PLC自控系統在污水處理廠中的應用

聶兆芬

摘 要：在污水處理廠應用PLC自控系統不僅可以提高工作效率，還可以有效地提高污水處理廠的工作質量。以某污水處理廠采用PLC自控系統實現自動化為例，分析了該系統的工作方式和應用操作特點，并闡述了該系統安全可靠、操作簡易、經濟實用等優點，為PLC自控系統在污水處理廠中進一步推廣、應用提供參考。

關鍵詞：污水處理；PLC；設計；應用；運行操作

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0156-02

隨著人口數量不斷上升，城市用水需求量明顯增多，產生的污水也在增多。傳統的污水處理過程不但自動化程度低、操作難度大，而且成本高、效率低。自動化技術在各行業不斷發展，污水處理廠的自動化運作也有待提高。如何使用新技術使污水處理廠實現自動化是值得人們思考的問題。下面以某污水處理廠采用PLC自控系統實現自動化為例進行探討。

1 污水處理PLC自控系統構架

監控系統上層為中央控制室內的2臺中心監控計算機，下層為若干現場可編程控制器（PLC），它們分布在污水處理廠中不同的位置，分別負責一部分設備的控制。被控制設備，比如閥門、水泵、風機等與PLC的I/O相連，PLC通過輸入和輸出控制信號對其進行控制量采集和控制，上位機和現場PLC之間則借助PLC通信網絡來交換數據。

某污水處理廠的自控系統由PLC/計算機控制管理系統、儀表檢測和電視監控三部分組成。計算機控制管理系統遵循“集中管理、分散控制、資源共享”的原則；儀表系統遵循“工藝必需、先進實用、維護簡便”的原則。全廠的自控系統是基于現代先進控制思想的分布式——計算機控制系統（即集散型控制系統）。

2 PLC自控系統設計

在設計時，選用工業環形以太網和冗余某網絡控制現場總線，配以某系列PLC控制站，具有較高的性價比。

2.1 系統構成

根據該廠的生產工藝，整個污水處理過程可以分為兩個控制區域，每個區域設置一套現場控制站。該污水處理廠工藝流程見圖1.

圖1 該污水處理廠污水處理工藝流程

2.1.1 現場控制站一

測控管理區域分別為粗格柵間、進水泵站、細格柵間、旋流沉砂池、氧化溝、污泥濃縮脫水機房和生物除臭池。

2.1.2 現場控制站二

該控制站設在加氯加藥間，測控管理區域分別為接觸消毒池、加氯加藥間、二沉池、綜合井和污泥泵站。同時，二沉池和污泥泵站設置本分控站的3個現場級遠程I/O站，即RIO21、RIO22和RIO23。

2.2 控制方式

該污水處理廠主要自控設備的控制方式共三種：①手動控制方式，通過就地控制箱或MCC上的按鈕實現對設備的啟停操作；②軟手動控制方式，即遠程手動控制方式，操作人員通過工作站的監控畫面，用鼠標或鍵盤來控制現場設備；③自動控制方式，由各PLC根據污水廠的工況和工藝參數來完成對設備的啟停控制，而不需要人工干預。

這三種方式的控制級別由高到低依次為手動控制、軟手動控制、自動控制。

2.3 通訊網絡

以太網通訊用于控制輸入、輸出模塊，在以太網鏈路上作為適配器連接分布式輸入、輸出，以消息方式在以太網上與其他設備通訊作為網橋將消息傳輸到其他網絡。上、下層通信可以直接通過插在上位監控機和各PLC中的網絡模塊，設置相應的地址表，并借助簡單的內部命令進行數據交換。

2.4 軟件

采用Logix5000控制器編程軟件和Rsview32Works操作員站監控組態軟件。Logix5000可在線對PLC程序進行修改，Rsview32Works軟件可使操作員在正常監控、操作的環境下，對上位組態、數據庫和操作員界面進行修改。

2.5 該網絡控制現場總線

網絡控制現場總線用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸，它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務。作為控制器和I/O設備之間的一條高速通信鏈路，它綜合了現有的各種網絡功能。該網絡控制提供了簡單、高度確定而且靈活的傳輸數據方式，在執行程序的上載/下載操作、數據實時監控時，不會影響到I/O的控制性能。

3 該污水廠PLC自控系統應用

3.1 系統功能

PLC自控系統對工藝流程圖可實時顯示，可監測設備的運行狀況，觀察各工藝的參數；可通過調整設備的運行參數實現設備遠程調控；可通過在線儀表反映的工藝參數值自動控制設備運行；可進行配電室內的電力監控；可自動生成報表。

3.2 具體應用

3.2.1 細格柵自動控制

細格柵自動控制采用的是水位差控制和時間控制。

3.2.2 進水泵房的自動控制

通過自動累計水泵運行時間，實現水泵的自動輪值，保證水泵處在最佳的運行狀態。

3.2.3 旋流沉砂池的自動控制

旋流沉砂池自動運行時，其攪拌葉輪連續運行，由控制系統定時啟動排砂過程，同時，控制砂水分離器等設備的聯動運行。

3.2.4 氧化溝曝氣量自動控制

為了使程序達到最大程度的靈活性，要依據實際需氧量和負荷條件調節動力輸入。系統可以通過調節曝氣機的轉速來調節總的充氧量。

3.2.5 污泥回流量自動控制

污泥濃縮脫水系統控制采用的是時間控制和手動控制。

3.2.6 加氯（藥）量控制

根據進水流量的大小，按照比例投加的原則自動控制加氯量。同時，測定接觸消毒池出水余氯作為修正值，自動修正加氯量，這是由流量、余氯復合環控制的。

3.3 在線儀表的應用經驗

在線儀表在污水廠運行中占據著重要的地位，對工藝調整和運行起著指導作用。液位計的準確關系到設備的安全，溶解氧儀的正常運行關系到出水的水質，因此，在線儀表的安裝位置是十分重要的。

該廠進水泵房和污泥泵房處的2臺液位計，由于安裝的位置都過于接近進水口，這使得顯示的數值為進水口處的液位而非泵房內真實的液位值。這種情況可能導致的后果是，如果泵房內液位低于進水口處液位，則顯示的數值是不真實的，容易造成“低液位時該停泵而不停泵”的情況，危害設備的安全。該廠發現此問題后，立即聯系廠家對儀表安裝位置進行了調整，現使用情況良好。

該廠用于測量氧化溝好氧段溶解氧的DO儀，由于安裝在表曝機下游出口的導流墻邊，該處水流速度快，對探桿的沖擊過大，使探桿受力不均，易從中間折斷。該廠技術人員分析原因，尋找對策，最終采用增設不銹鋼內膽的方式來增強探桿的強度，并聯系廠家對其進行了改造。

該廠大部分儀表探頭內有膜部件，如果日常維護不當，使其長期處于干燥的環境中極易造成破裂，需重新更換探頭。當遇停產檢修或清淤時，探頭將暴露在空氣中，而由于儀表的特定安裝方式，不便將其置于池面進行維護。該廠在考察了相關情況后，為在線儀表量身定做了一套維護裝置.該裝置由熱熔保護筒和牽引固定繩兩部分組成，保護筒盛水后直接套于探頭外，并由牽引繩固定；不用時直接拆卸，無需移動儀表。

3.4 建議

3.4.1 設計方面

在PLC自控系統設計時，需考慮到今后新技術的應用和污水處理廠的后期構筑物增建的問題，要在現場控制站預留更多的信號通道。例如，該污水廠除臭系統為單獨設計和建造的，前期PLC系統設計時并未考慮到除臭系統的自動化控制，如果要實現該處的自動化控制，需在原有的現場控制站內接入除臭系統的設備和儀表信號，并將該信號傳輸到中控室，使運行人員能夠遠程操作。該廠后期增建尾水泵房，其PLC自控系統由尾水泵房的施工方負責設計、安裝，也存在信號輸出和兼容等問題。

3.4.2 功能完善方面

具體從以下幾個方面對其進行完善：①報警及報警記錄功能。當設備發生故障時，系統將在計算機、馬賽克大屏幕和就地控制箱上進行報警指示。②聯鎖保護功能。當系統檢測到局部故障后，啟動相應的聯鎖保護程序，減小由故障造成的損失。③數據記錄存儲功能。對重要數據，例如工藝參數、工況、設備運行時間等進行記錄、儲存，以備調用。④廠級PLC管理功能。設計廠級管理終端，使系統可以及時對各處理現場的生產信息進行收集、儲存、分析和加工處理，以方便領導層對生產管理作出準確的決策。它的主要功能包括：生產過程的全面查詢，比如各種進、出水流量，能耗等；生產過程的分析報告、報表和圖形；設備運行管理數據庫；化驗數據；建立與上級單位的雙向連接，便于發布和獲取信息。

4 結束語

綜上所述，PLC系統的所有設備都符合污水處理廠日常工作的要求，并有較強的適用性。該系統不僅使運行成本降低，而且反應靈敏，準確度高，對提高污水處理的效率和相應的管理具有積極的意義。因此，可以將其廣泛地應用于污水處理系統當中。

參考文獻

[1]解恒久.污水處理廠PLC自動控制系統應用[J].科技與企業，2012（12）.

[2]楊學倫，呂小玥.PLC在污水處理廠控制系統中的應用[J].城市建設理論研究，2012（7）.

〔編輯：白潔〕

該廠進水泵房和污泥泵房處的2臺液位計，由于安裝的位置都過于接近進水口，這使得顯示的數值為進水口處的液位而非泵房內真實的液位值。這種情況可能導致的后果是，如果泵房內液位低于進水口處液位，則顯示的數值是不真實的，容易造成“低液位時該停泵而不停泵”的情況，危害設備的安全。該廠發現此問題后，立即聯系廠家對儀表安裝位置進行了調整，現使用情況良好。

該廠用于測量氧化溝好氧段溶解氧的DO儀，由于安裝在表曝機下游出口的導流墻邊，該處水流速度快，對探桿的沖擊過大，使探桿受力不均，易從中間折斷。該廠技術人員分析原因，尋找對策，最終采用增設不銹鋼內膽的方式來增強探桿的強度，并聯系廠家對其進行了改造。

該廠大部分儀表探頭內有膜部件，如果日常維護不當，使其長期處于干燥的環境中極易造成破裂，需重新更換探頭。當遇停產檢修或清淤時，探頭將暴露在空氣中，而由于儀表的特定安裝方式，不便將其置于池面進行維護。該廠在考察了相關情況后，為在線儀表量身定做了一套維護裝置.該裝置由熱熔保護筒和牽引固定繩兩部分組成，保護筒盛水后直接套于探頭外，并由牽引繩固定；不用時直接拆卸，無需移動儀表。

3.4 建議

3.4.1 設計方面

在PLC自控系統設計時，需考慮到今后新技術的應用和污水處理廠的后期構筑物增建的問題，要在現場控制站預留更多的信號通道。例如，該污水廠除臭系統為單獨設計和建造的，前期PLC系統設計時并未考慮到除臭系統的自動化控制，如果要實現該處的自動化控制，需在原有的現場控制站內接入除臭系統的設備和儀表信號，并將該信號傳輸到中控室，使運行人員能夠遠程操作。該廠后期增建尾水泵房，其PLC自控系統由尾水泵房的施工方負責設計、安裝，也存在信號輸出和兼容等問題。

3.4.2 功能完善方面

具體從以下幾個方面對其進行完善：①報警及報警記錄功能。當設備發生故障時，系統將在計算機、馬賽克大屏幕和就地控制箱上進行報警指示。②聯鎖保護功能。當系統檢測到局部故障后，啟動相應的聯鎖保護程序，減小由故障造成的損失。③數據記錄存儲功能。對重要數據，例如工藝參數、工況、設備運行時間等進行記錄、儲存，以備調用。④廠級PLC管理功能。設計廠級管理終端，使系統可以及時對各處理現場的生產信息進行收集、儲存、分析和加工處理，以方便領導層對生產管理作出準確的決策。它的主要功能包括：生產過程的全面查詢，比如各種進、出水流量，能耗等；生產過程的分析報告、報表和圖形；設備運行管理數據庫；化驗數據；建立與上級單位的雙向連接，便于發布和獲取信息。

4 結束語

綜上所述，PLC系統的所有設備都符合污水處理廠日常工作的要求，并有較強的適用性。該系統不僅使運行成本降低，而且反應靈敏，準確度高，對提高污水處理的效率和相應的管理具有積極的意義。因此，可以將其廣泛地應用于污水處理系統當中。

參考文獻

[1]解恒久.污水處理廠PLC自動控制系統應用[J].科技與企業，2012（12）.

[2]楊學倫，呂小玥.PLC在污水處理廠控制系統中的應用[J].城市建設理論研究，2012（7）.

〔編輯：白潔〕

該廠進水泵房和污泥泵房處的2臺液位計，由于安裝的位置都過于接近進水口，這使得顯示的數值為進水口處的液位而非泵房內真實的液位值。這種情況可能導致的后果是，如果泵房內液位低于進水口處液位，則顯示的數值是不真實的，容易造成“低液位時該停泵而不停泵”的情況，危害設備的安全。該廠發現此問題后，立即聯系廠家對儀表安裝位置進行了調整，現使用情況良好。

該廠用于測量氧化溝好氧段溶解氧的DO儀，由于安裝在表曝機下游出口的導流墻邊，該處水流速度快，對探桿的沖擊過大，使探桿受力不均，易從中間折斷。該廠技術人員分析原因，尋找對策，最終采用增設不銹鋼內膽的方式來增強探桿的強度，并聯系廠家對其進行了改造。

該廠大部分儀表探頭內有膜部件，如果日常維護不當，使其長期處于干燥的環境中極易造成破裂，需重新更換探頭。當遇停產檢修或清淤時，探頭將暴露在空氣中，而由于儀表的特定安裝方式，不便將其置于池面進行維護。該廠在考察了相關情況后，為在線儀表量身定做了一套維護裝置.該裝置由熱熔保護筒和牽引固定繩兩部分組成，保護筒盛水后直接套于探頭外，并由牽引繩固定；不用時直接拆卸，無需移動儀表。

3.4 建議

3.4.1 設計方面

在PLC自控系統設計時，需考慮到今后新技術的應用和污水處理廠的后期構筑物增建的問題，要在現場控制站預留更多的信號通道。例如，該污水廠除臭系統為單獨設計和建造的，前期PLC系統設計時并未考慮到除臭系統的自動化控制，如果要實現該處的自動化控制，需在原有的現場控制站內接入除臭系統的設備和儀表信號，并將該信號傳輸到中控室，使運行人員能夠遠程操作。該廠后期增建尾水泵房，其PLC自控系統由尾水泵房的施工方負責設計、安裝，也存在信號輸出和兼容等問題。

3.4.2 功能完善方面

具體從以下幾個方面對其進行完善：①報警及報警記錄功能。當設備發生故障時，系統將在計算機、馬賽克大屏幕和就地控制箱上進行報警指示。②聯鎖保護功能。當系統檢測到局部故障后，啟動相應的聯鎖保護程序，減小由故障造成的損失。③數據記錄存儲功能。對重要數據，例如工藝參數、工況、設備運行時間等進行記錄、儲存，以備調用。④廠級PLC管理功能。設計廠級管理終端，使系統可以及時對各處理現場的生產信息進行收集、儲存、分析和加工處理，以方便領導層對生產管理作出準確的決策。它的主要功能包括：生產過程的全面查詢，比如各種進、出水流量，能耗等；生產過程的分析報告、報表和圖形；設備運行管理數據庫；化驗數據；建立與上級單位的雙向連接，便于發布和獲取信息。

4 結束語

綜上所述，PLC系統的所有設備都符合污水處理廠日常工作的要求，并有較強的適用性。該系統不僅使運行成本降低，而且反應靈敏，準確度高，對提高污水處理的效率和相應的管理具有積極的意義。因此，可以將其廣泛地應用于污水處理系統當中。

參考文獻

[1]解恒久.污水處理廠PLC自動控制系統應用[J].科技與企業，2012（12）.

[2]楊學倫，呂小玥.PLC在污水處理廠控制系統中的應用[J].城市建設理論研究，2012（7）.

〔編輯：白潔〕