PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)在污水處理中的應用

梁燦林

（廣州東芝白云自動化系統(tǒng)有限公司 廣東廣州 510460）

PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)在污水處理中的應用

梁燦林

（廣州東芝白云自動化系統(tǒng)有限公司 廣東廣州 510460）

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，PLC技術在工業(yè)生產(chǎn)中的應用越來越廣泛。PLC遠程監(jiān)控在污水處理中發(fā)揮重要的作用。本文就污水處理系統(tǒng)的工藝流程，PLC控制系統(tǒng)的結構以及功能進行了簡要的分析，以瀝青廠中的污水處理問題為例，設計了一種基于PLC的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，以期在以后的大規(guī)模污水處理中，能夠應用該技術。

PLC遠程監(jiān)控；污水處理；應用

1 引言

隨著經(jīng)濟迅速發(fā)展，環(huán)境污染也日益嚴重。排放到水中的污染物種類越來越多，且不經(jīng)降解處理隨意排放，造成了巨大的水環(huán)境污染問題。如果能夠對污染物質進行有效收集并降解，則會大大地改善水環(huán)境系統(tǒng)，取得良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。城市污水的回收利用是節(jié)約用水的一項重大舉措，如果能夠變廢為寶，重復利用水資源，是非常有價值的研究內(nèi)容，也是國家十分重視的工作。對污水的最終處理結果是水資源的重復利用。生活污水不同于工業(yè)污水，工業(yè)污水的特征是水污染嚴重，水質水量系數(shù)變化大，污染物種類復雜多變且難于降解。因此，如何降解水中的污染物質是重中之重。而生活污水的來源簡單，處理難度小，污水的可再生性大，從污水的處理技術以及污水的處理成本考慮，是相當可行的，并且具有較大的經(jīng)濟價值。新興的PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對污水的自動監(jiān)控，并且能夠很大程度的提高污水處理能力。

2 污水處理工藝流程

本文中的污水處理選用SBR法，即序批式活性污泥法，它的原理是通過微生物作用來處理瀝青廢水。它是一種連續(xù)進水但是間歇曝氣和排水的處理工藝。

污水處理的方法有很多，其主要目的就是將污水中所含的污染物質進行分離、去除，或是將其轉化成無污染的物質，進而實現(xiàn)對污水進行無害化處理的目的。對污水的處理技術主要分成物理法去除污染物，化學法去除污染物以及生物法去除污染物。城市污水中的污染物組成成分復雜，單一的方法可能解決不了問題，需要結合多種方法進行處理，才能將不同性質的污染物和污泥進行無害化處理，達到國家排放的標準。

典型的污水處理機理圖如圖1所示。

圖1 典型的城市污水處理流程圖

由圖1可以看出，該城市的污水處理設備主要由格柵，沉砂池，初沉池，二沉池，曝氣池，消毒間等構成。這種處理技術是結合了物理法，化學法以及生物法。物理法是作為一級處理模式，利用格柵的攔截作用，將懸浮物等大分子物質截留下來，再利用沉砂池和初沉池進行預處理。生物法作為二級處理模式，通常采用活性污泥法，利用污水中的微生物，將水中的有機物進行吸收，然后將其分解成小分子的無機物，減少污水中的有機物質?；瘜W法作為污水處理中的三級處理模式，一方面對經(jīng)過二沉池的污水進行氯消毒，一方面將污泥進行濃縮，脫水，干燥，使之能夠被下一回合污水處理利用。

遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用的是分布式控制系統(tǒng)結構，其設備構成主要有上位機、下位機和現(xiàn)場儀表設備。遠程監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時采集和監(jiān)測，并且自動控制開啟。監(jiān)控中心的控機室主要有兩臺上位機和一臺打印機。下位機設置3個PLC控制站，即1號PLC站、2號PLC站和3號PLC站。

3 PLC監(jiān)控系統(tǒng)的結構

3.1 硬件組成

自控系統(tǒng)分為上位監(jiān)視和下位控制，監(jiān)視級是由兩臺控機和一臺打印機組成的，其作用是實現(xiàn)對污水處理現(xiàn)場的實時監(jiān)測，并可以隨時將監(jiān)測數(shù)據(jù)打印出來，以便管理?？刂萍壥怯晌鏖T子S-400PLC組成的，PLC放置于進水的泵房，鼓風機房以及污泥泵房。在控機與PLC之間是通過以太網(wǎng)進行通信的。

3.2 軟件構成

S-400所采用的編程是Wondware軟件，能夠對S-400系統(tǒng)進行常規(guī)的配置，編輯，在線命令等，是一套強有力的工程系統(tǒng)，它能夠對監(jiān)測環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)實時監(jiān)測的目的，因此在對污水的監(jiān)測和控制方面得到了廣泛的應用。

4 監(jiān)控中心的設計

監(jiān)控中心的主監(jiān)控系統(tǒng)界面能夠顯示污水處理工藝的流程圖，各儀器的數(shù)據(jù)，水流量總和，參數(shù)設置，設備的運行狀態(tài)，以及各設備的運行功能等。污水處理工藝中所使用的設備均可以設成兩種狀態(tài)：自動或手動。通常都是根據(jù)實際情況而定。對污水處理池中的曝氣時間，曝氣功率，攪拌時間，閑置時間等都設成自動狀態(tài)。并讓其重復運行。此外，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)，可以進行數(shù)據(jù)查詢，對以往的操作記錄進行查詢，還能夠查詢運行報表。在控機室實時打印所需數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)主要特點為：

（1）各個水泵，提升泵可以根據(jù)水位的高低自動開啟或停止，根據(jù)運行時間，先開啟運行時間較短的水泵，避免因長時間工作導致水泵磨損過大，耗材耗能。

（2）在實際的監(jiān)測中，可以對曝氣時間、曝氣間隔時間、攪拌時間、攪拌間隔時間、重復利用次數(shù)等參數(shù)進行合理的設置，通過對運行過程實時監(jiān)控，可以對一些參數(shù)進行調整，便于控制污水處理工程。這樣既節(jié)省了時間，又能實現(xiàn)無人看守的目的，節(jié)省了人力物力等經(jīng)費。

5 通訊網(wǎng)絡的設計

通訊網(wǎng)絡是上位機監(jiān)控系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)連接在一起的，它的穩(wěn)定性關乎著整個系統(tǒng)的運行情況，因此，通信網(wǎng)絡在整個系統(tǒng)中至關重要。本文設計的通訊網(wǎng)絡是以Ethernet/IP協(xié)議為基礎的設備，在中控室建立一個以太網(wǎng)交換機，來確保通信網(wǎng)絡的正常運行。與此同時，采用光纖為傳輸介質，將PLC系統(tǒng)分布為各個區(qū)域，實現(xiàn)對各個區(qū)域的監(jiān)控。系統(tǒng)還預留了GPRS無線通訊模塊，這樣就大大方便了將監(jiān)測到的運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保部門的監(jiān)測中心。

6 軟件的系統(tǒng)設計

在工程設計當中設計軟件質量的好壞直接影響著系統(tǒng)的質量控制，同時也會影響到操作人員以及設備的安全，所以開發(fā)出一套實際有效的軟件是一件十分必要的事情。根據(jù)系統(tǒng)的實際情況，軟件開發(fā)設計可以分為上位機和下位機軟件兩種設計。

6.1 上位機軟件的開發(fā)

上位機監(jiān)控軟件也成為人機界面開發(fā)，其充分利用了Windows圖形功能進行設計與完善，界面的一致性非常好而且易學易用，并且在設計的過程中采用了多線程以及COM組件等新型的技術，實現(xiàn)了軟件在運行過程中穩(wěn)定可靠的特點。現(xiàn)在的設計使采用的PC機比以往專用機開發(fā)的系統(tǒng)更有通用性的特點，使工程控制中軟件開發(fā)者的重復性工作大大降低，而且此軟件還可以運用PC機上的軟件資源進行二次性開發(fā)。

根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，本設計主要包含了以下幾個主要的界面：

（1）彈出式主菜單：本系統(tǒng)的設計包括系統(tǒng)工藝流程的示意圖、實時趨勢圖、歷史趨勢圖、報警設定和記錄以及參數(shù)表和幫助等功能選項。用鼠標點擊不同的選項按鈕可以選擇響應的畫面圖。在畫面之間可以根據(jù)自己的需要進行隨意的切換，并且這些界面都可以進行屏幕的拷貝以及打印和輸出等功能。

（2）工藝流程圖的設計畫面：該項設計可以實時動態(tài)的顯示各個反應池的流程狀態(tài)。

（3）趨勢畫面：實時的趨勢畫面可以將參數(shù)的變化曲線進行實時的動態(tài)顯示，而且這些動態(tài)趨勢畫面可以將參數(shù)保留一個月，并且可以隨時打印輸出。

（4）報警的畫面：在出現(xiàn)故障的同時彈出報警框并進行語音報警，提示故障出現(xiàn)的位置，做出詳細的歷史記錄。

（5）參數(shù)表的畫面：它的設計用以總覽所有參數(shù)值的累計值。

（6）幫助畫面：這個軟件的設計就是用圖文并茂的形式為用戶提供一定的幫助，解決用戶在使用的過程中出現(xiàn)的問題。

6.2 下位機控制程序的開發(fā)與利用

在本系統(tǒng)的設計過程中現(xiàn)場控制軟件采用的是特定的編程程序-STEP7，它是對SIMATIC進行編程和控制的標準軟件包，它能提供3種編程語言而且還可以提供一系列的應用程序。它不但可以在不同層次上對程序結構進行支持，而且還可以簡化結構設計的復雜度。在該程序中采用的邏輯判斷軟件不僅可以對水位計的故障進行判斷，而且還可以通過聲光報警的方式對各種類型的故障進行報警。

7 PLC控制系統(tǒng)下位機設計（如圖2）

圖2 PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

7.1 1#PLC控制站的設計研究

進行污水處理的第一步就是進行PLC控制站的設計。PLC連接的超聲波液位計以及孔板流量計是模擬量的輸入信號，數(shù)字量的輸入信號則是粗細格柵機以及潛水泵的運行狀態(tài)。其中污水的液位由超聲波液位計進行檢測，如果液位達到一定的極限值以后液位計就會自動的啟動潛水泵，并將這些污水直接輸送到下一個處理工藝；當液位下降到低的極限值以后污水泵就會停止工作，這樣就能有效的防止干燒的現(xiàn)象發(fā)生。液位的高低極限值不是固定不變，它可以在上位機進行實時的在線修改。在此設計過程中各個電氣設備均設有手動和自動兩種運行模式，可以根據(jù)實時的運行狀態(tài)進行實際的選擇。

7.2 2#PLC控制站設計

2#PLC控制站在整個污水處理過程中占有最重要的地位，在上位機上可以設置設備的運行時間，循環(huán)使用的次數(shù)等參數(shù)。

7.3 3#PLC控制站設計

3#PLC控制站處于污水處理過程工藝的最后段。它主要是控制消毒機器，排泥設備等。實時監(jiān)測污水消毒后的剩余氯的濃度，只有當滿足排放標準時，才可以排放。

8 結語

采用PLC遠程監(jiān)控系統(tǒng)，在實際的污水處理中有很大的作用，不僅能夠對污水進行自動控制，還能夠遠程監(jiān)控污水設備的運行情況。因此在實際污水處理中，具有遠大的應用前景。

[1]劉先春，等.PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應用[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2006（3）：49～51.

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2016-6-10