PLC自動控制系統在污水處理中的應用

唐海波

【摘 要】本文針對當前的生活污水處理問題，分析污水處理工藝流程，提出將 PLC 自動控制系統運用于污水處理，主要從 PLC 自動控制系統的設計、功能及控制系統等方面進行闡述，以期確保污水處理效果的同時有效降低污水處理的成本。

【關鍵詞】PLC 自動控制系統 污水處理 應用

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）07B-0032-02

不斷發展的工業經濟，不斷增加的人口數量，帶來了越來越多的工業、生活污水，這已經成為不容忽視的環境問題。環保問題是當前社會的關注焦點，而工業、生活污水的無害化處理是環保問題中的關鍵問題之一。隨著技術的發展和污水處理自動化要求的不斷提高，采用先進的自動化控制技術和設備高效實時監控污水處理過程成為必然選擇。在污水廠處理污水的過程中實現自動化控制，可以有效提升污水處理的效率，降低處理成本，增加污水處理過程的可靠性和穩定性。在處理污水時，需要實時采集、處理數量龐大的數據，且污水處理系統各個子系統地點分散，由管道相連。因此，實現污水處理自動化的第一選擇是采用 PLC 自動控制系統。PLC 是一種可以編寫程序的控制器，PLC 可以進行定時、邏輯運算、基本算數等操作，其可編程的特點使得人們可以通過編寫指令實現控制設備和生產過程的目的。在污水處理過程中，上位工控機、PLC、電控機構成污水控制系統的核心。

一、污水處理工藝流程概述

當前的污水處理使用的工藝通常為 A2/O 工藝，其有一套相對固定的工藝流程，主要包括預處理、水解酸化、生物池反應、中間提升、絮凝沉淀、過濾消毒、污泥脫水等環節。A2/O 工藝是在以往的 A/0 工藝的基礎上改進而來的，在去除氮的同時去掉大部分磷是 A2/O 工藝的最大優點。在預處理環節，首先通過粗格柵去掉污水中較大的雜物，然后通過進水提升泵提升污水水位至預處理池，經過細格柵進一步過濾，再通過旋流沉砂池進行提砂、吹砂以及離心機排沙。經過預處理的污水在水解酸化池中通過相應化學試劑作用分解掉其中顆粒較大的有機物，少數被完全分解，多數被分解成可以被生物細菌分解的小顆粒有機物，之后污水在生物反應池中進行進一步處理，經過厭氧、缺氧、好氧三個部分的處理，厭氧處理的作用是磷的釋放并氨化部分有機物；缺氧處理的目的是脫去污水中的氮，而好氧處理的作用是去掉污水中的 BOD、硝化和吸收磷。此時污水經過二沉池分離出其中的污泥，一部分污泥回送至生化池的厭氧區，一部分進行脫水壓縮處理。經過砂濾池過濾、再經過消毒池殺菌，最后經由巴氏計量槽計量排出。

二、PLC 自動控制系統設計

在實際的污水處理中，要根據實際情況設計 PLC 自動控制系統。通常來說，污水處理自動控制系統由中央控制室站以及配電間、預處理、污泥脫水間、加藥間、濾池操作間的 PLC 控制站組成。PLC 控制站通過以太網通訊方式連接，每套 PLC 主站配備可編程操作員終端一臺，各 PLC 控制站以及自帶 PLC 通信接口的外來設備通過以太網和中央控制站相連，以確保信息傳輸接收的穩定性。其中，配電間 PLC 控制站負責監控氧化溝、回流污泥泵房、生物反應池、鼓風機房、二沉池等設備。預處理 PLC 控制站負責監控預處理環節的進水泵房、格柵、旋流沉砂池等設備。污泥脫水間 PLC 控制站負責監控污泥脫水、泥餅制作等設備。加藥間 PLC 控制站負責監控 CLO2 發生器、PAC 絮凝劑配置、投藥泵等設備。濾池操作間 PLC 控制站負責監控活性砂濾池、反沖洗、絮凝沉淀池、出水檢測、計量等相關設備的運行。通常上位機組態軟件由中央控制室的操作員站負責操控，以便遠程監控污水處理設備，工程師站負責 PLC 的程序編寫開發，以便實現遠程調試和診斷。在實際的污水處理過程中，各個 PLC 控制站與上位監控計算機一般都是相互獨立的，PLC 控制站可以脫離上位監控計算機獨立運行，從而顯著增強污水處理過程的安全性。在中央控制室通常配備了投影機，可以實時監控污水處理工藝流程。通常來說，污水處理中的 PLC 自動控制系統設計應該滿足這幾點要求：①需要考慮現場設備、儀表的安裝操作，構建監控系統整體框架；②應該采用集散型自動控制方法，即集中管理、分散控制；③應采用遵循 EtherNet/IP 協議的計算機控制網絡構建中央控制系統網絡及其周邊系統；④采用本地、現場、中央三層控制模式監控設備運作，現場 PLC 控制站應該配備互動良好的人機界面，如觸摸屏等；⑤在所有污水處理環節安裝 PLC 控制站，采用 EtherNet/IP 以太網連接各控制站與中央各站點以及各控制站。

三、污水處理 PLC 自控系統功能

（一）功能。其一，能夠實時監測污水處理各個環節各個設備的各項參數，如流量、液位、酸堿度、溶解氧濃度、工作電流電壓、功率因數、有功功率和無功功率等。PLC 控制站采集各項參數，進行相應處理并存儲或呈現，同時實時監控污水處理關鍵環節各個設備的運行情況，如運行、停止的次數及運行時間，給出設備運行狀態報表，方便人們參考報表了解設備運行狀態，合理安排設備檢修時間。其二，可實現現場污水處理設備的自動化控制，如格柵機、鼓風機、提升泵、閥門等；可在中央控制室集中管理污水處理設備和儀表。其三，采用中文人機交互界面的上位機可以將污水處理過程中的各項參數的變化趨勢用圖形直觀呈現。其四，可全程監視污水處理各環節、各工藝單元的運行情況，實現對單個設備的獨立操作，并生成運行報表。其五，可以對設備故障進行自動報警，并自動分析報警數據、追溯故障源頭，可以自動記錄系統或某個設備發生故障前后的信息。在污水處理過程中如果系統出現故障，PLC 自動控制系統可以及時發現故障，將故障反饋的相關信息傳輸至中央控制室，便于操作人員能第一時間發現故障，掌握故障的發生情況，并根據反饋的信息采取有效的故障排除措施，做好應急準備。

（二）控制模式。污水處理 PLC 自動控制系統通常由手動、半自動、全自動三種模式控制。手動控制模式下，需要操作人員操作現場控制箱上的按鈕來控制設備的啟動、停止，該模式主要用于單機的檢修、調試等非正常運轉情況下。半自動控制模式下，需要人為操作控制面板來遠程控制現場的污水處理設備，具體來說，是由操作人員發出控制指令，使被控設備按照既定程序進行運作，操作人員只需關注設備狀態，確定設備是否運作正常。按照人是否在受控現場，半自動控制可分為遠程控制、現場控制兩種。全自動控制模式下，操作人員通過對被控設備或工藝流程設定參數、給出指令，使污水處理系統按照既定程序自動運行，這時，操作人員只需關注污水處理系統的運行狀態，如粗格柵機、泵房機組、BAF 生化處理池的自動控制。與半自動控制模式相似，按照人員是否在現場，可以將全自動控制方式分為：遠程全自動控制，即由中央控制室操作員站進行遠程控制；現場全自動控制，即通過 PLC 控制站的人機交互界面實現全自動控制。上述三種控制模式的控制級別由低到高排序為自動控制、半自動控制、手動控制。

隨著社會大眾環保意識的不斷提升，水資源的循環利用已經成為當下的熱門問題。就目前的情況來看，我國水資源短缺的問題依然嚴峻，水污染問題比較嚴重。特別是在工業相對發達的地區，水資源的污染問題更加嚴重，做好污水處理迫在眉睫。在這樣的形勢下，運用 PLC 自動控制系統可以實現污水處理過程中各項參數、信號的采集、分析、處理和儲存，操作人員可以借助 PLC 自動控制系統實時全程監控污水處理過程；同時，PLC 自動控制系統可以為日后污水處理提供數據支撐，為我國水資源以及環境問題做出應有的貢獻。

【參考文獻】

[1]周 磊.基于PLC控制的生活污水處理控制系統設計[J].現代商貿工業，2012（19）

[2]楊 豐，王宏偉，鄭 摯.PLC在反滲透工藝控制系統中的應用[J].自動化技術與應用，1999（2）

[3]杜清珍，趙訓坡，李 洋.PLC變頻調速系統應用研究[J].工業儀表與自動化裝置，2001（6）

[4]王 偉.基于PROFIBUS的小城鎮污水處理自動控制系統的研究[D].鄭州：華北水利水電學院，2012

[5]柴潤德，雷思藝，劉 恒.PLC自動控制系統在污水處理中的應用[J].科技創新導報，2016（19）

（責編 羅汝君）