工業(yè)污水處理PLC 控制系統(tǒng)分析

徐 燚 邵亞丹

（杭州誠潔環(huán)保有限公司，浙江 杭州311228）

PLC 就是所謂的可編程控制器，這種控制器擁有完善的功能，將其應用于工業(yè)控制之中，可以取得良好的應用效果。工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，導致污水排放量不斷增加，如何提升污水處理質(zhì)量和效率，受到了國家和人民群眾的高度重視，但傳統(tǒng)污水處理方式在多種因素的影響下，很難發(fā)揮作用，故要求污水處理廠應用先進的設備，對污水處理系統(tǒng)進行改造，以強化污水處理的效果。

1 污水控制系統(tǒng)優(yōu)化案例

1.1 案例分析

某印染公司屬于國內(nèi)大型印染企業(yè)，早在建國初期就已存在，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其產(chǎn)品種類愈加完善，在國內(nèi)外均享有非常高的知名度。印染行業(yè)是工業(yè)體系的重要一環(huán)，能夠促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但其在生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的污水，而污水處理需要付出大量的成本，不利于企業(yè)的發(fā)展，尤其是在市場競爭日益激烈的今天，如果印染公司無法控制污水處理成本，甚至會出現(xiàn)生存危機。有鑒于此，公司積極響應政府部門的號召，決定應用PLC 對傳統(tǒng)污水處理控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，以提升污水處理效率和質(zhì)量，從而實現(xiàn)對污水處理成本的有效控制。

1.2 污水控制系統(tǒng)優(yōu)化

印刷公司舊有的污水控制系統(tǒng)存在多個單元，簡言之，每個生產(chǎn)車間都設有污水控制室。同時，控制室還內(nèi)置控制箱，其作用為啟動和關(guān)閉電機。但這種污水控制系統(tǒng)的缺點極為明顯，結(jié)構(gòu)較為復雜和冗余、控制分散以及占地面積廣。這些缺點的存在，導致印刷廠污水處理成本大幅度上升，并且在控制方式上也稍顯落后，尚未實現(xiàn)自動化控制，與政府部門的要求不符。故應用PLC對系統(tǒng)進行優(yōu)化，成為了解決問題的有效途徑。在優(yōu)化之后，現(xiàn)場總線可以將過去分散的控制信號按照統(tǒng)一的協(xié)議傳輸?shù)街醒肟刂剖抑校瑢崿F(xiàn)了分散控制向集中控制的轉(zhuǎn)變，從而使污水處理效率和質(zhì)量大幅度上升，有利于控制污水處理成本，并促進企業(yè)的發(fā)展。

2 污水處理的工藝流程

優(yōu)化后的污水處理控制系統(tǒng)，擁有三級污水處理工藝流程，如下所述：（1）一級處理工藝流程：首先企業(yè)會將污水排放到集水池中，在經(jīng)過粗格柵、提升泵、細格柵、調(diào)節(jié)池和沉沙池的簡單過濾和處理后，使污水內(nèi)部的懸浮有機物脫離，完成對污水的預處理[1]。（2）二級處理工藝流程：二級污水處理工藝主要是指生物處理工藝，通過培養(yǎng)微生物，利用微生物分解污水中的有機物，在經(jīng)過一系列的處理后，部分有機物會被微生物同化，轉(zhuǎn)化為活性污泥；另一部分有機物會變?yōu)檠鯕夂投趸懦觥Ｎ鬯畷谘趸?、厭氧池流動一段時間，通過這種方式，降低氮含量。并且污水在氧化池中，還會被微生物所分解，有助于促進微生物的繁殖，污水處理效果也會因此而提升。（3）三級處理工藝流程。三級污水處理工藝是指污泥消化處理，通過板框壓濾機的使用，對活性污泥做脫水處理。處理后的污泥，其含水率會大幅度下降，然后將其運輸磚廠，成為建筑用磚的原材料，真正實現(xiàn)了無公害處理和廢物二次利用。在這個工藝流程中，控制系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，使污水處理設備運行的穩(wěn)定性得到了保證。

3 工業(yè)污水處理PLC 控制系統(tǒng)硬件設計和結(jié)構(gòu)

通過上述分析可知，企業(yè)污水控制系統(tǒng)擁有多道污水處理控制工序，因此，對PLC 控制器的要求十分嚴格，由于本控制系統(tǒng)擁有多個輸出點，且較為復雜，因此，保證硬件系統(tǒng)的設計效果尤為關(guān)鍵。

3.1PLC 通信設計。PLC 控制器可以分為多個部分，主要包括上層管路和下層管理。按照應用范圍，則可以分為車間控制和設備控制。為提升控制效果，本系統(tǒng)選擇PLC 通信為S7-300，究其原因，主要是這種控制器，與工業(yè)通信和網(wǎng)絡配置的要求相符，且能夠滿足多種通信協(xié)議的需求，故將其應用于污水控制系統(tǒng)之中，可以取得良好的效果。

3.2硬件設計。將企業(yè)污水控制系統(tǒng)設計作為依據(jù)，以滿足系統(tǒng)需求為出發(fā)點，為系統(tǒng)設計一套高質(zhì)量且技術(shù)先進的PLC控制系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，有利于提升污水處理的效率和質(zhì)量。硬件設計如下所述：

3.2.1設計控制器。將污水處理工藝流程作為依據(jù)，對系統(tǒng)控制要求加以明確，并在此基礎上，獲得I/O 點數(shù)，并完成PLC 的選擇，目前，常用的PLC 形式有兩種，分別為結(jié)構(gòu)式和整體式。在PLC 的I/O 點分配完成后進行圖紙設計，同時分配輸出地址，最后設計與之相匹配的程序[2]。

本文所設計的PLC 控制系統(tǒng)，所采用的控制器為S7-300，究其原因，主要是這種控制器的邏輯指令和功能質(zhì)量較為完整，控制器的應用范圍也隨之擴大，這一優(yōu)勢在編程時得到了體現(xiàn)，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）擁有非常快的指令處理速度，所需的指令執(zhí)行時間不超過0.5μ；（2）能夠?qū)Ω↑c運算和復數(shù)運算方法進行有效的使用；（3）擁有多種不同的通信接口；（4）能夠為使用者提供合理的參數(shù)，有利于降低模塊參數(shù)化工作的難度；（5）可以提供良好的人機交互界面；（6）具有可拓展性。PLC 控制器可以與多種模塊和擴展裝置相連接，據(jù)了解得知，這種控制器最大拓展機架為4 個，單個機架內(nèi)包括8 個模塊，故一個PLC 控制器可以拓展的模塊高達32 個；（7）自動診斷功能。PLC 控制器可以對控制系統(tǒng)的功能進行診斷，并分析和記錄故障的成因，為工作人員制定解決方法，提供了數(shù)據(jù)上的支持；（8）口令保護功能。傳統(tǒng)污水控制系統(tǒng)容易受到木馬病毒的威脅，而PLC 控制器具有多級口令保護功能，將這項功能應用于控制系統(tǒng)中，可以保證數(shù)據(jù)和技術(shù)的安全。

3.2.2選擇合適的通信卡。本系統(tǒng)將CP 5613 通信卡作為了主要選擇，通信卡的作用是將計算機和的編程設備與MPI 相連接。據(jù)了解得知，該通信卡可以連接的設備為32 臺，并在此基礎上，完成一個網(wǎng)段的建立。

3.2.3接口模塊選擇。本系統(tǒng)選擇了西門子公司生產(chǎn)的IM系列接口模塊，提供多種形式的總線接口是接口模塊的基本功能。并且在機架拓展時，同樣需要應用接口模塊。

3.3控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

將企業(yè)污水處理控制系統(tǒng)設計要求作為依據(jù)，并遵循設計原則，本文所設計的PLC 控制系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上選擇了分布式結(jié)構(gòu)。設備控制的實現(xiàn)方式為三級，第一級是中央控制層；第二級為控制主站；第三級為控制從站。三者的關(guān)系為遞進關(guān)系，通常情況下，三者會通過ET200 和接口連接為一個整體。而控制主站選擇了S7-400 PLC 控制器。通過上述分析可知，該控制器具有豐富的功能，與系統(tǒng)設計要求相符。

污水處理控制系統(tǒng)采取的控制方式有如下兩種：（1）自動控制；（2）遠程PLC 控制。污水處理控制系統(tǒng)中的污水處理設備所產(chǎn)生的信號，都會通過通信接口傳輸?shù)絇LC 控制器之中，并在上位機上顯示，工作人員通過觀察，即可實現(xiàn)對設備運行參數(shù)的監(jiān)管?？刂普驹诮邮招盘柡髸ㄟ^模塊對設備動作進行準確的控制。

4 污水處理控制方法

本文所設計的污水處理PLC 控制系統(tǒng)由多個功能模塊組成，且每個功能模塊都具有不同的控制方法。

4.1提升泵站車間現(xiàn)場總線模塊。該模塊可以對提升泵、格柵、儀表等設施的信號進行采集，由于污水來自不同的車間，故控制系統(tǒng)會將污水的實際情況作為依據(jù)，對提升泵進行合理的控制，以提升污水處理效率，控制污水成本，同時，這種污水處理控制方法，還能使提升泵與下游設備相連接，自動化控制也得以實現(xiàn)。

4.2除砂車間現(xiàn)場總線模塊。該模塊可以采集本車間內(nèi)的設備電機信號，最終實現(xiàn)對工業(yè)污水的除砂處理，之后將污水排放到至下游設備。

4.3澄清和過濾車間現(xiàn)場總線模塊。該模塊的控制方法與上述兩個模塊的控制方法相同，都是通過采集本車間設備電機信號，實現(xiàn)自動化處理污水的目標，故不再做過多的贅述。

綜上所述，與傳統(tǒng)污水處理控制系統(tǒng)相比，PLC 控制系統(tǒng)具有更加豐富的功能，可以實現(xiàn)自動化控制的目的。實踐應用結(jié)果表明，污水處理PLC 控制系統(tǒng)，有利于提升污水處理效率，并節(jié)省污水處理成本。因此，工業(yè)企業(yè)應積極響應政府部門的號召，充分發(fā)揮PLC 控制系統(tǒng)在污水處理中的作用。