PLC在污水泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳仁浩 段彥兵 王韜

摘要：我國(guó)鋼鐵企業(yè)普遍提升了對(duì)水的科學(xué)管理水平，積極采用各項(xiàng)節(jié)水先進(jìn)技術(shù)、裝備，達(dá)到了用水和節(jié)水工作的歷史最好水平（部分指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平）;在鋼鐵產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)的情況下，取新水總量和噸鋼耗新水均得到下降，廢水主要污染物排放量也得到下降。水處理作業(yè)區(qū)作為鋼鐵生產(chǎn)、生活用水的主要處理單元，擔(dān)負(fù)著鋼鐵廠供水的主要任務(wù)，傳統(tǒng)污水處理僅有單級(jí)的常規(guī)控制、自動(dòng)化監(jiān)控程度較低，在管理水平上，大部分污水泵站的管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是手工操作，泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)，隨著智能工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)水處理運(yùn)行和管理提出了更高的要求，目前泵站正朝著無人化泵站監(jiān)控管理的方向發(fā)展，以達(dá)到減員增效和提高管理水平的目的。基于PLC的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)為上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了契機(jī)。

關(guān)鍵詞：污水泵站;PLC;自動(dòng)控制系統(tǒng)

一、PLC水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

1.1水處理工藝系統(tǒng)

水處理系統(tǒng)主要分4套：系統(tǒng)名稱和主要流程為：（1）新水系統(tǒng)：河水、高密處理、微濾、儲(chǔ)水池、綜合泵房、生產(chǎn)用水管網(wǎng)。（2）廢水處理系統(tǒng)：廠區(qū)生活生產(chǎn)廢水、生活生產(chǎn)廢水分配井、生產(chǎn)（生活）調(diào)節(jié)池、高密處理、微濾、回用水池、超濾、除鹽（煉鋼）、濃鹽（煉鐵高爐）。（3）廠區(qū)雨水處理：雨水格柵井、雨水收集池、生活生產(chǎn)廢水分配井。（4）市政系統(tǒng)：市政管網(wǎng)、生活水池、生活水管網(wǎng)。

1.2實(shí)時(shí)管理功能

PLC污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)芫€工藝資料及處理的數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析、歸類，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)方便管理使用。

（1）管線狀態(tài)參數(shù)的顯示;如污水處理廠線路走向、全線設(shè)備構(gòu)成及全線工藝流程等圖表、數(shù)據(jù)。（2）操作過程實(shí)時(shí)記錄;對(duì)污水處理過程中涉及的各項(xiàng)操作按著時(shí)間順序進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，必要時(shí)可以進(jìn)行打印;做到污水處理全程操作有據(jù)可查、確保工作人員安全規(guī)范操作。（3）借賬號(hào)、密碼設(shè)置操作別;PLC污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的所有操作都設(shè)置了保密級(jí)別，分別為操作員和系統(tǒng)維護(hù)員兩個(gè)級(jí)別;操作與維護(hù)相分離，使用各自帳號(hào)、密碼登錄，不同級(jí)別帳號(hào)、密碼可以完成的操作不同，系統(tǒng)全程記錄進(jìn)入人員的操作信息;這樣做的目的之一是防止無關(guān)人員進(jìn)入，特別是防止非法人員進(jìn)入系統(tǒng)、破壞系統(tǒng)。

1.3硬件框架

自動(dòng)化特有的硬件體系，應(yīng)能確認(rèn)初始的框架型號(hào)、必備框架數(shù)目，同時(shí)存留必備的體系余量，以此便利拓展。估測(cè)出最適宜的存儲(chǔ)區(qū)段，篩選適宜CPU、配套電源模塊。具體而言，中央處理模塊緊密銜接著適宜的輸入點(diǎn)數(shù)、對(duì)應(yīng)著的輸出點(diǎn)數(shù)，它依托著以太網(wǎng)來串聯(lián)彼此。模擬量關(guān)聯(lián)的輸入模塊會(huì)銜接著設(shè)定好的多重通道，它帶有差分輸入這樣的特性。模擬得到某一精準(zhǔn)的開關(guān)量，有序管控體系內(nèi)的設(shè)備總數(shù)目、各時(shí)段輸出信號(hào)。框架之中的成套電源帶有適宜的數(shù)目，采納了槽框架、雙重配套模塊。篩選出來的顯示屏適宜采納CRT特有的彩色屏幕。電網(wǎng)成套監(jiān)控配有某一電力儀表，它能隨時(shí)辨識(shí)電力體系以內(nèi)的多重參數(shù)，例如某一時(shí)段的相電壓、線路內(nèi)的相電流、對(duì)應(yīng)功率因數(shù)。污水泵站銜接著的進(jìn)線帶有雙路的特性，它配有雙重的這類儀表。把儀表布設(shè)在進(jìn)線柜內(nèi)。搜集某時(shí)段的裝置信號(hào)，經(jīng)由模擬量特有的端點(diǎn)銜接在控制配件上。

1.4軟件構(gòu)成

新水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件主要位于PLC上，PLC控制器使用Step7軟件進(jìn)行組態(tài)編用，具備在PC機(jī)上對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)配置、程序編譯、控制和在線命令等功能。使用Wincc作為上位機(jī)對(duì)畫面進(jìn)行編輯與監(jiān)控，Step7、Wincc軟件是一套公認(rèn)的功能比較強(qiáng)大的工業(yè)控制軟件，由于其良好的開發(fā)運(yùn)行環(huán)境和強(qiáng)大的PLC接口及通信協(xié)議，支持實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和高效完整的監(jiān)控語言及函數(shù)集，廣泛的應(yīng)用于污水處理過程數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。

1.5連鎖保護(hù)與報(bào)表生成

PLC污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的連鎖保護(hù)功能，主要是為了防止某臺(tái)泵發(fā)生故障導(dǎo)致液體外溢、抽干水池及損壞等事故發(fā)生而設(shè)計(jì);連鎖保護(hù)功能啟動(dòng)情況下，某控制環(huán)節(jié)中一旦某臺(tái)泵或相應(yīng)控制回路出現(xiàn)故障，該環(huán)節(jié)的所有泵及電磁閥會(huì)立即停止工作，待該故障被完全排除進(jìn)行“故障復(fù)位”按鈕確認(rèn)后，相關(guān)泵、電磁閥才會(huì)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。報(bào)表自動(dòng)生成則是該系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，主要配合重要操作數(shù)據(jù)、故障處理等的打印查看、備案及供工作人員參考。

PLC控制

系統(tǒng)采用了三層的控制結(jié)構(gòu)：底層為傳感器層、中間為現(xiàn)場(chǎng)控制層、最上為上位機(jī)層。傳感器層主要包括液位傳感器和軟啟動(dòng)器、中間層包括以太網(wǎng)通訊模塊、上層為兩臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)。傳感器執(zhí)行器層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的測(cè)量和中間層指令的執(zhí)行。中間層負(fù)責(zé)進(jìn)行起停泵控制邏輯的運(yùn)算以及與上位機(jī)的通訊。上位機(jī)層中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)主要設(shè)備工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)的顯示、向控制器層下發(fā)指令，另外一臺(tái)負(fù)責(zé)攝像頭監(jiān)控畫面的顯示。

為了改變現(xiàn)有的裝置復(fù)雜的接線和啟動(dòng)方式，采用軟啟動(dòng)器、變頻器替代原有的自耦變壓器，軟啟動(dòng)器帶有MODBUS通訊接口，可以采集水泵的運(yùn)行參數(shù)。為了在中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，采用了以太網(wǎng)通訊擴(kuò)展模塊將現(xiàn)場(chǎng)控制層讀回的數(shù)據(jù)傳輸至中控室上位機(jī)了精確測(cè)量水池的水位，采用了投入式液位變送器，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)儀表顯示之后，將4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)原樣送入PLC。

保持供水穩(wěn)定性，向用戶供水時(shí)是采用PLC的PID恒壓供水功能，而在水處理環(huán)境中，集水池所面臨的控制問題是采用液位區(qū)間調(diào)節(jié)，為了能夠?qū)⒓氐奶幚碣|(zhì)量提升上來，需要對(duì)減泵和加泵予以執(zhí)行，這時(shí)污水泵在集水池水位的基礎(chǔ)上，將控制信號(hào)傳輸?shù)絇LC中，PLC對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析之后，向有關(guān)的控制中心傳輸，在PLC的幫助下，對(duì)無障礙的污水泵進(jìn)行選擇，向開啟狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變。

1.7處理格柵裝置

污水泵體之中，還布設(shè)了某規(guī)格的除污機(jī)。它可以查驗(yàn)各時(shí)點(diǎn)的工作情形，有序予以監(jiān)控。除污機(jī)辨識(shí)出來的多重信號(hào)都緊密關(guān)聯(lián)著指示燈的明滅。這種指示狀態(tài)辨識(shí)了精準(zhǔn)故障點(diǎn)，設(shè)定正確報(bào)警。若除污機(jī)配有遠(yuǎn)程架構(gòu)下的系列控制，那么泵體被啟動(dòng)以前，應(yīng)能排掉污水;若采納了自然態(tài)勢(shì)下的水位差測(cè)定，那么依照測(cè)定出來的這種差值，自動(dòng)予以操作。排掉廢水以前即可報(bào)警，接著運(yùn)行裝置。

現(xiàn)有的污水泵站，包含智能化這一總傾向。帶有智能特性的泵站控制緊密關(guān)聯(lián)著測(cè)控體系、常規(guī)管理體系。污水泵站采納的新穎控制，變更了慣用的流程及思路，設(shè)定自動(dòng)模式。對(duì)PLC進(jìn)行利用之后，能夠?qū)⒆詣?dòng)控制條件為污水泵站提供出來，進(jìn)而將自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)彰顯出來。在污水泵站中對(duì)PLC進(jìn)行了使用，主要是將控制系統(tǒng)自動(dòng)化的運(yùn)行水平提升上來，能夠同污水處理的具體情況結(jié)合起來，將自動(dòng)化處理方式提供出來，將污水處理的可靠性提升上來。因此，對(duì)于PLC技術(shù)在污水泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要性必須要高度的重視起來。

二、結(jié)束語

在環(huán)保事業(yè)日益重視的今天，排水管理部門需要前瞻性站位，創(chuàng)新思維，加大投入。在建設(shè)、運(yùn)營(yíng)污水泵站時(shí)，必須要積極提高其自動(dòng)化控制水平，保證PLC技術(shù)可以落到實(shí)處，確保污水泵站的重要環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。只有這樣才能提高污水處理效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在，使污水泵站的功能更加完善，改善環(huán)境，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)好又快發(fā)展。

陳仁浩，男，出生日：1995年6月1日，漢族，安徽省金寨縣，本科，研究方向：電氣自動(dòng)化方向

段彥兵，男，出生日：1978年1月8日，漢族，河北省涉縣，本科，研究方向：電氣自動(dòng)化方向

王韜，男，出生日：2002年7月14日，漢族，安徽省裕安區(qū)，本科，研究方向：電氣自動(dòng)化方向

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