對PLC自動控制系統(tǒng)在污水處理中的運(yùn)用初探

張思遠(yuǎn) 李建莉 曾楠

摘? ?要：目前，基于PLC自動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為污水處理的首選方法，在詳細(xì)了解其基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對污水處理中PLC自動控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，最后介紹了該系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);自動控制系統(tǒng);污水處理

近些年，環(huán)境管理問題逐漸得到社會的廣泛關(guān)注，我國受粗放型經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式影響，水污染已經(jīng)成為制約社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要問題，而污水治理作為改善水污染的有效手段，成為現(xiàn)階段環(huán)境管理的重要課題。同時，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步簡化污水處理環(huán)節(jié)，尤其是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自動控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，讓污水處理效率進(jìn)一步提高，值得關(guān)注。

1? ? 對PLC自動控制系統(tǒng)的分析

PLC又被稱為可編程邏輯控制器，是面向工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計而推出的一種數(shù)字化運(yùn)算操作系統(tǒng)，在功能設(shè)定上采用了一種可編程的儲存設(shè)備，在內(nèi)部能夠完成多種復(fù)雜操作，包括順序控制、邏輯運(yùn)算以及數(shù)據(jù)運(yùn)算等，在該系統(tǒng)的影響下，能夠完成多種數(shù)據(jù)的集成處理，并通過輸入輸出接口傳遞模擬化信號，最終實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)處理過程的控制[1]。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，PLC在數(shù)據(jù)運(yùn)算等多個數(shù)據(jù)處理過程實現(xiàn)了技術(shù)突破，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）該技術(shù)具有理想的數(shù)據(jù)處理功能，尤其是在收集數(shù)據(jù)與采集數(shù)據(jù)上的性能優(yōu)越，并且能夠篩選系統(tǒng)運(yùn)行中的異常數(shù)據(jù)，通過對異常數(shù)據(jù)的獨立分析，進(jìn)而在系統(tǒng)運(yùn)行中直接針對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處置，所以，在PLC技術(shù)的支持下，整個系統(tǒng)的智能化水平進(jìn)一步提高。（2）控制系統(tǒng)順序。PLC控制系統(tǒng)能夠記錄系統(tǒng)運(yùn)行的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)采用模板分析的方法，有效控制系統(tǒng)運(yùn)行階段的各個子系統(tǒng)，因此，在功能上能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)節(jié)的功能劃分，具有顯著優(yōu)勢。（3）PLC技術(shù)還具有控制開關(guān)功能，通過直接控制系統(tǒng)的運(yùn)行開關(guān)，實現(xiàn)對整個信號輸入、輸出過程的控制，不僅讓系統(tǒng)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，也能保證復(fù)雜情況下的系統(tǒng)運(yùn)行效率，這是傳統(tǒng)技術(shù)所不具備的。

在污水處理中所使用的PLC自動控制系統(tǒng)主要可以分為兩種：（1）通過PLC系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠采集污水處理中所形成的各種數(shù)據(jù)，并依靠識別數(shù)據(jù)變化來基本判斷污水處理效果。（2）采用全自動化控制系統(tǒng)，依靠PLC自動控制系統(tǒng)的全過程數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對污水處理過程的全面、自動化控制，使整個系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定[2]。

2? ? PLC自動控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用路徑

2.1? 系統(tǒng)設(shè)計的基本目標(biāo)

在污水處理過程中應(yīng)用PLC自動控制系統(tǒng)具有可行性。在系統(tǒng)設(shè)計中，為了能夠進(jìn)一步提高污水處理效果，在設(shè)計上應(yīng)該重點考慮以下幾方面內(nèi)容：（1）系統(tǒng)具有成熟的功能體系。在PLC自動控制系統(tǒng)中，應(yīng)該選擇技術(shù)可靠、成熟的設(shè)備與技術(shù)，例如相關(guān)的儀器儀表必須要選擇質(zhì)量可靠的;在成本約束上，原則上應(yīng)該兼顧質(zhì)量與價格之間的平衡，并確保在未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)都具有先進(jìn)性，減少PLC自動控制系統(tǒng)后期維護(hù)更新的步驟。（2）應(yīng)該確保PLC自動控制系統(tǒng)能夠高效完成各種情況下的污水處理工作，具有良好的可操作性，且彰顯節(jié)能、實用的要求。

2.2? 基于PLC自動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

在污水處理環(huán)節(jié)，為了能夠進(jìn)一步提高PLC自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，可以基于現(xiàn)場污水處理具體情況進(jìn)行有針對性的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般采用分布式的控制系統(tǒng)，主要包括中央控制室以及若干的PLC控制站，每個PLC控制站分別代表污水處理過程中的一個功能模塊，包括污泥脫水、配電間控制主站、濾池操作間控制站等[3];在PLC自動控制系統(tǒng)硬件的選擇上，可以選擇L3X型控制器實現(xiàn)主站控制，主站之間采用以太網(wǎng)通信方式。同時，為了能夠提高自動化控制效果，在每套PLC主站上都需要設(shè)置可編程操作員終端，并支持多種協(xié)議的操作要求;在中央控制站與各PLC控制站都采用顯示接口（DisplayPort，DP）總線連接模式，這種結(jié)構(gòu)模式能夠較好地保證通信質(zhì)量。

在PLC自動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計中，需要按照不同PLC主站的功能要求來進(jìn)一步界定其中的系統(tǒng)功能，詳細(xì)資料包括：（1）配電間PLC自動控制主站主要負(fù)責(zé)污水處理過程中各個關(guān)鍵設(shè)備的工藝參數(shù)監(jiān)控與測量，不僅能夠?qū)崟r統(tǒng)計其中的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，也能完成格柵系統(tǒng)、進(jìn)水泵房等構(gòu)筑物設(shè)備檢測功能。（2）PLC自動控制系統(tǒng)能夠?qū)ξ鬯幚磉^程中污泥脫水過程參數(shù)以及泥餅制備工藝進(jìn)行檢測。（3）PLC自動控制系統(tǒng)能夠?qū)铀庨g的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，包括投藥泵的運(yùn)行參數(shù)、聚合氯化鋁（Poly Aluminium Chloride，PAC）絮凝劑的配置情況等。（4）PLC自動控制系統(tǒng)檢測濾池操作間的相關(guān)參數(shù)，包括反沖洗、水的計量、活性砂濾池等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)檢測。（5）中央控制室。在污水處理的管理大樓內(nèi)增加工業(yè)級PC操作員站，通過上位機(jī)組態(tài)軟件實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并具有軟件監(jiān)測、調(diào)試等功能;在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計上使用了上位機(jī)監(jiān)控計算機(jī)模式，能夠與設(shè)備控制層PLC控制站相互獨立設(shè)計，因此，能夠在最大程度上保證污水處理過程的獨立性[4]。

2.3? 系統(tǒng)的關(guān)鍵功能

在污水處理中，PLC自動控制系統(tǒng)的功能得到進(jìn)一步完善，其中的關(guān)鍵功能包括以下幾個方面。

2.3.1? 污水處理的在線監(jiān)測

在污水處理中，通過PLC自動控制系統(tǒng)能夠?qū)⑽鬯幚憝h(huán)節(jié)的各種數(shù)據(jù)直接納入到輸入/輸出（Input/Output，I/O）模塊中，這是系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測的關(guān)鍵，例如通過各種污水排放的儀表來記錄污水處理數(shù)據(jù)，同時，這些數(shù)據(jù)能夠直接上傳到中央控制室中，并在顯示屏中顯示系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)指標(biāo)，使工作人員能夠了解污水處理中的參數(shù)變化，依照歷史數(shù)據(jù)以及異常數(shù)據(jù)對比分析的方法，將各項數(shù)據(jù)實時反映在系統(tǒng)中，提高了工作質(zhì)量。除此之外，工作人員還能夠通過電力計算機(jī)來遠(yuǎn)程調(diào)整電子儀表的數(shù)據(jù)，保證整個污水處理過程順利完成。

2.3.2? 污水處理的動態(tài)管理

工作人員能夠在PLC自動控制系統(tǒng)的支持下，依據(jù)儀表所反饋的數(shù)據(jù)來統(tǒng)計污水處理過程中的相關(guān)參數(shù)，尤其是重要設(shè)備的生產(chǎn)參數(shù)信息以及閥位開度等，通過這些方法能夠記錄整個污水處理的全部過程。一旦污水處理中出現(xiàn)了非正常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠提出警報信息并由工作人員及時查看污水處理過程，針對各種異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終確定出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的原因，保證污水處理正常運(yùn)行。

2.3.3? 數(shù)據(jù)處理

在污水處理環(huán)節(jié)，PLC自動控制系統(tǒng)依靠自身強(qiáng)大的功能優(yōu)勢能夠完成各種復(fù)雜數(shù)據(jù)的采集與處理，所有的數(shù)據(jù)在產(chǎn)生之后能夠第一時間備份、記錄，避免因為重要數(shù)據(jù)丟失而影響后期的質(zhì)量管理工作。

2.3.4? 數(shù)據(jù)分析

在污水處理過程中會產(chǎn)生大量復(fù)雜數(shù)據(jù)，通過PLC自動控制系統(tǒng)，在采集相關(guān)數(shù)據(jù)之后能夠直接在后臺完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，并將運(yùn)算結(jié)果反饋給工作人員，有助于實現(xiàn)對數(shù)據(jù)處理過程的優(yōu)化，讓工作人員能詳細(xì)了解污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行過程，并判斷系統(tǒng)的后續(xù)處理過程，預(yù)測未來系統(tǒng)的運(yùn)行趨勢，確保能夠盡早針對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，避免風(fēng)險發(fā)生。

3? ? PLC自動控制系統(tǒng)在污水處理中的功能展示

3.1? 基于PLC自動控制系統(tǒng)的格柵自動控制

在污水處理中，格柵是污水過濾的關(guān)鍵裝置，采用PLC自動控制系統(tǒng)，能夠采用自動控制方法，實現(xiàn)時間控制或者水位差控制等。一般情況下，當(dāng)系統(tǒng)啟動除污耙時，螺旋式輸送機(jī)和柵渣壓實脫水機(jī)開始運(yùn)行，當(dāng)格柵停止運(yùn)行之后，會延遲一段時間再停運(yùn)螺旋式輸送機(jī)和柵渣壓實脫水機(jī)。在這個過程中，通過PLC自動控制系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮現(xiàn)場控制系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)的功能，依靠控制操作屏，直接設(shè)定格柵距離以及水位差值等，例如根據(jù)上一次污水處理過程中的格柵運(yùn)行周期來設(shè)定本次運(yùn)行數(shù)據(jù)，有助于提高污水處理效率。

3.2? 自動控制進(jìn)水泵房

在污水處理系統(tǒng)中，進(jìn)水泵房是測量進(jìn)水量、進(jìn)水速度的重要裝置，在PLC自動控制系統(tǒng)中，先通過水位測量儀來掌握水位的實時參數(shù)，假設(shè)污水處理過程中的水位開始升高，這種情況將會自動觸發(fā)控制按鈕，啟動水泵。此時，水泵的啟動順序是根據(jù)累計運(yùn)行時間由小到大排序的，在水位不斷下降的情況下，控制水泵會依次停止運(yùn)行。在這個過程中，PLC自動控制系統(tǒng)會記錄水泵的運(yùn)行時間，滿足后期水泵自動輪值的要求，確保所有水泵都處于良好的狀態(tài);而在污水處理系統(tǒng)中的污水降低到保護(hù)水位的情況下，所有的水泵都會停止運(yùn)行，通過該系統(tǒng)能夠在完成現(xiàn)場控制的同時設(shè)定水位值。

3.3? 自動控制旋流沉砂池

在污水處理過程中，旋流沉砂池是沉淀處理的重要組成部分，能夠保證該裝置始終處于自動運(yùn)行狀態(tài)，攪拌葉輪持續(xù)運(yùn)行，此時通過PLC自動控制系統(tǒng)直接控制排砂過程，包括旋流沉砂池、排砂泵、沖洗水、排砂閥門等設(shè)備，均可以采用聯(lián)鎖控制方法，直接通過系統(tǒng)來統(tǒng)籌控制設(shè)備處于靜止或者啟動狀態(tài)。

3.4? 自動控制氧化溝曝氣量

一般在污水處理中需要輸入氧氣，此時為了能夠?qū)崿F(xiàn)資源的合理利用，需要依照系統(tǒng)負(fù)荷以及實際需氧量來控制氧氣輸入。通過PLC自動控制系統(tǒng)能夠控制曝氣機(jī)的運(yùn)行速率，假設(shè)污水處理中的氧氣含量不足，系統(tǒng)會提高曝氣機(jī)的運(yùn)行效率來保證氧氣的供應(yīng)量;反之會減少氧氣供應(yīng)量。在這個氧氣調(diào)節(jié)過程中，PLC自動控制系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)采集功能所測量的氧濃度變化來調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行，達(dá)到了節(jié)約能源、降低成本的目的。

3.5? 加藥量控制

在污水處理中經(jīng)常需要使用氯氣，而氯氣的添加需要根據(jù)污水進(jìn)水流量大小進(jìn)行控制，包括進(jìn)氣量與進(jìn)氣速度等，不僅要確保氯氣能夠滿足污水處理的要求，還要避免氯氣進(jìn)入量過多等問題。在這個過程中，通過PLC自動控制系統(tǒng)能夠?qū)β葰獾淖⑷肓窟M(jìn)行控制，通過測定接觸消毒池出水余氯作為修正值，將該指標(biāo)作為氯氣加入量的控制參數(shù)，自動修正進(jìn)入系統(tǒng)中的氯氣量，使得氯氣與污水量之間的比例保持正常，最終滿足污水處理的基本要求。

4? ? 結(jié)語

現(xiàn)階段在污水處理中，PLC自動控制系統(tǒng)具有高性能，該技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了污水處理效果，讓污水處理環(huán)節(jié)更加簡潔，有助于提升工作效率。因此，在未來工作中，需要積極探索PLC自動控制系統(tǒng)在污水處理中的新路徑，持續(xù)完善系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能，讓系統(tǒng)可以更加詳細(xì)地采集污水處理數(shù)據(jù)，最終提高污水處理效果，更好地服務(wù)于社會發(fā)展。

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