PLC在污水處理廠自動控制系統中的應用

于衛華 李欣

摘 要：眾所周知，污水處理廠的主要耗電設備是泵，實現泵的自動化控制非常關鍵，不僅可以節省電能，還可以保護設備。文章根據生產和工藝要求對其參數進行調整，達到節能、保護設備和無人值守的目的。

關鍵詞：污水處理；自動控制；PID調節；無人值守

中圖分類號：TP272；X703 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0054-01

1 工藝現狀

自動化控制系統在我國起步較晚，20世紀90年代以后，自動化控制系統才進入污水處理行業，控制系統多是從國外直接購買，很少采用國產控制系統，最近幾年才有少量國產控制系統應用于污水行業。隨著自動化技術的發展，自動化控制系統在污水行業的應用越來越多，而且取得了良好的經濟效益和社會效益，大大降低了污水處理的人工勞動強度，提高了工作效率。與國外自動化程度相比，國內還處于落后狀態，主要表現在技術不成熟、應用水平偏低、整體故障率較高等方面。

還有部分污水處理廠不能實現真正的自動化控制，尤其是縣級及以下污水處理廠根本沒有自動化控制系統，所有生產運行參數生產人員不能實時了解，對現場設備不能及時控制，不能對設備的運行狀態一目了然。如今形勢下，污水處理行業對于自動化產品提出了更高的指標來滿足日處理水量和出水級別的要求。這就要求自動化產品要有過硬的質量，能夠使產品長時間高效穩定運行，以保證污水處理廠能夠穩定高效運行。在節能減排的新形勢下，污水處理對于自動化程度、工藝工資提出了更高的要求。這就要求自動化控制系統不僅要有良好的質量，還要兼備更嚴謹的控制思想，更合理的控制回路，更先進的控制設備，才能夠更好地加強控制系統的可靠性，提高運行效率，為達到更嚴格的水質要求提供保證。

2 剩余污泥自動排泥控制

本方案能通過設置控制參數，實現工藝要求的自動排泥，使剩余污泥在一天的各個時間段均勻排出，同時也保護了設備，做到了不頻繁啟泵，達到了設備保護的要求，滿足了工藝對設備啟停的要求，還可以實現無人值守，節省人力，物力。

具體參數如下：V為日排泥量，n為每小時排泥次數，F為排泥泵量程，V1為每小時排泥量，V2為每次排泥量，T為排一次泥時間，T1為每次排泥泵運行時間，T2為排泥間隔時間

則：如果日排泥量為480 m3，每小時排兩次泥，泵流量為50 m3/h（此參數由泵參數定，固定不變），排泥泵每停18 min，運行12 min，運行條件是排泥泵在遠程自動狀態。具體啟動那一臺泵，由PLC自動判斷啟泵條件，達到運行條件且累計運行時間最短。日排泥量和間隔時間可調，可根據生產工藝和生產需要調整這兩個參數。

這樣既可以把剩余污泥均勻分布到一天的各個時間段，做到均勻排泥，也可以保護電機，不頻繁啟動，有效保護電機，還可以實現無人值守。

3 深度提升泵的自動控制

深度提升泵有功率大，水量大，耗電量大，不能頻繁啟動的特點，另外提升泵房的蓄水量有限，以至于提升泵房液位波動較大，不及時開泵停泵會出現泵房抽干或者水倒流現象。

提升泵功率較大，又不能頻繁啟停，為了滿足工藝要求，只能增加泵的數量，造成資源浪費。現在我們在某污水處理廠采用3臺軟起，1臺變頻泵，1臺液位計控制提升泵房液位，變頻泵和液位計組成一個PID回路，由變頻泵實現了提升泵房液位控制，可以使液位長時間穩定在設定液位處，避免了頻繁開啟和停泵，不僅保護設備，而且節約能源，還實現了無人值守。PID回路控制的關鍵就是設定比例、積分、微分三個參數。

PID參數的設定就是選擇合理的PID三個參數。從整個系統的穩定性能、響應速度、超調量和穩態精度等多個方面調整三個參數，三參數的作用如下：

①P代表比例增益，主要作用是加快回路的響應速度，提高回路的調節精度。比例增益越大，回路的相應時間越小，相應速度就越快，調節精度就越高。并不是越大越好，比例增益太大容易產生超調，回路的穩定性就會變差，甚至導致回路不穩定。比例增益太小，響應速度慢，調節精度低，調節時間變長，使整個回路的動靜態性能變差。

②I代表積分時間，積分時間最主要功能就是消除回路的穩態誤差。積分時間越長，穩態誤差消除的就越快，但也不能太大，否則在響應過程中會產生積分飽和的現象。若積分時間過小，穩態誤差很難消除，影響回路的調節精度。

③D代表微分時間，主要作用是改善回路的動態性能，在響應過程中抑制偏差變化，提前預報偏差變化。但微分時間不能過大，過大會使過程提前制動，延長回路的調節時間，會降低回路的抗干擾性能。

總之PID參數的整定必須考慮在不同時刻三個參數的作用以及相互之間的互聯關系。

變頻泵啟用前后，液位計曲線的鮮明對比，變頻泵沒有啟用前，利用液位控制軟起泵啟停，從波形不難看出，液位變化明顯，波動較大，泵也在頻繁啟動。當啟用變頻泵后，液位基本上一直維持在設定的4 m液位之處，不僅保護了設備，還節省了能源。

4 結 語

自動化控制系統給污水處理帶來了巨大的社會效益，但運行成本升高，經濟效益變差。所以，自動化控制技術的應用，實現了污水處理工藝的半自動、全自動監控，提高了技術管理水平。合理使用和配置自控設備，具有非常重要的意義。實踐證明，污水處理的控制系統方案是可行的，采用以太網和無線通訊技術，實現了控制系統現場層、控制層、管理層和環保部門之間的信息傳遞，解決了污水處理各工段地理分布較遠，難以實現集中管理的問題，同時還節約了成本、提高了效率、節剩了能源，具有很強的實用性。

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