基于小型污水處理設備自動控制及遠程監測系統設計的研究

李銀

（中電建生態環境集團有限公司，廣東 深圳 518133）

隨著經濟的發展，人們的環保觀念正在不斷提升，污水的處理成為了目前需要解決的問題之一，對于一些小型的污水處理設備進行研究，加強在污水處理設備系統的搭建，保證水的質量符合當地實際的穩定標準。為了保證對于污水設備的便捷管理，需要小型設備應用到自動化技術，并且能夠通過遠程設備進行檢測達到管理，促進設備的穩定運行。

1 小型污水處理設備的工藝流程

小型的污水處理設備是比較常見的，以高速路上的服務區為例來研究其設備，每日的處理量假設為150m3，是符合當地的污水數值的，使用生物化學的原理以及主引導記錄對污水進行處理，通過處理的水用于清潔廁所，進行綠化的灌溉。小型污水應用處理設備的主要過程為：原始的臟水通過提升井進行提升，調節池進行接收，將水傳輸進來后進入預反應的水池中，通過厭氧池和好氧池，對其進行生物化學的處理，把一些肉眼可見的大物質去除掉，經過主引導記錄池，用生物膜把無關物質過濾掉，得到相對干凈的水成分，然后通過加入藥物使深層無關物質凝住，經過沉淀原理進行高度處理，將水中包含的氨氮等成分減少，通過處理的水進入清水池，方便后續對中水的使用。

2 小型污水處理機制原理

2.1 生物機制的原理

進行污水的生物處理，主要利用一些微生物能夠有效吸收污染物的性能，對污染物進行降解，達到潔水的目的，其實就是利用生物原理處理污水，在污水的處理中是比較常見的應用方式。微生物能夠分解物質，污水處理就是運用這種性質，將水里的有機物質變成無機物。依據需要氧氣的量分為2種處理方式，一種是厭氧的微生物，通過這種微生物把有機物中的物質轉為有機酸性物質，一種叫做甲烷的菌種再把有機酸進行分解，形成甲烷以及空氣中的常見氣體，比如氫氣和二氧化碳，主要發生在厭氧的池塘以及化糞池等。好氧生物進行處理的方式通常利用藻類生物，藻類進行遇光實現光合作用而產生有益氣體氧氣，這樣就對污水中的好氧生物提供更多的氧氣，增加了它們的活動能量，有效地促進好氧微生物進行分解的效率，讓污水變得干凈，主要發生在污水的灌溉以及氧化的池塘等。

2.2 物理機制的原理

在運用膜生物反應器時會出現膜生物反應，將膜生物反應的裝置完全放在好氧的區域中，正常方式的污染物會被放進二次沉淀的池子中，其中膜組件就實現這個二次沉淀的過程，它的分離作用是非常具有效率的，能夠將水和泥進行全面分離，膜擋住了分子構成比較大的物質，將這些物質攔截在生物的反應池中，這種膜只能讓水和一小部分的分子物質通過，得到相對干凈的水質，有效的提高了對于污水的處理。

2.3 化學機制的原理

運用物理的處理方法有時不能全面的清理掉污水的雜質，同樣生物處理在一定環境下也會出現這樣的問題，這就需要進行化學的方法對此情況進行處理，采用中和處理的方式，從而滿足合格的水質標準，比如在污水中含有過量的磷，那么就需要加入足量的針對性物質，將磷去除掉。

3 小型污水處理電氣自動控制系統方案設計

3.1 設備類型和系統參數的要求

小型污水的設備主要由以下幾類，水泵可以分為提升泵、進水泵、回流泵、過濾泵和產水泵。提升泵需對液體的位置進行控制，水泵的其他類型需要對開始和停止的工作時間進行設置，產水泵可設置工作時的開關時間；另外也需要風機和攪拌類的設備，這2種設備的具體參數要求是，可以進行時間的把控，實現起始和結束的調節，在攪拌的過程中需要設置間歇的工作時間；液位計和流量計這種設備，針對連續式的液位，可以進行設置高低位置液位的參數，能夠計算出每日的產水量；壓力計是一種數字式的設備，具體的參數要求是需要采集每時每刻的情況的，包括膜上面的壓力以及回用壓力；閥門的設備是需要對電磁閥進行設置時間的，針對于開始和停止的設定，對電動閥可以根據時間來切換；電表設備可以采集電壓，電流的消耗程度，定期算出每日的能耗。

3.2 工作的模式

設備在運行過程中存在著2種模式，主要分為手動和自動兩種，當發現設備出現故障需要檢修時，或者是在進行設備調試的情況，可以采用手動模式；當設備進行連續的自動運行時，就需要自動模式，并且按照自動的邏輯性進行工作。當井的液體位置呈現提升的狀態時，需要提升泵進行工作，一直到液體位置處于低位置情況時，會進行2臺提升泵的交換工作，以便于作為備用。進水泵的工作是需要把時間規劃好的，當調節池變為高的液體位置時，又或者膜池的出現，較低的液體位置進行工作，當調節池的液體位置處于低端或者膜池變為高的液體位置時會終止運行的工作。進水量的調整是需要變頻器來實現的，回流泵是通過時間調控來進行工作的，產水泵也是如此，當膜池處于的液體位置為高處時，經過過程的發展變為較低的液體位置，默認處于間歇工作的模式。

3.3 電氣系統的硬件分析

實現高效控制系統，對檢測到的信息得到科學獲取，在電氣系統方面，主要由PLC進行編程，實現對于控制器的控制，人機交互觸屏實現顯示功能，4G無線遠程監測進行查看情況，除此之外，還由空氣開關、中間繼電器、接觸器、熱繼電器以及信號隔離組成。針對工藝的控制，要求對于PLC的設計嚴格對待，合計需要46個信號點進入系統，32個信號點離開系統，4對用于模擬的量是進行輸出的，2組輸入在控制范圍方面。依據小型的污水處理項目需求，對控制系統進行設置。小型污水處理系統中液位和水泵的連接之后，發生特殊情況產生提示預警，在水池中加藥進行消毒，并且進行污泥和水之間的分離。

一般采用的控制方式為將系統保存在特定的空間里面，實現小型污水提升泵的開啟是通過調節池對于液體位置的控制，當處于高的水位置時提升泵進行開啟功能，反之則停止，運用機械形式或者電子形式，能夠保持對液體位置控制，這就是液體控制器的原理，這樣就可以實現控制電磁閥或者水泵的自動化形式。如果液體位置的控制系統或者是提升泵出現相關問題時，系統將不能排出水，這種情況發生時，處于調節池中的污水會通過特殊渠道，即水量超出的警戒排水口，水量被放入緊急事故水池中。

等到故障問題被修復之后，由人工進行控制，回到自動化的運行方式，位于污泥中的污泥泵需要進行時間的提前設定，主要是進行定時的設置，保證開啟和停止的進行。污泥池主要是通過電磁閥進行控制的，其他類的電器設備通常會設置電路的短路裝置和過載保護來維護系統。

3.4 PLC程序的設計

PLC程序的主要設置是通過模塊化的形式進行的，主要包括對數據的初始化設置、手動和自動運行以及故障的設置。針對得出的信息數據，進行讀取運行的數據，包括6個子程序，通過PLC為控制中心，對污水進行控制處理，這個系統主要是對于污水設備的自動控制進行動態形式的監視，獲取工藝參數，設置報警提示以及出現故障時的顯示功能，該設備體現出的是實用性比較強，是運用自動化方式的一種控制系統，需要經過現場實際情況的調試來保障良好的運行狀態，確保系統設計處于合理和科學的性質。

關于控制器PLC的選擇，通常Smart200西門子系列，它的主要功能是對設備部件進行控制并且將得到的數據進行收集，其中的觸摸顯示屏運用的是昆侖通泰，主要功能是對PLC的組態進行顯示，對于整個系統實現控制。根據相關污水處理系統的要求，確定好輸出端口的和輸入端口的數量，進行IO分配，從而正確選擇PLC的型號控制器，PLC的輸入點數為12個，輸出點數設置為8個點，用西門子Smart200系列去進行模擬量的配置，模塊通過液位計以及壓力變送器進行模擬的信號輸入，從而達到系統的液體位置和壓力的平衡，并且對于信號進行采集，保證穩定控制。對于觸摸顯示屏采用的是昆侖通泰，選用先進的四核CPU作為主要的觸摸屏，運用大約十英寸的高亮度液晶顯示屏，電阻的觸摸屏為四線模式，具有良好的電磁屏蔽的能力。電源選擇24V的電壓，大約6W的功率，內存占據為256M，USB接口為一個網絡接口，達到系統控制運行的條件，用以太網的接口能夠方便并且快速的和PLC進行組網的連通，運用USB接口可以對優盤中的下載文件和程序進行上傳，能更好的維護程序并進行運行數據的存儲。

3.5 軟件和組態的設計

系統的設計主要是用PLC作為中心控制系統，輸出設備的選擇是通過PLC進行指令的下達，從而控制系統進行工作。PLC的傳感器輸入信號是通過儀表傳感器進行的，經過產生的手動信號和人機界面設置的數據相結合，做出合理的分析并比較，把指令下達到輸出設備，上傳達到污水提升泵時的液體位置信號，控制了自動的狀態，這個信號通過PLC進行對比分析得出指令下達的方式，如果污水經過提升泵送到厭氧池中，液位計就能檢測到液位的變化，經過PLC系統做出準確判斷，從而啟動攪拌器。便攜啟動風機當檢測到過高的液體位置時，就會將工作停止，通常會有備用的水泵，出現故障時PLC會對系統進行判斷，在厭氧池池中進行切換，也會有攪拌機液位的相關信息傳達到PLC，PLC經過判斷決定攪拌是否進行，滿足水池內的水能夠及時的生成反應，來促進污水的處理效率。

回流泵主要是根據對于液體位置的高或者低來進行判斷，如果到達液體位置的標準會進行連續循環運行，如果水位沒有達到標準，就會停止。水位的高低同樣可以控制風機的運行，當水位處于設定液位的下面時，就會進行間歇運行，產水系統是通過PLC進行控制的，水的位置信號會傳遞到PLC，進行判斷控制產水的水泵的狀態，開啟或者停止狀態。產水泵的正常啟動是通過鼓風機的運行進行引導的，當低于設置的壓力值時，產水泵不會開啟。

4 小型污水遠程監測系統的研究

4.1 系統硬件的部分

在小型的污水處理器中，遠程監控系統在硬件上的配置是通過上位機、調制解調器、PLC以及傳感器等部分組成。路由軟件對于上位機起到十分重要的作用，配合監控軟件進行使用，對數據進行傳輸，應該查看小型污水處理的設備中的諸多數據，比如設定的PH值，水的流量在氧溶解的效果，將這些數據進行收集之后，傳遞給PLC，再經過PLC和調制解調器通過電纜進行通信，將調制解調器的信號進行數據的上傳，由上位機的路由軟件獲取上位機可以和200臺以上的PLC連接起來進行，到最后通過上位機的監控軟件對傳進來的所有數據在顯示屏中顯示，并實現完整的記錄和存儲。這就方便了工作人員能夠實時的獲取數據，讓工作人員更加直觀和迅速的檢查到每個污水處理設備的實時狀態，根據情況的掌握做出相應的解決措施，反方向的對各種控制的指令傳遞到下位機去執行，進而達到了系統的有效控制。

4.2 系統軟件的部分

OPC路經過軟件配置進行，這樣能夠和PLC連通實現正確的通信環節。GPRS數據傳輸，有效的保證了小型污水處理的遠程檢測系統正確運行，在每一個小型的污水站進行GPRS的配置，進行數據的傳輸，這種方式在一定程度上實現了信號的采集，合理的進行數據的上傳，在集中位置實行對中心的服務設備進行檢測，保證收到傳輸的指令后對實際情況下的參數進行改動，實現了小型污水設備處理通信的復雜程度的弱化。創建遠程的監測系統過程中，元件的要素需要進行匯總的研究，另外也要建立一個網上進行檢測的核心裝置，達成將采集到的數據進行整理，將數據存儲起來。對于PLC進行函數的配置，命名sinautmicrose.mwl的函數加入配置中，它的子函數就會按照從上到下的順序進行，從初始化函數到控制函數，最上端的子函數實現了設置調制解調器的參數，最下端使PLC隨意變化通訊方式。

5 結語

小型的污水處理設備存在著管理相對分散的特點，對于小型污水處理設備結合了自動控制環節，添加了遠程監控的功能，這樣能夠實現根據地點的實際情況來改變和控制參數，有效的實現遠程的便捷維護，促進小型污水處理設備的穩定運行。