PLC自控系統在污水處理工藝中的應用

劉 倩 楊偉兵

漯河職業技術學院 河南 漯河 462000

在我國，隨著人民生活水平的不斷提高，生豬養殖也越來越規模化，而養殖過程中的生產污水處理也成為整個環保工作中的重要環節，隨著污水處理工程和信息技術的迅猛發展，PLC自控系統在各個領域的應用的比例也在不斷提升:污水處理是一個復雜多變的過程，傳統的控制工藝多采用儀表控制，以人工手動控制為主，需要操作工人具備豐富的工作經驗和專業知識，這種方法生產效率低下，污水處理質量也極不穩定，信息采集也不能集中。想提高工作質量，降低成本，就必須采用先進的技術和設備，構建自動化的污水處理產線或者工廠，基于這一構思，本文將在下文中對PLC自控系統在污水處理工藝中的應用進行分析。

1 污水處理PLC自控系統架構

1.1 監控系統上層分為2套:

1.1.1 場區中控室2臺中心監控計算機；

1.1.2 整個集團后臺數據中心，手機端APP。

1.2 下層為若干個可編程邏輯控制器(PLC，西門子品牌，S7―200 SMART、S7―1200等系列)，它們分布在污水處理的整個工藝流程的不同位置，分別負責不同設備的控制。現場設備，比如電動閥、水泵、風機及紫外燈等與PLC的I/O端口相連，PLC通過輸入和輸出控制信號對其進行控制量采集和控制，上位機和PLC之間則借助PLC通信網絡來交換數據，并進行監控操作，后臺數據中心通過OPC方式獲取數據，并進行WEB發布，通過手機APP和移動端可進行訪問。

1.3 該自控系統PLC控制系統、儀表檢測、上位機監控及遠程云端

四部分組成。計算機控制管理系統遵循 “分散控制、集中管理、資源共享、信息同步”的原則；儀表系統遵循 “工藝穩定、功能實用、維護簡便”的原則。該自控系統是基于現代先進控制思想的集散型控制系統。

2 PLC自控系統設計

在設計時，選用工業以太網實現數據通信，配以西門子S7系列PLC，具有較高的性價比。

2.1 系統構成 根據該廠的生產工藝，整個污水處理過程可以分為兩個控制區域，每個區域設置一套現場控制站。該污水處理廠工藝流程見下圖:

圖1 污水處理廠工藝流程圖

2.1.1 現場控制站一 該控制站測控管理區域為收集池緩沖池、固液分離。

2.1.2 現場控制站二 該控制站管理區域為沼液儲存池、AO池。

2.1.3 現場控制站三 該控制站管理區域為氣浮機。

2.1.4 現場控制站四 該控制站管理區域為MBR池、UF超濾。

2.1.5 現場控制站五 該控制站管理區域為臭氧發生器、水氧混合器。

2.2 控制方式 主要自控設備的控制方式共三種:

2.2.1 本地手動控制:通過就地控制箱的控制按鈕和PLC控制柜的觸摸屏虛擬按鈕實現對設備的啟停操作；

2.2.2 遠程手動控制:操作人員通過中控室的監控畫面，用鼠標和鍵盤來控制現場設備；

2.2.3 自動控制:由各PLC根據污水處理流程中各環節的工況和工藝參數反饋值自動完成對設備的控制，不需要人工干預。這三種方式的控制級別由高到低依次為本地手動控制、遠程手動控制、自動控制。

2.3 通訊網絡 以太網通訊用于控制現場設備，西門子S7系列PLC自帶以太網通信端口，無須外界模塊即可進行通信，各個環節水質檢測數據均可發送至上位機。上位機軟件(西門子WINCC)可將所有數據及控制按鈕等展示在自行組態的畫面上，更可以將PLC監測到的數據直接保存至數據庫，方便后臺調用，及時展示在WEB端(可使用瀏覽器及移動設備APP等訪問)。

2.4 軟件選型 使用西門子S7―1200(博圖)、S7―200 SMART(STEP 7―Micro WIN SMART)等控制器編程軟件和WINCC上位機組態軟件。PLC編程軟件可對PLC程序進行修改，WINCC軟件可使操作員在正常監控、操作的環境下，對上位組態、數據庫和操作員界面進行修改。

3 PLC自控系統在生豬養殖場污水處理中的應用

3.1 系統實現功能 PLC自控系統可展示整個工藝流程圖，可實時監測設備狀態和整個系統的運行狀況，在線檢測各個環節的工藝參數；可通過調整運行參數實現遠程調控；可通過在線的工藝參數反饋值自動控制設備運行；可進行能耗的實時監控；可自動生成生產報表；可自動提示和推送報警信息。

3.2 具體應用

3.2.1 收集池緩沖池、固液分離區:通過液位高低和時間進行自動控制。

3.2.2 沼液儲存池和AO池:通過液位控制水泵、電動閥啟停，通過在線檢測溶解氧和實際需氧量來調整曝氣風機的轉速，從而調節總的充氧量。

3.2.3 氣浮機:通過液位和空氣壓力來控制自動啟停，并通過監測流量來計算實際需要的加藥量，自動控制計量泵加入所需化學藥劑。

3.2.4 MBR池和UF超濾:通過液位、壓力、PH值、濁度、時間、濾膜兩側壓差等完成自動控制。

3.2.5 污泥回流量自動控制采用的是時間控制和手動控制。

3.2.6 臭氧發生器、水樣混合器:根據水質檢測參數(PH值、濁度等)控制臭氧與水的混合比例，完成自動控制。

3.3 在線儀表的應用經驗 在線儀表(各種傳感器及其變送器等)在污水處理工藝中占據著重要的地位，對工藝調整和運行起著指導作用。如液位計是否準確關系到設備(泵，閥門等)的安全，溶解氧儀是否正常關系到出水的水質等。因此，在線儀表的正確安裝是十分重要的。

3.3.1 該廠進氣浮機2臺流量計，由于安裝的位置過于靠近出水口，這使得檢測位置的管道水量總是達不到滿管，并處于波動狀態，導致流量數據與實際流量出入較大，失去了實際參考意義。這種情況可能導致的后果是，根據該流量計算后加入的次氯酸鈉等化學藥劑數量不對，達不到工藝所需的處理標準。發現此問題后，立即聯系廠家對儀表安裝位置進行了調整，現使用情況良好。

3.3.2 該廠用于測量AO池好氧段溶解氧的溶解氧傳感器，安裝時未按照完全浸沒水下的安裝要求進行安裝，導致溶解氧測量數據不準確，從而影響對曝氣風機的控制，致使下游工藝環節多次檢測水質不合格，浪費了大量人力。后對其安裝方式進行更改，完全按照安裝要求進行安裝，解決了下游環節的原水水質問題。

3.4 系統設計方面建議 在PLC自控系統設計時，需考慮到系統擴展和兼容性的問題。例如，該污水處理工藝中的除臭系統為集成在固液處理區的，前期PLC系統設計時并未考慮到其他環節也需要添加除臭系統并進行自動化控制，如果要實現新增除臭系統的自動化控制，需將新添加的除臭系統單獨作為一個控制站，并將各種參數、數據信號等傳輸到中控室，以便運行人員遠程操作，而現場并無足夠空間安裝對各控制站，導致了現場出現安裝困難的問題。該廠后期擴大產能，其PLC自控系統新增部分其他廠家設備，也存在信號輸出和兼容性不好等問題。

4 結束語

綜上所述 ，該PLC自控系統的所有設備均符合該養殖場生產污水處理的日常工作要求，并在整個污水處理行業有著廣泛的適用性。該系統不僅使運行成本降低，而且反應靈敏，準確度高，對提高污水處理的效率、節約成本及相應的管理都具有積極的意義。因此，可以將其廣泛地應用于污水處理系統當中。