PLC在污水處理廠自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

于衛(wèi)華 李欣

摘 要：眾所周知，污水處理廠的主要耗電設(shè)備是泵，實現(xiàn)泵的自動化控制非常關(guān)鍵，不僅可以節(jié)省電能，還可以保護設(shè)備。文章根據(jù)生產(chǎn)和工藝要求對其參數(shù)進行調(diào)整，達到節(jié)能、保護設(shè)備和無人值守的目的。

關(guān)鍵詞：污水處理；自動控制；PID調(diào)節(jié)；無人值守

中圖分類號：TP272；X703 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0054-01

1 工藝現(xiàn)狀

自動化控制系統(tǒng)在我國起步較晚，20世紀90年代以后，自動化控制系統(tǒng)才進入污水處理行業(yè)，控制系統(tǒng)多是從國外直接購買，很少采用國產(chǎn)控制系統(tǒng)，最近幾年才有少量國產(chǎn)控制系統(tǒng)應(yīng)用于污水行業(yè)。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，自動化控制系統(tǒng)在污水行業(yè)的應(yīng)用越來越多，而且取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，大大降低了污水處理的人工勞動強度，提高了工作效率。與國外自動化程度相比，國內(nèi)還處于落后狀態(tài)，主要表現(xiàn)在技術(shù)不成熟、應(yīng)用水平偏低、整體故障率較高等方面。

還有部分污水處理廠不能實現(xiàn)真正的自動化控制，尤其是縣級及以下污水處理廠根本沒有自動化控制系統(tǒng)，所有生產(chǎn)運行參數(shù)生產(chǎn)人員不能實時了解，對現(xiàn)場設(shè)備不能及時控制，不能對設(shè)備的運行狀態(tài)一目了然。如今形勢下，污水處理行業(yè)對于自動化產(chǎn)品提出了更高的指標來滿足日處理水量和出水級別的要求。這就要求自動化產(chǎn)品要有過硬的質(zhì)量，能夠使產(chǎn)品長時間高效穩(wěn)定運行，以保證污水處理廠能夠穩(wěn)定高效運行。在節(jié)能減排的新形勢下，污水處理對于自動化程度、工藝工資提出了更高的要求。這就要求自動化控制系統(tǒng)不僅要有良好的質(zhì)量，還要兼?zhèn)涓鼑乐數(shù)目刂扑枷?，更合理的控制回路，更先進的控制設(shè)備，才能夠更好地加強控制系統(tǒng)的可靠性，提高運行效率，為達到更嚴格的水質(zhì)要求提供保證。

2 剩余污泥自動排泥控制

本方案能通過設(shè)置控制參數(shù)，實現(xiàn)工藝要求的自動排泥，使剩余污泥在一天的各個時間段均勻排出，同時也保護了設(shè)備，做到了不頻繁啟泵，達到了設(shè)備保護的要求，滿足了工藝對設(shè)備啟停的要求，還可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)省人力，物力。

具體參數(shù)如下：V為日排泥量，n為每小時排泥次數(shù)，F(xiàn)為排泥泵量程，V1為每小時排泥量，V2為每次排泥量，T為排一次泥時間，T1為每次排泥泵運行時間，T2為排泥間隔時間

則：如果日排泥量為480 m3，每小時排兩次泥，泵流量為50 m3/h（此參數(shù)由泵參數(shù)定，固定不變），排泥泵每停18 min，運行12 min，運行條件是排泥泵在遠程自動狀態(tài)。具體啟動那一臺泵，由PLC自動判斷啟泵條件，達到運行條件且累計運行時間最短。日排泥量和間隔時間可調(diào)，可根據(jù)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)需要調(diào)整這兩個參數(shù)。

這樣既可以把剩余污泥均勻分布到一天的各個時間段，做到均勻排泥，也可以保護電機，不頻繁啟動，有效保護電機，還可以實現(xiàn)無人值守。

3 深度提升泵的自動控制

深度提升泵有功率大，水量大，耗電量大，不能頻繁啟動的特點，另外提升泵房的蓄水量有限，以至于提升泵房液位波動較大，不及時開泵停泵會出現(xiàn)泵房抽干或者水倒流現(xiàn)象。

提升泵功率較大，又不能頻繁啟停，為了滿足工藝要求，只能增加泵的數(shù)量，造成資源浪費?，F(xiàn)在我們在某污水處理廠采用3臺軟起，1臺變頻泵，1臺液位計控制提升泵房液位，變頻泵和液位計組成一個PID回路，由變頻泵實現(xiàn)了提升泵房液位控制，可以使液位長時間穩(wěn)定在設(shè)定液位處，避免了頻繁開啟和停泵，不僅保護設(shè)備，而且節(jié)約能源，還實現(xiàn)了無人值守。PID回路控制的關(guān)鍵就是設(shè)定比例、積分、微分三個參數(shù)。

PID參數(shù)的設(shè)定就是選擇合理的PID三個參數(shù)。從整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性能、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等多個方面調(diào)整三個參數(shù)，三參數(shù)的作用如下：

①P代表比例增益，主要作用是加快回路的響應(yīng)速度，提高回路的調(diào)節(jié)精度。比例增益越大，回路的相應(yīng)時間越小，相應(yīng)速度就越快，調(diào)節(jié)精度就越高。并不是越大越好，比例增益太大容易產(chǎn)生超調(diào)，回路的穩(wěn)定性就會變差，甚至導(dǎo)致回路不穩(wěn)定。比例增益太小，響應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)精度低，調(diào)節(jié)時間變長，使整個回路的動靜態(tài)性能變差。

②I代表積分時間，積分時間最主要功能就是消除回路的穩(wěn)態(tài)誤差。積分時間越長，穩(wěn)態(tài)誤差消除的就越快，但也不能太大，否則在響應(yīng)過程中會產(chǎn)生積分飽和的現(xiàn)象。若積分時間過小，穩(wěn)態(tài)誤差很難消除，影響回路的調(diào)節(jié)精度。

③D代表微分時間，主要作用是改善回路的動態(tài)性能，在響應(yīng)過程中抑制偏差變化，提前預(yù)報偏差變化。但微分時間不能過大，過大會使過程提前制動，延長回路的調(diào)節(jié)時間，會降低回路的抗干擾性能。

總之PID參數(shù)的整定必須考慮在不同時刻三個參數(shù)的作用以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系。

變頻泵啟用前后，液位計曲線的鮮明對比，變頻泵沒有啟用前，利用液位控制軟起泵啟停，從波形不難看出，液位變化明顯，波動較大，泵也在頻繁啟動。當啟用變頻泵后，液位基本上一直維持在設(shè)定的4 m液位之處，不僅保護了設(shè)備，還節(jié)省了能源。

4 結(jié) 語

自動化控制系統(tǒng)給污水處理帶來了巨大的社會效益，但運行成本升高，經(jīng)濟效益變差。所以，自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了污水處理工藝的半自動、全自動監(jiān)控，提高了技術(shù)管理水平。合理使用和配置自控設(shè)備，具有非常重要的意義。實踐證明，污水處理的控制系統(tǒng)方案是可行的，采用以太網(wǎng)和無線通訊技術(shù)，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)現(xiàn)場層、控制層、管理層和環(huán)保部門之間的信息傳遞，解決了污水處理各工段地理分布較遠，難以實現(xiàn)集中管理的問題，同時還節(jié)約了成本、提高了效率、節(jié)剩了能源，具有很強的實用性。

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