基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計探討

鄧富文

摘 要：隨著我國經(jīng)濟和社會的飛速發(fā)展，對環(huán)境保護(hù)工作提出了新的要求，生活污水處理作為其中重要的一環(huán)，需要對傳統(tǒng)的手工控制過程進(jìn)行有效改善，從而提高污水處理質(zhì)量，提升工作效率?；诖耍琍LC控制技術(shù)的引入，可以有效解決這一問題。因此，文章結(jié)合作者的實踐工作經(jīng)驗，對基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計和開發(fā)。

關(guān)鍵詞：PLC控制；生活污水處理；控制系統(tǒng)；開發(fā)；上位機；下位機

引言

近幾年，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展的同時也帶來了環(huán)境保護(hù)的巨大挑戰(zhàn)，而在環(huán)境保護(hù)中生活污水處理又是重要的一環(huán)。隨著當(dāng)前城市化進(jìn)程的加快，生活污水處理的需求也在逐年增加，而伴隨著計算機技術(shù)和污水處理工程的發(fā)展，對生活污水處理的自動化程度也在不斷提高。當(dāng)前，采用先進(jìn)的計算機控制技術(shù)對生活污水處理過程進(jìn)行實時監(jiān)控非常有必要。在生活污水的處理過程中，存在著非線性、多變量等突出問題，在傳統(tǒng)的生活污水處理控制過程中，采用手動對常規(guī)的儀表進(jìn)行控制是比較常見的現(xiàn)象，在人工的控制過程中，主觀經(jīng)驗和知識占了絕對的比例。通過手工控制的生活污水處理質(zhì)量顯然是不穩(wěn)定的，而且勞動效率很低，信息分散。根據(jù)實踐發(fā)現(xiàn)，采用先進(jìn)的控制技術(shù)對生活污水進(jìn)行處理，可以有效提升生活污水的處理質(zhì)量，降低污水處理的成本?；诖耍恼略诜治隽松钗鬯幚硐到y(tǒng)和PLC控制關(guān)鍵技術(shù)基本理論的基礎(chǔ)上，對基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)的詳細(xì)開發(fā)進(jìn)行了探討。

1 基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 生活污水處理系統(tǒng)概述

人們進(jìn)行生產(chǎn)和生活的過程中，水是不可或缺的，經(jīng)過人類的活動影響，物理和化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生著變化從而形成了污水。對于生活污水來說，其實人們在正常的生活過程中，被生活廢料所污染過的水，主要包括廚房和衛(wèi)生間的廢水。在生活污水中，存在著泥沙、紙屑、食物殘渣、糞便等無機物和有機物成分。其和工業(yè)污水相比，污染的程度較低。當(dāng)前通常采用的生活污水處理工藝主要由格柵間、隔油沉淀池、調(diào)節(jié)池、事故池、A/O池、鼓風(fēng)機房、二次沉淀池、混凝反應(yīng)池、混凝沉淀池、綜合工房、綜合泵房這幾個環(huán)節(jié)組成，相應(yīng)的示意圖如圖1所示：

1.2 PLC概述

PLC是可編程序控制器的英文簡稱，其設(shè)計之初的理念便是用于工業(yè)現(xiàn)場，PLC采用著和計算機類似的基本結(jié)構(gòu)，主要由中央處理器（CPU）、編程器、I/O模塊以及電源等部分組成。在生活污水的處理的過程中明顯帶有單向運行的特征，開關(guān)量和模擬量是兩種常見的控制方式。針對不同的現(xiàn)場信號，如交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流等，有相應(yīng)的I/O模塊與現(xiàn)場設(shè)備，如按鈕、行程開關(guān)、傳感器和控制閥等直接連接。在當(dāng)前很多的應(yīng)用現(xiàn)場，都是采用開發(fā)友好的人機界面（HMI）進(jìn)行有效的人-機對話接口模塊的方式來提升操作的性能。

2 基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)的具體設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計基礎(chǔ)為PLC以及工業(yè)控制計算機。長期的實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，PLC在穩(wěn)定性、可靠性以及抗干擾的能力方面是非常強，尤其在現(xiàn)場控制的場合中。但是PLC也有它的不足之處，便是它沒有一個良好的人機交互界面，而對于工業(yè)控制計算機來說，雖然其靈活性和方便性是很好的，但是缺乏必要的抗干擾能力。因此，文章對基于PLC控制的生活污水處理控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計上采用的上位機、下位機結(jié)合的主從式的結(jié)構(gòu)，將上位機和下位機有機的開發(fā)有機地結(jié)合在一起，綜合了PLC和工業(yè)控制計算機的共同優(yōu)點。文章設(shè)計的控制系統(tǒng)總圖如圖2所示：

2.2 主控PLC

主控PLC是和生活污水處理設(shè)備直接相連的，一般采用主從兩個PLC的結(jié)構(gòu)，一主一備。采用這種硬件冗余的結(jié)構(gòu)，可以保證主PLC在出現(xiàn)故障的時候，不影響整個系統(tǒng)的處理過程。主控PLC主要完成生活污水處理底層設(shè)備現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集和分站控制、狀態(tài)判別、本地報警以及控制等。

2.3 上位機組態(tài)

HMI也即是人機界面，其是組態(tài)之后在工業(yè)控制計算機上實時顯示的監(jiān)控畫面，其是采用組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)的。在人機界面中，可以完成對整個生活污水處理系統(tǒng)用戶權(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置、處理模式的管理、故障、事件和報警的記錄和實時顯示，還可以完成報表的統(tǒng)計功能。在HMI的設(shè)計開發(fā)中，要本著操作畫面友好、風(fēng)格統(tǒng)一、層次明確等原則進(jìn)行。在上位機中，其和打印機等設(shè)備直接相連，必要時，可以對實時或者歷史信息進(jìn)行相應(yīng)格式的打印輸出等。

在本系統(tǒng)的開發(fā)中，采用的WinCC組態(tài)軟件，作為微軟和西門子聯(lián)合開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是當(dāng)前最常用的三大SCADA之一。與所有SCADA系統(tǒng)一樣，WinCC是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等功能，比較適合在生活污水處理系統(tǒng)的場合中應(yīng)用。

2.4 上位機與下位機的通信

在分別設(shè)置好主控PLC以及上位機的組態(tài)后，如何實現(xiàn)二者的有效數(shù)據(jù)交換則是非常重要的工作。在當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的工業(yè)現(xiàn)場中，常采用的是串口通信以及I/O卡兩種實現(xiàn)方法。在這兩種方法中，串口通信對于數(shù)據(jù)的實時性和可靠性略勝一籌，比較適合在生活污水處理的這一場合中使用。因此，基于這種原因，本系統(tǒng)在設(shè)計時選擇了RS232通信接口來作為上位機與下位機的數(shù)據(jù)交換媒介。

3 結(jié)束語

綜上所述，采用現(xiàn)代先進(jìn)的PLC控制和工業(yè)控制計算機技術(shù)對生活污水的處理過程進(jìn)行監(jiān)控，相比傳統(tǒng)的手工控制常規(guī)儀表的方法，有著一系列明顯的優(yōu)勢。其不僅提高了污水處理質(zhì)量、而且提高了工作效率，降低了勞動量。因此，作者認(rèn)為，由PLC與工業(yè)控制計算機組成生活污水處理實時監(jiān)控系統(tǒng)操作簡單、易于維護(hù)，值得在當(dāng)前生活污水處理系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

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