工業污水處理PLC 控制系統分析

徐 燚 邵亞丹

（杭州誠潔環保有限公司，浙江 杭州311228）

PLC 就是所謂的可編程控制器，這種控制器擁有完善的功能，將其應用于工業控制之中，可以取得良好的應用效果。工業經濟的發展，導致污水排放量不斷增加，如何提升污水處理質量和效率，受到了國家和人民群眾的高度重視，但傳統污水處理方式在多種因素的影響下，很難發揮作用，故要求污水處理廠應用先進的設備，對污水處理系統進行改造，以強化污水處理的效果。

1 污水控制系統優化案例

1.1 案例分析

某印染公司屬于國內大型印染企業，早在建國初期就已存在，經過幾十年的發展，其產品種類愈加完善，在國內外均享有非常高的知名度。印染行業是工業體系的重要一環，能夠促進相關產業的發展。但其在生產過程中，會產生大量的污水，而污水處理需要付出大量的成本，不利于企業的發展，尤其是在市場競爭日益激烈的今天，如果印染公司無法控制污水處理成本，甚至會出現生存危機。有鑒于此，公司積極響應政府部門的號召，決定應用PLC 對傳統污水處理控制系統進行優化，以提升污水處理效率和質量，從而實現對污水處理成本的有效控制。

1.2 污水控制系統優化

印刷公司舊有的污水控制系統存在多個單元，簡言之，每個生產車間都設有污水控制室。同時，控制室還內置控制箱，其作用為啟動和關閉電機。但這種污水控制系統的缺點極為明顯，結構較為復雜和冗余、控制分散以及占地面積廣。這些缺點的存在，導致印刷廠污水處理成本大幅度上升，并且在控制方式上也稍顯落后，尚未實現自動化控制，與政府部門的要求不符。故應用PLC對系統進行優化，成為了解決問題的有效途徑。在優化之后，現場總線可以將過去分散的控制信號按照統一的協議傳輸到中央控制室中，實現了分散控制向集中控制的轉變，從而使污水處理效率和質量大幅度上升，有利于控制污水處理成本，并促進企業的發展。

2 污水處理的工藝流程

優化后的污水處理控制系統，擁有三級污水處理工藝流程，如下所述：（1）一級處理工藝流程：首先企業會將污水排放到集水池中，在經過粗格柵、提升泵、細格柵、調節池和沉沙池的簡單過濾和處理后，使污水內部的懸浮有機物脫離，完成對污水的預處理[1]。（2）二級處理工藝流程：二級污水處理工藝主要是指生物處理工藝，通過培養微生物，利用微生物分解污水中的有機物，在經過一系列的處理后，部分有機物會被微生物同化，轉化為活性污泥；另一部分有機物會變為氧氣和二氧化氮排出。污水會在氧化池、厭氧池流動一段時間，通過這種方式，降低氮含量。并且污水在氧化池中，還會被微生物所分解，有助于促進微生物的繁殖，污水處理效果也會因此而提升。（3）三級處理工藝流程。三級污水處理工藝是指污泥消化處理，通過板框壓濾機的使用，對活性污泥做脫水處理。處理后的污泥，其含水率會大幅度下降，然后將其運輸磚廠，成為建筑用磚的原材料，真正實現了無公害處理和廢物二次利用。在這個工藝流程中，控制系統發揮了重要的作用，使污水處理設備運行的穩定性得到了保證。

3 工業污水處理PLC 控制系統硬件設計和結構

通過上述分析可知，企業污水控制系統擁有多道污水處理控制工序，因此，對PLC 控制器的要求十分嚴格，由于本控制系統擁有多個輸出點，且較為復雜，因此，保證硬件系統的設計效果尤為關鍵。

3.1PLC 通信設計。PLC 控制器可以分為多個部分，主要包括上層管路和下層管理。按照應用范圍，則可以分為車間控制和設備控制。為提升控制效果，本系統選擇PLC 通信為S7-300，究其原因，主要是這種控制器，與工業通信和網絡配置的要求相符，且能夠滿足多種通信協議的需求，故將其應用于污水控制系統之中，可以取得良好的效果。

3.2硬件設計。將企業污水控制系統設計作為依據，以滿足系統需求為出發點，為系統設計一套高質量且技術先進的PLC控制系統尤為關鍵，有利于提升污水處理的效率和質量。硬件設計如下所述：

3.2.1設計控制器。將污水處理工藝流程作為依據，對系統控制要求加以明確，并在此基礎上，獲得I/O 點數，并完成PLC 的選擇，目前，常用的PLC 形式有兩種，分別為結構式和整體式。在PLC 的I/O 點分配完成后進行圖紙設計，同時分配輸出地址，最后設計與之相匹配的程序[2]。

本文所設計的PLC 控制系統，所采用的控制器為S7-300，究其原因，主要是這種控制器的邏輯指令和功能質量較為完整，控制器的應用范圍也隨之擴大，這一優勢在編程時得到了體現，主要表現在以下方面：（1）擁有非常快的指令處理速度，所需的指令執行時間不超過0.5μ；（2）能夠對浮點運算和復數運算方法進行有效的使用；（3）擁有多種不同的通信接口；（4）能夠為使用者提供合理的參數，有利于降低模塊參數化工作的難度；（5）可以提供良好的人機交互界面；（6）具有可拓展性。PLC 控制器可以與多種模塊和擴展裝置相連接，據了解得知，這種控制器最大拓展機架為4 個，單個機架內包括8 個模塊，故一個PLC 控制器可以拓展的模塊高達32 個；（7）自動診斷功能。PLC 控制器可以對控制系統的功能進行診斷，并分析和記錄故障的成因，為工作人員制定解決方法，提供了數據上的支持；（8）口令保護功能。傳統污水控制系統容易受到木馬病毒的威脅，而PLC 控制器具有多級口令保護功能，將這項功能應用于控制系統中，可以保證數據和技術的安全。

3.2.2選擇合適的通信卡。本系統將CP 5613 通信卡作為了主要選擇，通信卡的作用是將計算機和的編程設備與MPI 相連接。據了解得知，該通信卡可以連接的設備為32 臺，并在此基礎上，完成一個網段的建立。

3.2.3接口模塊選擇。本系統選擇了西門子公司生產的IM系列接口模塊，提供多種形式的總線接口是接口模塊的基本功能。并且在機架拓展時，同樣需要應用接口模塊。

3.3控制系統的結構

將企業污水處理控制系統設計要求作為依據，并遵循設計原則，本文所設計的PLC 控制系統，在結構上選擇了分布式結構。設備控制的實現方式為三級，第一級是中央控制層；第二級為控制主站；第三級為控制從站。三者的關系為遞進關系，通常情況下，三者會通過ET200 和接口連接為一個整體。而控制主站選擇了S7-400 PLC 控制器。通過上述分析可知，該控制器具有豐富的功能，與系統設計要求相符。

污水處理控制系統采取的控制方式有如下兩種：（1）自動控制；（2）遠程PLC 控制。污水處理控制系統中的污水處理設備所產生的信號，都會通過通信接口傳輸到PLC 控制器之中，并在上位機上顯示，工作人員通過觀察，即可實現對設備運行參數的監管。控制站在接收信號后會通過模塊對設備動作進行準確的控制。

4 污水處理控制方法

本文所設計的污水處理PLC 控制系統由多個功能模塊組成，且每個功能模塊都具有不同的控制方法。

4.1提升泵站車間現場總線模塊。該模塊可以對提升泵、格柵、儀表等設施的信號進行采集，由于污水來自不同的車間，故控制系統會將污水的實際情況作為依據，對提升泵進行合理的控制，以提升污水處理效率，控制污水成本，同時，這種污水處理控制方法，還能使提升泵與下游設備相連接，自動化控制也得以實現。

4.2除砂車間現場總線模塊。該模塊可以采集本車間內的設備電機信號，最終實現對工業污水的除砂處理，之后將污水排放到至下游設備。

4.3澄清和過濾車間現場總線模塊。該模塊的控制方法與上述兩個模塊的控制方法相同，都是通過采集本車間設備電機信號，實現自動化處理污水的目標，故不再做過多的贅述。

綜上所述，與傳統污水處理控制系統相比，PLC 控制系統具有更加豐富的功能，可以實現自動化控制的目的。實踐應用結果表明，污水處理PLC 控制系統，有利于提升污水處理效率，并節省污水處理成本。因此，工業企業應積極響應政府部門的號召，充分發揮PLC 控制系統在污水處理中的作用。