PLC自動控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用

唐海波

【摘 要】本文針對當(dāng)前的生活污水處理問題，分析污水處理工藝流程，提出將 PLC 自動控制系統(tǒng)運用于污水處理，主要從 PLC 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計、功能及控制系統(tǒng)等方面進行闡述，以期確保污水處理效果的同時有效降低污水處理的成本。

【關(guān)鍵詞】PLC 自動控制系統(tǒng) 污水處理 應(yīng)用

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）07B-0032-02

不斷發(fā)展的工業(yè)經(jīng)濟，不斷增加的人口數(shù)量，帶來了越來越多的工業(yè)、生活污水，這已經(jīng)成為不容忽視的環(huán)境問題。環(huán)保問題是當(dāng)前社會的關(guān)注焦點，而工業(yè)、生活污水的無害化處理是環(huán)保問題中的關(guān)鍵問題之一。隨著技術(shù)的發(fā)展和污水處理自動化要求的不斷提高，采用先進的自動化控制技術(shù)和設(shè)備高效實時監(jiān)控污水處理過程成為必然選擇。在污水廠處理污水的過程中實現(xiàn)自動化控制，可以有效提升污水處理的效率，降低處理成本，增加污水處理過程的可靠性和穩(wěn)定性。在處理污水時，需要實時采集、處理數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)，且污水處理系統(tǒng)各個子系統(tǒng)地點分散，由管道相連。因此，實現(xiàn)污水處理自動化的第一選擇是采用 PLC 自動控制系統(tǒng)。PLC 是一種可以編寫程序的控制器，PLC 可以進行定時、邏輯運算、基本算數(shù)等操作，其可編程的特點使得人們可以通過編寫指令實現(xiàn)控制設(shè)備和生產(chǎn)過程的目的。在污水處理過程中，上位工控機、PLC、電控機構(gòu)成污水控制系統(tǒng)的核心。

一、污水處理工藝流程概述

當(dāng)前的污水處理使用的工藝通常為 A2/O 工藝，其有一套相對固定的工藝流程，主要包括預(yù)處理、水解酸化、生物池反應(yīng)、中間提升、絮凝沉淀、過濾消毒、污泥脫水等環(huán)節(jié)。A2/O 工藝是在以往的 A/0 工藝的基礎(chǔ)上改進而來的，在去除氮的同時去掉大部分磷是 A2/O 工藝的最大優(yōu)點。在預(yù)處理環(huán)節(jié)，首先通過粗格柵去掉污水中較大的雜物，然后通過進水提升泵提升污水水位至預(yù)處理池，經(jīng)過細格柵進一步過濾，再通過旋流沉砂池進行提砂、吹砂以及離心機排沙。經(jīng)過預(yù)處理的污水在水解酸化池中通過相應(yīng)化學(xué)試劑作用分解掉其中顆粒較大的有機物，少數(shù)被完全分解，多數(shù)被分解成可以被生物細菌分解的小顆粒有機物，之后污水在生物反應(yīng)池中進行進一步處理，經(jīng)過厭氧、缺氧、好氧三個部分的處理，厭氧處理的作用是磷的釋放并氨化部分有機物；缺氧處理的目的是脫去污水中的氮，而好氧處理的作用是去掉污水中的 BOD、硝化和吸收磷。此時污水經(jīng)過二沉池分離出其中的污泥，一部分污泥回送至生化池的厭氧區(qū)，一部分進行脫水壓縮處理。經(jīng)過砂濾池過濾、再經(jīng)過消毒池殺菌，最后經(jīng)由巴氏計量槽計量排出。

二、PLC 自動控制系統(tǒng)設(shè)計

在實際的污水處理中，要根據(jù)實際情況設(shè)計 PLC 自動控制系統(tǒng)。通常來說，污水處理自動控制系統(tǒng)由中央控制室站以及配電間、預(yù)處理、污泥脫水間、加藥間、濾池操作間的 PLC 控制站組成。PLC 控制站通過以太網(wǎng)通訊方式連接，每套 PLC 主站配備可編程操作員終端一臺，各 PLC 控制站以及自帶 PLC 通信接口的外來設(shè)備通過以太網(wǎng)和中央控制站相連，以確保信息傳輸接收的穩(wěn)定性。其中，配電間 PLC 控制站負責(zé)監(jiān)控氧化溝、回流污泥泵房、生物反應(yīng)池、鼓風(fēng)機房、二沉池等設(shè)備。預(yù)處理 PLC 控制站負責(zé)監(jiān)控預(yù)處理環(huán)節(jié)的進水泵房、格柵、旋流沉砂池等設(shè)備。污泥脫水間 PLC 控制站負責(zé)監(jiān)控污泥脫水、泥餅制作等設(shè)備。加藥間 PLC 控制站負責(zé)監(jiān)控 CLO2 發(fā)生器、PAC 絮凝劑配置、投藥泵等設(shè)備。濾池操作間 PLC 控制站負責(zé)監(jiān)控活性砂濾池、反沖洗、絮凝沉淀池、出水檢測、計量等相關(guān)設(shè)備的運行。通常上位機組態(tài)軟件由中央控制室的操作員站負責(zé)操控，以便遠程監(jiān)控污水處理設(shè)備，工程師站負責(zé) PLC 的程序編寫開發(fā)，以便實現(xiàn)遠程調(diào)試和診斷。在實際的污水處理過程中，各個 PLC 控制站與上位監(jiān)控計算機一般都是相互獨立的，PLC 控制站可以脫離上位監(jiān)控計算機獨立運行，從而顯著增強污水處理過程的安全性。在中央控制室通常配備了投影機，可以實時監(jiān)控污水處理工藝流程。通常來說，污水處理中的 PLC 自動控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該滿足這幾點要求：①需要考慮現(xiàn)場設(shè)備、儀表的安裝操作，構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)整體框架；②應(yīng)該采用集散型自動控制方法，即集中管理、分散控制；③應(yīng)采用遵循 EtherNet/IP 協(xié)議的計算機控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中央控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及其周邊系統(tǒng)；④采用本地、現(xiàn)場、中央三層控制模式監(jiān)控設(shè)備運作，現(xiàn)場 PLC 控制站應(yīng)該配備互動良好的人機界面，如觸摸屏等；⑤在所有污水處理環(huán)節(jié)安裝 PLC 控制站，采用 EtherNet/IP 以太網(wǎng)連接各控制站與中央各站點以及各控制站。

三、污水處理 PLC 自控系統(tǒng)功能

（一）功能。其一，能夠?qū)崟r監(jiān)測污水處理各個環(huán)節(jié)各個設(shè)備的各項參數(shù)，如流量、液位、酸堿度、溶解氧濃度、工作電流電壓、功率因數(shù)、有功功率和無功功率等。PLC 控制站采集各項參數(shù)，進行相應(yīng)處理并存儲或呈現(xiàn)，同時實時監(jiān)控污水處理關(guān)鍵環(huán)節(jié)各個設(shè)備的運行情況，如運行、停止的次數(shù)及運行時間，給出設(shè)備運行狀態(tài)報表，方便人們參考報表了解設(shè)備運行狀態(tài)，合理安排設(shè)備檢修時間。其二，可實現(xiàn)現(xiàn)場污水處理設(shè)備的自動化控制，如格柵機、鼓風(fēng)機、提升泵、閥門等；可在中央控制室集中管理污水處理設(shè)備和儀表。其三，采用中文人機交互界面的上位機可以將污水處理過程中的各項參數(shù)的變化趨勢用圖形直觀呈現(xiàn)。其四，可全程監(jiān)視污水處理各環(huán)節(jié)、各工藝單元的運行情況，實現(xiàn)對單個設(shè)備的獨立操作，并生成運行報表。其五，可以對設(shè)備故障進行自動報警，并自動分析報警數(shù)據(jù)、追溯故障源頭，可以自動記錄系統(tǒng)或某個設(shè)備發(fā)生故障前后的信息。在污水處理過程中如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，PLC 自動控制系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)故障，將故障反饋的相關(guān)信息傳輸至中央控制室，便于操作人員能第一時間發(fā)現(xiàn)故障，掌握故障的發(fā)生情況，并根據(jù)反饋的信息采取有效的故障排除措施，做好應(yīng)急準(zhǔn)備。

（二）控制模式。污水處理 PLC 自動控制系統(tǒng)通常由手動、半自動、全自動三種模式控制。手動控制模式下，需要操作人員操作現(xiàn)場控制箱上的按鈕來控制設(shè)備的啟動、停止，該模式主要用于單機的檢修、調(diào)試等非正常運轉(zhuǎn)情況下。半自動控制模式下，需要人為操作控制面板來遠程控制現(xiàn)場的污水處理設(shè)備，具體來說，是由操作人員發(fā)出控制指令，使被控設(shè)備按照既定程序進行運作，操作人員只需關(guān)注設(shè)備狀態(tài)，確定設(shè)備是否運作正常。按照人是否在受控現(xiàn)場，半自動控制可分為遠程控制、現(xiàn)場控制兩種。全自動控制模式下，操作人員通過對被控設(shè)備或工藝流程設(shè)定參數(shù)、給出指令，使污水處理系統(tǒng)按照既定程序自動運行，這時，操作人員只需關(guān)注污水處理系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如粗格柵機、泵房機組、BAF 生化處理池的自動控制。與半自動控制模式相似，按照人員是否在現(xiàn)場，可以將全自動控制方式分為：遠程全自動控制，即由中央控制室操作員站進行遠程控制；現(xiàn)場全自動控制，即通過 PLC 控制站的人機交互界面實現(xiàn)全自動控制。上述三種控制模式的控制級別由低到高排序為自動控制、半自動控制、手動控制。

隨著社會大眾環(huán)保意識的不斷提升，水資源的循環(huán)利用已經(jīng)成為當(dāng)下的熱門問題。就目前的情況來看，我國水資源短缺的問題依然嚴(yán)峻，水污染問題比較嚴(yán)重。特別是在工業(yè)相對發(fā)達的地區(qū)，水資源的污染問題更加嚴(yán)重，做好污水處理迫在眉睫。在這樣的形勢下，運用 PLC 自動控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)污水處理過程中各項參數(shù)、信號的采集、分析、處理和儲存，操作人員可以借助 PLC 自動控制系統(tǒng)實時全程監(jiān)控污水處理過程；同時，PLC 自動控制系統(tǒng)可以為日后污水處理提供數(shù)據(jù)支撐，為我國水資源以及環(huán)境問題做出應(yīng)有的貢獻。

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（責(zé)編 羅汝君）