基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

鄧富文

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展，對(duì)環(huán)境保護(hù)工作提出了新的要求，生活污水處理作為其中重要的一環(huán)，需要對(duì)傳統(tǒng)的手工控制過(guò)程進(jìn)行有效改善，從而提高污水處理質(zhì)量，提升工作效率。基于此，PLC控制技術(shù)的引入，可以有效解決這一問(wèn)題。因此，文章結(jié)合作者的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：PLC控制；生活污水處理；控制系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)；上位機(jī)；下位機(jī)

引言

近幾年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了環(huán)境保護(hù)的巨大挑戰(zhàn)，而在環(huán)境保護(hù)中生活污水處理又是重要的一環(huán)。隨著當(dāng)前城市化進(jìn)程的加快，生活污水處理的需求也在逐年增加，而伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和污水處理工程的發(fā)展，對(duì)生活污水處理的自動(dòng)化程度也在不斷提高。當(dāng)前，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對(duì)生活污水處理過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控非常有必要。在生活污水的處理過(guò)程中，存在著非線性、多變量等突出問(wèn)題，在傳統(tǒng)的生活污水處理控制過(guò)程中，采用手動(dòng)對(duì)常規(guī)的儀表進(jìn)行控制是比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，在人工的控制過(guò)程中，主觀經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)占了絕對(duì)的比例。通過(guò)手工控制的生活污水處理質(zhì)量顯然是不穩(wěn)定的，而且勞動(dòng)效率很低，信息分散。根據(jù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用先進(jìn)的控制技術(shù)對(duì)生活污水進(jìn)行處理，可以有效提升生活污水的處理質(zhì)量，降低污水處理的成本。基于此，文章在分析了生活污水處理系統(tǒng)和PLC控制關(guān)鍵技術(shù)基本理論的基礎(chǔ)上，對(duì)基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)的詳細(xì)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了探討。

1 基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 生活污水處理系統(tǒng)概述

人們進(jìn)行生產(chǎn)和生活的過(guò)程中，水是不可或缺的，經(jīng)過(guò)人類的活動(dòng)影響，物理和化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生著變化從而形成了污水。對(duì)于生活污水來(lái)說(shuō)，其實(shí)人們?cè)谡５纳钸^(guò)程中，被生活廢料所污染過(guò)的水，主要包括廚房和衛(wèi)生間的廢水。在生活污水中，存在著泥沙、紙屑、食物殘?jiān)⒓S便等無(wú)機(jī)物和有機(jī)物成分。其和工業(yè)污水相比，污染的程度較低。當(dāng)前通常采用的生活污水處理工藝主要由格柵間、隔油沉淀池、調(diào)節(jié)池、事故池、A/O池、鼓風(fēng)機(jī)房、二次沉淀池、混凝反應(yīng)池、混凝沉淀池、綜合工房、綜合泵房這幾個(gè)環(huán)節(jié)組成，相應(yīng)的示意圖如圖1所示：

1.2 PLC概述

PLC是可編程序控制器的英文簡(jiǎn)稱，其設(shè)計(jì)之初的理念便是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，PLC采用著和計(jì)算機(jī)類似的基本結(jié)構(gòu)，主要由中央處理器（CPU）、編程器、I/O模塊以及電源等部分組成。在生活污水的處理的過(guò)程中明顯帶有單向運(yùn)行的特征，開(kāi)關(guān)量和模擬量是兩種常見(jiàn)的控制方式。針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如交流或直流、開(kāi)關(guān)量或模擬量、電壓或電流等，有相應(yīng)的I/O模塊與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、傳感器和控制閥等直接連接。在當(dāng)前很多的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，都是采用開(kāi)發(fā)友好的人機(jī)界面（HMI）進(jìn)行有效的人-機(jī)對(duì)話接口模塊的方式來(lái)提升操作的性能。

2 基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為PLC以及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PLC在穩(wěn)定性、可靠性以及抗干擾的能力方面是非常強(qiáng)，尤其在現(xiàn)場(chǎng)控制的場(chǎng)合中。但是PLC也有它的不足之處，便是它沒(méi)有一個(gè)良好的人機(jī)交互界面，而對(duì)于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，雖然其靈活性和方便性是很好的，但是缺乏必要的抗干擾能力。因此，文章對(duì)基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)上采用的上位機(jī)、下位機(jī)結(jié)合的主從式的結(jié)構(gòu)，將上位機(jī)和下位機(jī)有機(jī)的開(kāi)發(fā)有機(jī)地結(jié)合在一起，綜合了PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的共同優(yōu)點(diǎn)。文章設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)總圖如圖2所示：

2.2 主控PLC

主控PLC是和生活污水處理設(shè)備直接相連的，一般采用主從兩個(gè)PLC的結(jié)構(gòu)，一主一備。采用這種硬件冗余的結(jié)構(gòu)，可以保證主PLC在出現(xiàn)故障的時(shí)候，不影響整個(gè)系統(tǒng)的處理過(guò)程。主控PLC主要完成生活污水處理底層設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分站控制、狀態(tài)判別、本地報(bào)警以及控制等。

2.3 上位機(jī)組態(tài)

HMI也即是人機(jī)界面，其是組態(tài)之后在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示的監(jiān)控畫(huà)面，其是采用組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。在人機(jī)界面中，可以完成對(duì)整個(gè)生活污水處理系統(tǒng)用戶權(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置、處理模式的管理、故障、事件和報(bào)警的記錄和實(shí)時(shí)顯示，還可以完成報(bào)表的統(tǒng)計(jì)功能。在HMI的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，要本著操作畫(huà)面友好、風(fēng)格統(tǒng)一、層次明確等原則進(jìn)行。在上位機(jī)中，其和打印機(jī)等設(shè)備直接相連，必要時(shí)，可以對(duì)實(shí)時(shí)或者歷史信息進(jìn)行相應(yīng)格式的打印輸出等。

在本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，采用的WinCC組態(tài)軟件，作為微軟和西門(mén)子聯(lián)合開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是當(dāng)前最常用的三大SCADA之一。與所有SCADA系統(tǒng)一樣，WinCC是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等功能，比較適合在生活污水處理系統(tǒng)的場(chǎng)合中應(yīng)用。

2.4 上位機(jī)與下位機(jī)的通信

在分別設(shè)置好主控PLC以及上位機(jī)的組態(tài)后，如何實(shí)現(xiàn)二者的有效數(shù)據(jù)交換則是非常重要的工作。在當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，常采用的是串口通信以及I/O卡兩種實(shí)現(xiàn)方法。在這兩種方法中，串口通信對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可靠性略勝一籌，比較適合在生活污水處理的這一場(chǎng)合中使用。因此，基于這種原因，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)選擇了RS232通信接口來(lái)作為上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)交換媒介。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，采用現(xiàn)代先進(jìn)的PLC控制和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生活污水的處理過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，相比傳統(tǒng)的手工控制常規(guī)儀表的方法，有著一系列明顯的優(yōu)勢(shì)。其不僅提高了污水處理質(zhì)量、而且提高了工作效率，降低了勞動(dòng)量。因此，作者認(rèn)為，由PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成生活污水處理實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，值得在當(dāng)前生活污水處理系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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