改善当地的
水环境质量，为创造良好的生产，生活环境和促进地方经济发展有
着积极的意义。预计每年可至少消减：
(1)CODcr：(675-150)×2000×365÷106“383．25吨；
⋯⋯下转第13页
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’f与应用数控技术
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国5热敏电阻测温电路
载传感器，衣物质料检测系统、电动机惯性响应检测系统，光电传感
器、温度传感器、水位变化检测系统分别对衣物重量、衣物质料、脏
污程度和性质、水温和水位等进行检测，传感器输出信号经过处理
后送入单片机进行模糊计算与推理，进而推断出水位、洗涤剂投放
量、洗涤时间，电动机转速、飘洗和脱水时间等参量用以实时控制洗
衣机的工作。
4模糊控制洗衣机中的传感检测系统
4．1水位检测
水位高低影响洗净度、水流强度、洗涤时闻等参数。模糊控制洗
衣机的水位检测是连续的，一般采用谐振式水位传感器，将被测量
转变为LC参数的变化，并以频率输出，其测量电路如图2所示。工作
过程如下：将水位的高低通过导管转换成一个测试。
内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动，带动隔
膜中心的磁芯在线圈内移动，使线圈电感L变化，电感L与电容C1、
c2组成的三点式振荡电路的谐振频率发生相应变化，经c3耦合接
入放大器Al放大，再经A2整形后，接人单片机计数。
4．2布量和布质的检测
衣物的重量和质料影响洗涤时间、水位和洗衣粉的投放量。
布量和布质的检测一般在洗涤之前。测布量时，先加入一定的
水并让驱动电机以断续通电运转的方式工作一分钟左右，然后切断
电源，由于惯性作用电机会维持短时间旋转，此时电机处于发电机
状态，会产生一定感应电势并逐渐衰减到零。由于衰减速率与布阻
抗有关，因此，只要检测出主电机处于发电机状态的时间长短，就可
以反过来推算出布量的多少，时间越短。布量越多。
布质检测与布量检测使用相同的装置。测布质时，水位比测布
量的水位低一档，然后让驱动电机以通、断方式工作一段时间，检测
每次断电期间得到的脉冲数，并求其平均值。再用测布量时得到的
脉冲数减去测布质时得到的脉冲数。两者之差可判别布质。著布质
·⋯··上接第11页
(2)BOD：(40¨30)X2000×365÷106—270．1吨；
(3)ss：(30肛150)×2000×365÷106—109．5吨l
故本系统的实施，具有显著的环境效益和良好的社会效益。
5结语
本文通过对烟厂污水处理的分析，采用西门子的PLC系统和
WinCC监控系统实现对整个系统的控制，经效能分析，该系统具有
良好的社会效益和环境效益，证明该系统可行。
越硬，即棉织品多，则脉冲数差就越大；反之，布质越软，即化纤品
多，则脉冲数差越小。
布量布质检测电路如图3所示。主电机发电时间是直接通过检
测起动电容C两端输出电势，并将此电势由二极管VD半波整流后，
经光电隔离、放大整形为一矩形脉冲系列的脉冲数而定。主电机处
于发电机状态的时间越长，脉冲个数越多，则布阻抗越小。
4．3衣服脏污程度和性质检测
衣物脏污程度和性质影响洗涤时间和洗衣机转速。由于无法直
接检测衣物的脏污状况，常通过检测洗涤液的污染状况来间接测
量。
当衣物脏污严重时，洗涤液会严重混浊；反之洗涤液就不太混
浊。此外，根据洗涤液达到相同混浊度所需的时间不同，可判断衣物
脏污性质。若是泥性脏污，浑浊度变化快；而油性脏污，浑浊度的变
化就比较慢。
浑浊度的检测是采用光电传感器来完成的，其检测电路如图4
所示。发光二极管LED由单片机脉宽调制PWM信号控制LED发出
调制红外光，穿过动态的洗涤液，到达光电三极管VT，当洗衣液浑浊
程度不同时，红外线穿透水的程度也不同，使Ⅵ’的射级输出电压随
洗涤液的浑浊程度而线性变化。这样，输出电压的大小就反应了水
的浑浊程度。
若被洗衣物脏污严重并且是油性脏污，则洗涤对闯应延长；反
之，则洗涤时间应缩短。
4。4水温的检测
洗衣过程中，适当的水温可提高洗涤效果，减少洗涤时间。水温
传感器装在洗涤桶的下部，将打开洗衣机开关时的温度作为环境温
度，注水结束时的温度作为水温。采用NTC热敏电阻作为测温传感
器，测温电路如图5所示。温度上升，Rt阻值变小，输入电压提高，经
放大，进入模数转换电路后输入单片机。当测到的温度高，洗涤时间
适当减少。
5绩语
在洗衣机中应用了各类传感器，可以模仿人类的视、昕、嗅、味、
触觉功能来感知当前状态，并通过模糊推理技术，大大提高了洗衣
机的智能化程度。但传感器与人的感觉相比，精度尚有差距，因此，
要想实现洗衣机的完全智能化，还有待进一步改进。
参考文献
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