基于PLC的自動化控制系統在污水處理中的應用研究

摘要：污水處理自動化控制系統利用控制技術和設備實時監控和調節處理過程，以提升效率、節能并確保水質。自動化系統設計中采用傳感器采集數據發送給可編程邏輯控制器（Programmable"Logic"Controller，PLC）進行處理決策，并通過執行機構操作設備，同時系統配備人機界面（Human"Machine"Interaction，HMI）供操作員實時監控和手動調整，支持遠程監控和故障報警功能，在污水處理中得到廣泛應用功能。

關鍵詞：可編程邏輯控制器"自動化系統"污水處理"人機界面

Research"on"the"Application"of"PLC-Based"Automation"Control"System"in"Sewage"Treatment

LI"Jianfeng"WANG"Luoluo

Zhuhai"City"Polytechnic，"Zhuhai，"Guangdong"Province，"519000"China

Abstract："The"sewage"treatment"automation"control"system"utilizes"control"technology"and"equipment"to"monitor"and"regulate"the"treatment"process"in"real-time，"in"order"to"improvenbsp;efficiency，"save"energy，"and"ensure"water"quality."In"the"design"of"the"automation"system，"sensors"are"used"to"collect"data"and"send"it"to"the"Programmable"Logic"Controller"（PLC）"for"processing"and"decision-making."The"equipment"is"operated"by"the"executing"mechanism，"and"the"system"is"equipped"with"a"Human"Machine"Interaction"（HMI）"to"allow"operators"to"monitor"in"real-time"and"make"manual"adjustments."The"system"supports"remote"monitoring"and"fault"alarm"functions，"and"has"been"widely"used"in"sewage"treatment.

Key"Words："PLC;"Automation"system;"Sewage"treatment;"HMI

隨著工業化和城市化進程的加快，污水處理的需求和技術要求逐步提升，傳統手工操作的污水處理方式已無法滿足高效、精準、穩定的現代化需求。在此背景下，自動化控制技術在污水處理中的應用日益廣泛。通過集成可編程邏輯控制器（Programmable"Controller，PLC）和人機界面（Human"Machine"Interface，HMI），污水處理自動化控制系統能夠實現污水處理全過程的實時監控、數據分析和設備控制。PLC具有高穩定性、可編程性、數據處理的精準性，已成為現代污水處理控制系統的核心；HMI則提供了直觀的操作平臺，便于操作人員對系統進行監控與干預。

1污水處理自動化控制系統的原理概述

污水處理自動化控制系統是通過先進的控制技術與設備，對污水處理過程中的各個環節進行實時監控、操作與調節，以提高處理效率、節省能源并確保水質達標。其基本原理是基于傳感器采集的數據，通過中央控制單元PLC系統進行處理和決策，最終通過執行機構完成對設備的操作[1]。

系統通過各種傳感器實時采集污水處理過程中不同節點的數據，能夠反映出水質參數和設備運行狀態，系統會將其發送至中央控制系統。中央控制單元接收到各類傳感器反饋的信號后，根據設定的控制邏輯和工藝要求對數據進行處理，作出相應的判斷與決策。系統根據預設的控制參數，如流量、液位、pH值等，自動調整運行模式。中央控制系統發出指令后，系統中的執行機構（如泵、閥門、攪拌器、鼓風機等）根據指令執行操作。執行機構通過精確地控制實現污水處理過程中關鍵環節的調節[2]。

2"污水處理中的自動化控制應用技術

2.1傳感器技術

在污水處理的自動化控制系統中，傳感器技術是實現高效監測和控制的重要組成部分。傳感器能夠實時采集污水的物理、化學和生物特性等相關數據，為系統提供關鍵信息，以優化處理過程和提高運行效率[3]。

污水處理常用的傳感器包括水位傳感器、流量傳感器、pH傳感器和溶解氧傳感器等。如表1所示。

水位傳感器可以用于監測污水池的水位變化，確保泵的自動啟停，避免溢流或干運轉；流量傳感器則測量流入和流出水的流量，確保處理過程的穩定性；pH傳感器實時監測污水的酸堿度，確保反應條件的優化；溶解氧傳感器則測量水中氧氣的濃度，以調節曝氣過程，提高污水處理效果[4]。

2.2"PLC

2.2.1電機參數設置

PLC能夠靈活地配置電機的各種運行參數，以滿足污水處理過程中的不同需求。通過編程，操作人員可以設置電機的啟動模式、加速時間、運行頻率等關鍵參數。參數設置也包括設定運行模式，如選擇工頻運行或變頻運行，以優化電機的性能并降低能耗。

2.2.2."水泵輸出控制

水泵是污水處理過程中的重要設備，PLC通過實時監測和控制水泵的輸出狀態，確保系統的高效運行。PLC根據液位傳感器反饋的信息，自動控制水泵的啟停。當液位達到預設值時，PLC可以自動啟動或停止水泵，確保集水池的水位保持在合理范圍。PLC還可以管理多臺水泵的協同工作，通過輪換啟停方式分配負載，延長設備的使用壽命，并保持處理效率[5]。

2.2.3."查詢電機數據

PLC具備實時查詢電機運行數據的能力，包括電機的轉速、運行時間、負載電流、溫度等信息。操作人員通過HMI（人機界面）可以輕松監控這些參數，及時發現異常情況。

2.2.4."變頻抽水控制

結合變頻器，PLC實現了水泵的變頻抽水控制。根據實時監測的流量和水位數據，PLC可以動態調整變頻器的輸出頻率，從而優化水泵的運行狀態。在流量變化時，PLC可以自動調節水泵的轉速，確保系統始終運行在最佳效率下。例如：在污水流量較低時，水泵的轉速可以降低，以節省能耗；而在流量增加時，PLC則會提升水泵轉速，以滿足處理需求。

2.2.5."故障診斷與維護

在污水處理系統中，PLC的故障診斷功能至關重要。當設備出現異常（如電機過載或水泵故障）時，PLC能夠自動記錄故障信息并觸發報警，通知操作人員進行檢修"[6]。

2.3"HMI

在污水處理的自動化控制系統中，威綸通人機界面（HMI）扮演著重要角色。HMI通過圖形化的操作界面，提供了直觀的信息顯示和便捷的操作方式，使操作人員能夠有效監控和控制污水處理過程。

現代污水處理系統越來越多地集成遠程監控功能，威綸通HMI通過網絡連接使得操作人員可以在不同地點實時監控和控制系統。這種靈活性為污水處理的管理提供了更多便利，尤其在人員不足或突發事件情況下，遠程操作可以大大提高應對效率。

3"污水處理自動化控制系統設計

3.1"PLC設計

在污水處理自動化控制系統設計中，PLC的關鍵過程包括系統組件配置、邏輯程序設計和實時控制。

系統組件配置是設計的基礎，200SMART"CPU"ST60作為核心模塊，負責接收和處理來自輸入模塊（如水位傳感器、流量計和壓力傳感器）的信號。這些輸入模塊確保系統能夠實時監測關鍵參數，提供準確的數據支持。輸出模塊則控制具體執行設備的運行，如泵和風機，通過相應的輸出信號實現啟停操作。此外，系統的通信接口（如PROFINET或RS485）用于與HMI及其他上位機進行數據傳輸，保證遠程監控的有效性。

邏輯程序設計采用梯形圖語言，實現各個控制邏輯的編寫。程序設定液位控制、泵控制、風機控制等功能。PLC根據水位傳感器的信號判斷液位狀態，自動啟動或停止泵，以調節水位，確保處理穩定；動態調整泵的運行頻率，提升排水效率；在需要調節氧氣含量的工藝中，PLC根據傳感器反饋自動控制風機的啟停，滿足工藝要求。

實時控制通過PLC對輸入信號的快速響應，確保系統高效、有序地運行。控制邏輯的并行和串聯設計，使不同設備在特定條件下進行聯動操作，提高整個污水處理系統的自動化水平和可靠性。

3.2威綸通HMI設計

威綸通HMI在污水處理自動化控制系統中是一個關鍵的操作平臺，如圖1所示。

威綸通HMI界面設計采用直觀的圖形化布局，清晰顯示污水處理各環節的設備狀態和流程。通過圖標和指示燈，操作人員可以迅速了解泵、閥門和傳感器的實時工作狀態，確保對系統的全面監控。HMI還能夠實時顯示關鍵參數，如水位、流量、壓力等，幫助操作人員及時獲取重要信息。這種監控功能使操作人員能夠實時評估系統運行狀態，迅速識別潛在問題。HMI支持手動與自動模式的靈活切換。

4"結論

本文探討了污水處理自動化控制系統的設計，重點討論了PLC在提升水泵轉速、故障診斷與維護中的關鍵作用，以及威綸通HMI在人機交互中的高效性。PLC通過精確控制水泵等執行設備，優化污水處理流程；而HMI則通過圖形化界面提供直觀的信息顯示和便捷的操作方式，提高了系統的監控和控制效率。整體而言，該自動化控制系統設計實現了污水處理過程的高效、穩定和可靠運行。

參考文獻

[1]王永強.基于PLC的造紙污水處理自動化控制系統研究[J].造紙科學與技術，2023，42（4）：74-77.

[2]南貌.基于PLC的皮革污水處理自動化控制系統設計[J].中國皮革，2023，52（4）：34-37.

[3]劉遠會.基于PLC的化工污水處理自動化控制系統設計[J].中國石油和化工標準與質量，2023，43（11）：178-180.

[4]白雪寧，寧煜，穆龍濤.PLC的化工污水處理自動化控制系統設計[J].粘接，2021，48（12）：146-150.

[5]張亞琴.污水處理自動化控制系統研究[D].南昌：南昌大學，2020.

[6]彭勇，帥坤義，鐘前進，等.基于PCS7的污水處理廠自動化控制系統研究[J].機電工程技術，2023，52（5）：178-186.