基于PLC的SBR污水處理控制系統

（無錫職業技術學院，江蘇 無 錫 2 14121）

污水廠的管理目前大都停留在經驗決策階段，因此污水處理質量極大程度上受管理人員素質的制約。隨著污水處理水質要求的日趨嚴格，污水處理工藝過程更趨復雜，控制要求越來越高，管理水平將是污水處理事業進一步發展的障礙之一。近年來從國外引進設備的污水廠基本上都采用工業計算機管理，取得了較好的效果。本文就污水處理SBR法PLC控制作些探討。

1 系統的工藝流程及設備控制要求

SBR是序批式間歇活性污泥法（又稱序批式反應器，Sequencing Batch Reactor）的簡稱。SBR污水生物處理工藝，是按“進水、反應(曝氣等)、沉淀、排水”步驟周期性進行生化反應。從污水流入開始到排水結束算做一個周期，其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 SBR污水處理工藝流程

SBR污水處理工藝的基本操作運行程序為如下：

（1）進水。進水閥門打開，污水通過粗格柵過濾，經過水泵，然后細格柵過濾到達SBR池。

（2）反應。當進水到—定液位后，停止進水，空氣閥門打開，鼓風機啟動，開始曝氣，同時潛水攪拌器和回流污泥泵運。

（3）沉淀：當SBR池停止曝氣以后，空氣引伺門關閉，潛水攪拌器和回流污泥泵?！线\行，開始重力沉淀和泥水分離。

（4）排水。當SBR池水位達到最高水位，并經過沉淀工藝以后，上清液(上面的清液)由潷水器緩慢排出池外。當池水位達到處理周期開始時的最低水位時，停止潷水。剩余污泥泵在潷水器停運行后開始運行，排泥至儲泥池。

2 污水處理控制系統

2.1 系統組成

在中央控制室設有一臺上位監控機，一個模擬顯示屏。在值班室設有一個PLC控制箱，負責對所控設備狀態監控及有關模擬量的采集工作。監控管理機與PLC通過通信電纜(屏蔽雙絞線)連接。

2.2 設備控制原理

（1）兩臺粗格柵除污機，由時間間隔來控制其開或者停，一般開10 min，停1 h。

（2）兩臺水泵，由浮球控制。當集水池處于低水位時，關閉所有泵；當水位較高時，開一臺水泵；當水位高時，開兩臺水泵：當水位很高時，發報警信號。

（3）兩臺細格柵由時間控制其開或停。一般開10 min，停 1 h。

（4）當有一臺細格柵工作時，皮帶運輸機滯后10 s開機。

（5）SBR池內進水閥門依次開啟，當1#池水位升到一定液位后關閥門，然后開2#進水閥門，2#池水位升到一定液位后關閥門，然后開3#進水閥門，依此類推。

（6）當進水閥門關閉后，空氣閥門開啟，潛水攪拌器和回流污泥泵同時開啟。曝氣3 h后關閉空氣閥門關閉，潛水攪拌器和回流污泥泵也隨之關閉。

（7）空氣閥門關閉1 h后，潷水器開始運行。當SBR池液位達到一定液位后停止運行。

（8）剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至儲泥池。儲泥池液位達到高液位或1 h后停止運行。

（9）當開啟1個空氣閥門時，開啟一臺鼓風機，當開啟2個或3個空氣閥門時，開兩臺鼓風機。

（10）脫水機按水處理工藝要求工作，單體為白動化組。

2.3 上位監控管理機

PLC將采集SBR池內液位、總水量、空氣流量、DO儀等參數作為控制用外，還通過通信電纜將其參數傳送給卜位監控管理機，通過上位監控管理機可實時監測有關參數變化，并保留一段時間的數據，形成變化曲線。同時可以實時監測所控設備工作狀態，具有設備故障報警、參數打印等功能。

2.4 模擬顯示屏

可以直觀地了解格柵除污機、水泵、空氣閥門、潷水器、剩余污泥泵、脫水機等主要設備的工作狀態。

3 污水處理控制系統的PLC選型和資源配置

污水處理控制系統主要由上位監控機，主控PLC、水泵、鼓風機、液位計、遠程I/O等組成，其中主控PLC控制水泵、鼓風機、液位計工作并接收上位監控機的監控，通過遠程I/O連接模擬顯示屏并顯示。污水處理控制系統的構成如圖2所示。

圖2 污水處理控制系統構成

主控PLC框架配置圖如圖3所示。各模塊的說明如下：

（1）U-01DM 專門為華光 SU-5／SU-6系列PLC而生產的數據通信模塊，使用U-01DM就可以與其他PLC或上位計算機進行串行通信。

（2）U-55N數字量輸入模塊，輸入點數為16點，主要用來將外部一些信號輸入到PLC，如行程開關信號等。

（3）U-05T數字量輸出模塊，輸出點數為16點，主要用來將控制信號輸出到相應的器件，實現控制。

（4）U-01AD模擬量輸入模塊，用于將模擬量信號(電壓、電流)變換成數字信號。本模塊具有4個通道，各通道將模擬輸入信號分時變換成(0—4095)或9-4095—+4095)的數字信號，并逐個向CPU輸出。

（5）U-02RM和U-02RS遠程I/O模塊，主控PLC利用U-02RM模塊，采用串行通信的方式控制擴展I/O。

（6）U-DMY填空模塊，它的外形尺寸和輸入/輸出模塊一樣。

圖3 主控PLC框架配置圖

4 程序的流程圖和時序圖、構成和相關設置

程序主要依據SBR法污水處理工藝 (進水、反應、沉淀、排水)，根據各環節設備的運行狀況進行編制。具體一個SBR池、一個周期的流程圖如圖4所示，而整個工程有4個SBR池。

圖4 一個SBR池子，一個周期的流程圖

程序主要有以下幾種模式：自動模式、手動模式、報警模式等。

（1）自動模式。在這種模式下，PLC將運行已經設置好的程序和參數(適用于機械一切都工作正常的情況)。

（2）手動模式。此模式主要是針對測試或出現問題時適用的 (如水泵出現故障、閥門開不到位等情況)。本工程中，所有設備都具有手動功能。在手動模式下，設備運行不再按照PLC程序運行，完全是通過人的操作來完成。

（3）報警模式。為了確保整個系統的安全運行，特設置了此模式。當SBR池水位過高時，開始報警，防止SBR池內水溢出。

5 結束語

SBR污水處理工藝控制在預定的進水時間內，根據反應池的充滿程序，確定啟、停鼓風機、潷水器等一系列操作，這些均需PLC來控制。另外，由于季節變化污水量少、水質濃度的變化，處理效果需要通過調整周期內時間配置來調節。如出水氨氮過高，則需延長曝氣時間等，一般可以在PLC內預先設置幾套周期配置模式，以便根據實際水量、水質、水溫等因素，在一段時間內選用一種周期模式，或晝夜用不同的周期模式。此外，PLC內還具有意外情況下的處理對策，如突然停電一段時間后，應以何種措施過渡恢復等，這些均是SBR法有別于連續流工藝控制管理的方面。

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