基于PLC的污水控制系統設計

唐如龍

（南華大學創新創業學院，湖南衡陽421001）

基于PLC的污水控制系統設計

唐如龍

（南華大學創新創業學院，湖南衡陽421001）

為了提高污水處理效率，解決當前的水資源污染問題。設計了PLC控制的污水控制系統，對目前我國在污水處理系統化方面存在的問題，利用先進的控制技術，實現對污水處理系統的自動控制。把此技術用于污水控制系統中，不僅可以增強系統的穩定性，還能進一步提高污水處理效率，從而改善水資源。

PLC；污水控制系統；設計

水是生命的源泉，是生命存在和經濟發展的必要條件，但我國的水資源現狀卻不容樂觀[1]。此外，一些現代企業對水資源的保護不加以重視，因此也導致一些水資源造成了污染，使原本稀缺的水資源面臨更加艱難的境地，這些無疑構成了我國未來經濟發展道路上的一大絆腳石[2]。而如今，不少企業開始著力于污水的治理，應和國家提出的環境保護的方針，不僅加大污水治理的力度，且對治理的工藝予以更高的要求。就目前技術來說，采用基于PLC控制的污水處理系統無疑是個較好的方式，這種方法，不僅能夠對污水進行治理，節約水資源，且能通過水的治理來降低企業的成本，從而為企業未來的發展積蓄更多的動力。

1 污水處理系統

1.1 常用的污水控制技術

（1）A2/O法。為生物脫氮除磷方法，在脫氮除磷方面，為應用較廣泛的工藝方法。A2其中一個A代表Anaerobic（厭氧的），另外一個A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的），工藝流程如圖1所示。A2/O是一種厭氧—缺氧—好氧工業污水處理工藝。該方法除磷脫氮的效果較好，適用于對除磷脫氮有要求的工業污水處理。

圖1 A2/O法工藝流程圖

（2）AB法。該方法為吸附生物降解法。對于高濃度的工業污水處理，該方法有較高的節能效益，適用性較高。但是此方法在高負荷段以生物絮凝吸附為主，在反應過程中產生污泥較多，所以還要添加對高負荷段中反應物的處理，從而增加了污水處理的成本。

（3）SBR法。SBR法是歇式活性污泥法，又稱序批式活性污泥法。該方法的反應原理和與傳統的活性污泥法基本相同，不同的只是運行操作方式。

1.2 污水控制系統總體架構設計

本研究污水處理系統的工藝流程分為兩道工序，分別為濾水工序和反洗工序。濾水的工藝，實質上是指將進水閥和出水閥同時開啟，并在中間安置磁濾器的磁鐵，在污水流入出水閥的過程中，雜質被磁鐵吸附，故而流出為凈化水。

濾水一段時間后，磁濾器的磁鐵上已經吸附了相當多的污水雜質，此時必須清洗這些雜質，該過程為反洗工序。進行該工序時需要切斷磁濾器的電源，關閉進水閥和出水閥，同時打開排污閥和壓縮空氣閥，壓縮空氣會把水推入磁濾器中，可以沖洗掉磁鐵上的雜質，而此過程中產生的污水會流入污水池，等待二次處理。與濾水工序不同的是，反洗工序同一時間內只能有一組機組運行，當1號機組反洗時，若2號機組也需要反洗，那么2號機組要等待1號反洗結束之后才可以進入反洗工序；當兩臺機組同時需要進入反洗工序時，那么1號機組優先反洗。

這種系統當中，機組的官道上應被裝上壓差檢測儀表，在其發出相關信號時，系統便會停止當前工藝的進行并自動開啟另一項工藝，從而保證濾水工藝能夠正常運行。在這期間，利用PLC控制端來接收一些外界信號，一旦顯示信號有誤，便會自動停止以等待接下來的維修。而這一過程，也很大程度上提升了系統的安全性。

根據以上工藝要求和控制任務，可以設計系統的順序功能圖如圖2所示。

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圖2 污水處理的控制系統順序功能圖

1.3 系統控制形式

PLC系統起初是上個世紀六十年代由美國推出的，它以一種可編程邏輯控制器全然取代了傳統的裝置[4]。由于PLC系統內置污水處理系統，因而能夠實現通過網絡來對處理過程進行監控。此外，這種程序開發周期短，易維護，且升級方便。總體上來看，不論是操作簡易性上，還是擴展能力上，PLC系統都有較為明顯的優勢。

現場總線控制系統是一種基于現場總線的實時網絡控制系統，它能按照規范的通信協議，通過自動化控制，實現現場控制裝置與現場智能儀表的互連，從而實現設備之間、設備與計算機之間的數據傳輸和交換。該系統綜合成本和安裝費用比其他控制系統少很多，具有較高的性價比，而且在使用過程中可以使用網絡上豐富的資源，不僅能實時傳輸，而且不同產品可互連。

1.4 功能設計

就污水處理系統的目的來說，主要是污水得到凈化，實現再次利用的功效。對比多重控制形式，在處理系統里加入PLC核心控制器更加可行，這種方式不但能夠實現污水的處理，且能節約一定的成本。

就污水處理系統的優勢來說，它不僅僅秉承著化繁為簡的理念，將繁瑣的設計過程化為相對簡單的方式，且能以更多的功能呈現在用戶面前，如對系統進行一種實時監視等[5]。

系統對信號輸入的控制主要表現在對信號輸入的檢測，檢測可分為四部分內容。其中按鈕輸入檢測多為人工控制；液位差輸入檢測用來啟動和停止清污機；液位高低輸入檢測；含氧量輸入檢測是要維持污水中的溶解氧含量，這部分檢測是通過控制曝氣機的轉速信號來完成的，PLC對其的控制是通過溶解氧儀反饋的檢測值實現。前三種信號輸入檢測均為數字量輸入，而含氧量輸入檢測為模擬量輸入。

系統對控制輸出信號的控制表現為數字量輸出和模擬量輸出。其中前者控制的是各類儀器和設備，主要控制的是這些儀器和設備的接觸器，包括儀器和設備的啟動和停止。模擬量輸出主要是通過控制曝氣機變頻器實現的，最終目的是要控制污水中的含氧量，PLC對其的控制表現在控制變頻器的輸出頻率，從而對曝氣機的轉速進行有效控制，最終達到對模擬量輸出的控制。

2 調試和運行

在調試和運行環節，應該在污水處理系統的設計完成之后便開展，通過這種調試，發現可能出現的問題，并及時處理。

首先，要對硬件進行調試。在將各硬件拼接完成之后，檢查供電和電氣控制是否正常，能否正常打開和關閉閥門。此外，還要對儀表等硬件進行檢查，在確認所有硬件都沒有問題的情況下才能定義為調試結果正常。

接下來是對軟件進行調試。軟件調試的過程當中，是在PLC中運行編好的程序中進行的，且要將每一個子程序進行調試，把運行得出的結果同預期中的來作對比，再開展相應的舉措。此外，調試還可以根據各類程序的功能差異來進行分類，在進行分別的調試結束之后，匯總到一起來進行總體的調試。

對該污水處理系統調試的結果顯示：硬件配置正常，不但能夠滿足運行的需要，且能發揮PLC的控制作用。各個模塊在調試的過程中，也能對相應功能實現一定的控制，與此同時，也一定程度上實現了污水處理系統的功效。

該系統的特點主要是采用PLC作為控制器，減少了系統的復雜度，增加了可靠性。投入使用后大大降低了維護成本。

3 結束語

該污水控制系統采用PLC作為控制器，不僅其結構更簡單，而且可靠性高。系統設計了自診斷程序，使系統帶有一定的自診斷功能，在系統出故障時會警報并立即停機，減少了機器損毀的可能性，而且能保證系統工作能夠穩定和可靠的進行。而且本文在反洗工序中采用了延時和互鎖的算法，有效解決了兩組機組在反洗工序中的競爭問題。

[1]崔曉英.污水再利用是實現水資源可持續利用的有效途徑[J].內蒙古石油化工，2014（2）：28-30.

[2]陳龍.基于PLC的煤礦污水處理自動控制系統的設計與實現[D].青島：山東科技大學，2013.

[3]黃杭昌.基于PLC的軟水處理控制系統改造的設計[J].自動化技術與應用，2004，24（4）：31-32.

[4]張海斌，童勝.淺談V型濾池的工藝設計[J].工業安全與環保，2009（1）：24-26.

[5]楊豐.PLC在反滲透工藝控鑰系統中的應用[J].黑龍江自動化技術與應用，1999，18（2）：32-33.

Design of Sewage ControlSystem Based on PLC

TANG Ru-long
（School of Innovation and Entrepreneurship，University of South China，Hengyang Hunan 421001，China）

In order to improve the efficiency of sewage treatment，to solve the current problem of water pollution. The PLC control of the sewage control system is designed，and the problems existing in the sewage treatment system in our country are analyzed.The advanced control technology is used to realize the automatic control of the wastewater treatment system.It can not only enhance the stability of the system,but also improve the efficiency of wastewater treatment，so as to improve the water resources.

PLC；sewage control system；design

X703

A

1672-545X（2017）04-0031-03

2017-01-10

唐如龍（1979-），男，湖南衡陽人，實驗師，碩士，主要從事電子技術理論和工程實踐教育的研究。