基于PLC的污水處理自動控制系統(tǒng)研究

李東豪

摘要：隨著社會進步，經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展，生活水平不斷提高，環(huán)境問題已經(jīng)成為了一個嚴重的問題，其中污水處理的問題已經(jīng)迫在眉睫，急需要去解決。然而大部分污水處理廠的控制通常是傳統(tǒng)的儀表控制，主要是人工控制，很少一部分是半自動、半手動控制方法，數(shù)據(jù)也不能及時的得到并處理。這樣使得大部分污水處理廠的運行成本高，經(jīng)濟收益比較低，而且控制系統(tǒng)落后等一系列問題。因此，實現(xiàn)污水處理廠的自動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為污水處理廠安全、穩(wěn)定、長周期和優(yōu)化運行的重要保證，而研究污水處理過程自動控制系統(tǒng)的功能、架構(gòu)與實施方法具有重要的實用意義。本文運用PLC控制技術(shù)就污水處理廠從污水進入到凈化完成的工藝流程及自動控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。

關(guān)鍵詞：污水處理；自動控制系統(tǒng)；PLC；設(shè)計

1引言

由于改革的深入，社會進程的加快，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高。人們對于自己所生活的環(huán)境也提出了更高的要求，伴隨著社會的發(fā)展環(huán)境污染問題也越來越嚴重，尤其是水資源的污染給人們的身體帶來了危害，所以污水的處理工作就變成了社會的重大工作。然而污水處理的技術(shù)還處于比較低的程度，污水處理廠的手動控制和半自動化控制嚴重影響了污水的處理效率，所以人們希望設(shè)計一種可以實現(xiàn)自動化控制的系統(tǒng)。自控系統(tǒng)的設(shè)計可以實現(xiàn)污水廠的全自動控制，便于對水質(zhì)質(zhì)量的時刻檢測，對污水廠污水處理的效率有了很大的提升，而且節(jié)約能源、降低投資，順應(yīng)世界污水廠的發(fā)展趨勢。

1.1目的和意義

淡水匱乏是世界上多數(shù)國家面臨的問題，其中我國面臨的問題更加嚴峻，所以解決水資源短缺問題刻不容緩。然而工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)對水造成了嚴重的污染，污水帶給了人們嚴重的危害所以解決污水問題就尤為重要。污水的處理不僅可以解決水資源的短缺問題還可以凈化環(huán)境。然而國內(nèi)的污水處理廠都采用半自動半手動的處理方式這就使得污水處理工作效率低，凈化不完全嚴重制約著社會的發(fā)展。所以實現(xiàn)污水廠的自動控制系統(tǒng)就變的尤為重要。污水廠自動控制系統(tǒng)設(shè)計不僅能實現(xiàn)全自動化，提高處理廠的工作效率，還可以時刻檢測水質(zhì)質(zhì)量，根據(jù)相應(yīng)的情況作出對應(yīng)的操作。

1.2研究現(xiàn)狀

國外的西方資本主義國家由于經(jīng)濟比較發(fā)達，科技水平比較高，所以在環(huán)境保護方面比其他國家做得早而且得到了很好的效果。尤其在污水處理方面他們已經(jīng)實現(xiàn)了污水處理廠的自動控制系統(tǒng)，大大的解放了勞動生產(chǎn)力而且效率得到了大幅提升。近些年來，在國家環(huán)保政策的影響下，污水處理廠在我國污水處理工作取得了一定進展，但在實際工作中存在不同層次的問題。尤其在污水處理的自動化控制水平上，信息自動化還沒有完全實現(xiàn)。在污水處理工作中，也采用人工與自動控制相結(jié)合，還需要引進一些污水處理設(shè)備。同時，對于一些較小的污水處理廠，由于污水處理工作的有關(guān)管理人員不重視，在這方面缺乏資金，導致污水處理技術(shù)跟不上，相關(guān)設(shè)施不完善，并被不同時節(jié)影響，導致污水處理不能及時進行，由于使用國內(nèi)的離線儀表導致污水處理的結(jié)果也不是很好，對于污水的自動控制系統(tǒng)還沒有很深刻的了解。

2污水廠自控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式

污水廠自動控制系統(tǒng)有兩種方式：一是數(shù)據(jù)監(jiān)控采集方式，二是全廠自動控制方式，該方式數(shù)據(jù)采集及控制功能均可實現(xiàn)，組態(tài)靈活，是現(xiàn)階段污水廠自動控制系統(tǒng)常用的方式。

2.2 PLC工作子站

PLC為了更好和更穩(wěn)定的工作，軟、硬件方面都做了一些調(diào)整，使其具有更高的可靠性、穩(wěn)定性?，F(xiàn)在產(chǎn)品的優(yōu)點：

（1）處理速度顯著提高。

（2）CPU的資源裕量顯著增加。

（3）CPU 通信性能顯著增強。

（4）硬件冗余CPU同步速率更快。

（5）兼容性強。

PLC工作站的功能如下：

（1）進水泵房PLC工作站

查看格柵變化的水面高度及機器的工作狀況。手動/自動控制設(shè)備的運行，依據(jù)泵的運行時間，自動開啟水泵機組。

（2）污泥泵房PLC工作站

查看污泥泵房各機器的工作狀況，按照規(guī)定標準值智能運行設(shè)備機組。

（3）脫水車間PLC工作站

查看脫水車間各機器的狀況、污泥池液面高度和參數(shù)。

（4）變電站PLC工作站

對變電站中輸入線路和各配電線路狀況的查看。

3污水廠自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

自控系統(tǒng)軟件設(shè)計分為自動控制和下位機PLC程序設(shè)計兩部分。

3.1 自動控制方式

自動控制方式有：現(xiàn)場手動控制、工作站PLC控制和中央控制室控制。

3.2 PLC 程序設(shè)計

PLC程序設(shè)計有隔柵間控制、進水泵房控制、沉砂池A/O池控制、二沉池消毒池控制及脫水車間控制。

3.2.1 格柵間控制

格柵間對粗、細格柵機組進行控制，在計算機上規(guī)定液位和定時條件進行控制，使用液位控制是通過檢測格柵的水位差來進行格柵機的起停，把水位差與在計算機設(shè)置的水位進行比較，當結(jié)果是大于上限時計算機給PLC一條啟動的指令，則對應(yīng)的格柵機組運行；當結(jié)果低于規(guī)定的下限時，PLC控制格柵機組停止運行。使用定時控制時，格柵機組按照規(guī)定時間自動啟動。

3.2.2 A/O 池與二沉池控制

A/O、二沉池控制對象：鼓風量控制、污泥回流量控制。

對鼓風量的控制就是對進風調(diào)節(jié)閘和曝氣機的控制。根據(jù)A/O池中DO，進行閥門大小的調(diào)整和控制曝氣機的開停臺數(shù)，控制水中的含氧量。

工藝的運行狀態(tài)可以通過回流污泥量來控制。計算機將收集到的進水流量和污泥的回流量進行計算，計算機依據(jù)規(guī)定的回流比處理后輸出一個信息給PLC，PLC將信息傳給變頻器，使回流比接近設(shè)定值，從而實現(xiàn)自動控制。

3.2.3脫水車間控制

進料系統(tǒng)：當污泥池液位超出預定標準后，污泥泵運行。當污泥池超出預定標準后，污泥泵停止運行。

加藥系統(tǒng)：每臺加藥泵都有與一臺污泥泵相關(guān)聯(lián)，每當污泥泵的運行/停止，系統(tǒng)會讓關(guān)聯(lián)的加藥泵自動運行/停止。加藥泵提取凝劑溶液供給預脫水機。加藥泵依據(jù)污泥泵流量的多少，自動分配加藥量。

預脫水系統(tǒng)：每臺預脫水機都有一臺污泥泵相關(guān)聯(lián)，每當污泥泵的運行/停止，系統(tǒng)會讓關(guān)聯(lián)的預脫水機自動運行/停止。

脫水系統(tǒng)：當污泥池液位超出預定標準后，污泥泵運行。當剩余污泥池超出預定標準后，污泥泵停止運行。隨著污泥泵的運行/停止，污泥泵系統(tǒng)也會控制離心機和帶式傳送機自動運行/停止。

4運行結(jié)果

污水處理廠的自動控制系統(tǒng)設(shè)計完成以后，就此設(shè)計建成工廠以后，我們要對工廠設(shè)計的可行性進行檢測。檢測污水處理廠是否符合地方規(guī)定的污水出水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備、儀表、程序、工藝等方面的不足之處。

該污水處理廠建成運作以后污水處理廠的污水從進水到出水基本實現(xiàn)自動控制，不再需要人工的手動操作，大大提高了污水處理效率，通過對出水水質(zhì)成分的檢測可以說明經(jīng)過自動化設(shè)計的污水廠，污水處理后可以滿足當?shù)匾?guī)定的污水排放標準。

5結(jié) 論

本文通過對污水處理工藝的詳細介紹，就污水處理廠自動控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了詳細的說明，接著對自動控制系統(tǒng)的硬件和軟件進行了設(shè)計說明，實踐證明，本文所設(shè)計的污水處理廠自動控制系統(tǒng)作為污水處理廠的模范，對大多污水處理廠都有指導意義。但是在設(shè)計和生產(chǎn)中還有很多不足，本設(shè)計在一些其他的方面還沒有提及，存在一些問題。自動控制系統(tǒng)理論在污水處理行業(yè)的應(yīng)用是社會的發(fā)展趨勢，自動控制理論等諸多方面不斷完善，讓我們可以更加容易的應(yīng)用這些成果，提高工作效率，降低建設(shè)及運行費用。

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（作者單位：上海城投（水務(wù)）集團有限公司制水分公司）