基于PLC的刮吸泥機污水處理控制系統的研究

白振華

（神達潔源環境科技集團寧武水凈化有限公司，山西 忻州 036700）

1 污水處理工藝流程

根據污水處理系統的功能需求，列舉污水處理系統工藝技術環節，污水處理工藝流程如圖1所示。現對處理系統中的關鍵環節進行介紹：K3調節池的主要作用是調節水質，便于后續水處理。污水經PH調和處理，即可進行高壓脈沖電凝，此過程可以將污水中的絕大部分微小固體顆粒物進行沉淀。PH處理之后，可加入氫氧化鈣或氫氧化鈉等堿鹽實現對污水中酸性離子交換[1-2]。

圖1 污水處理工藝流程

污水經過一系列生化池集中清理，污水進入沉淀池進行自然沉淀過濾，此時主要依靠刮吸泥機對池底的沉淀進行抽取。由刮吸泥機實現對水體中雜質的分離，污水通過液位控制離心泵提升至厭氧發酵池、微生物發酵池中，進行后續的處理，并最終達到排放要求。污水處理過程復雜且環節眾多，因此控制系統可通過對關注信息的采集與判斷，集約化管理去污過程，對提高污水處理能力具有重要幫助。

2 控制系統方案設計

2.1 設計原則

研究以往污水處理控制系統設計，需滿足如下幾條規定：需滿足國家現行污水處理技術規定；此類污水處理的相關技術與經驗；依照自動化控制系統的原理，在安全、高效、通用簡單可靠的基礎上設計控制系統[3]。

2.2 系統結構

根據刮吸泥機污水處理工藝及控制要求，采用“集中顯示與控制，分散監控”的設計原則，主要硬件設備包括工程控制計算機、打印機、PLC控制器、各類傳感器、泵等設備。刮吸泥機控制系統結構框圖如圖2所示。

圖2 控制系統層次結構圖

污水處理控制系統可以劃分為三層，主要包括電氣設備層、PLC集散控制層、工控監管層組成，其中電氣設備層主要包括一線監控設備以及被控制的執行單元等設備，包括各類傳感器、泵、閥門等。PLC集散控制層主要包括PLC的各個控制分站，不同的PLC控制分站實現對不同信號單元的控制。工控管理層則主要指控制中心計算機、打印機等設備，可在控制計算機上查看污水處理狀態，對設備進行干預控制，每個控制站都是由RS-485總線結構將PLC組網，實現與其他設備的互聯互通[4]。

3 PLC控制器設計

3.1 PLC設計

PLC是目前自動化工業控制系統中必不可少的控制程序，具有較強的控制能力與可靠性，方便使用且具有較好的抗干擾能力。刮吸泥機污水處理控制系統主要包括三個PLC控制器，根據不同的功能以及控制程序進行設計，已知PLC控制程序具有穩定性高，其平均故障時間可達幾十萬小時；具有較強的抗干擾能力，在隔離與濾波等方面均具有較強的能力；適應性好，功能接口豐富，可擴展性強。

不同的PLC控制器所負責的功能并不相同，以控制系統中1號PLC控制站主要負責K3調節池、pH調整池、高壓脈沖電凝床等傳感器數據的采集與分析，1號PLC實現對污水的前處理，對污水進行初步處理，保障了污水處理效率。1#PLC主要負責執行設備的數據采集和控制，對污水狀態識別與判斷具有重要作用，控制站污水處理流程如圖3所示[5]。

圖3 PLC控制站污水處理流程圖

3.2 主要電氣設備選型

污水處理控制系統實現了對污水處理設備的控制以及對污水狀態的識別，基于PLC控制器，系統可實現自動識別與控制。控制系統為了實現對設備的控制，布置了較多了傳感器以及電氣設備，現對系統中主要的設備做簡要說明。

1）pH計：采用EPZ-330型pH測量計，該型測量計具有較好的環境適應性與穩定性，測量精度為0.01 pH，電壓輸出±12 VDC，電流信號輸出為隔離式0～20 mA輸出。

2）液位計：選用美國康德的SDF-29T型超聲波液位測量計，輔助設備包括液位開關等，該型液壓計非常適用于污水處理環境下使用，率小于1 mm，測量精度較高。

3）流量傳感器：選擇了Consensic系列的傳感器，從經濟性的角度出發，選擇入門級的流量傳感器。

4）PLC選型：根據系統的實際功能需求，要實現不同的功能以及控制方案進行選擇，秉持成熟可靠、穩定適用等原則選擇PLC型號。PLC的選型應詳細分析工藝過程的特點以及需實現的控制要求，在此情況下可以根據系統所需實現的控制任務以及范圍來選型。經過綜合比較，選擇了日本三菱公司設計的GVX-600系列的PLC可編程控制器[6]。

4 控制系統實現與應用

4.1 控制系統軟件開發

控制系統的主控制計算機上的操作控制系統采用專業的編程軟件實現，選用組態軟件實現軟件系統的開發。組態軟件可為用戶提供快速構建自動控制系統的能力，能支持各類型的工業設備，與通信設備具有良好的交互能力。

控制系統軟件的設計開發主要包括：各子功能的實現，控制程序；控制系統主操作界面的設計與實現；可視化操作設計，保證在系統界面上進行操作可實現對設備的監控與控制。其他軟件的具體編程過程不再一一列舉。

4.2 系統實現

如圖4所示，為刮吸泥機污水處理控制系統的實時數據監控界面，從該界面的設計可知，系統可以實時顯示儲液池中液位的高度、PH實時監測數據以及溫度信息，此類信息均以曲線的形式被記錄，方便管理人員進行查看與對比，由于篇幅所限，不再對其他軟件界面進行介紹。

圖4 系統監控實時曲線

4.3 控制系統的應用

經過試驗的不斷調試與應用，控制系統的軟件、硬件系統均達到了其設計目標；調試過程分為幾個階段，首先是對重要設備的單獨調試，然后進行聯調聯試，最后是測試控制系統軟件與硬件之間的兼容效果。

經過為期半年的測試與連續使用，控制系統實現了對刮吸泥機污水處理的監控與控制，實現對污水池狀態的實時監控，并可根據監控狀態進行人工控制，實現了在遠程集中顯示監控信息與實際控制，達到了污水處理控制系統的設計目標。