可編程控制器在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

高孝旺

（鎮(zhèn)江技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，生活、企業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療等每天產(chǎn)生的污水越來越多。隨著國家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的日益重視，污水排放和污水治理等問題越來越受到關(guān)注，要加強(qiáng)污水處理力度，減少水資源的消耗，改善生態(tài)環(huán)境。焦化企業(yè)是水資源消耗大戶，同時(shí)也是污水排放大戶，能否對(duì)企業(yè)每天產(chǎn)生的污水進(jìn)行及時(shí)處理，對(duì)焦化企業(yè)的生存空間提出了越來越嚴(yán)格的要求，能否做好污水處理工作，是焦化企業(yè)生死存亡的關(guān)鍵。

某焦化企業(yè)原有采用繼電控制的老式水凈化處理器兩套，負(fù)責(zé)全廠工業(yè)用水，由于企業(yè)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，現(xiàn)有污水處理能力已不能滿足企業(yè)每天生產(chǎn)生活污水排放處理需求。同時(shí)現(xiàn)有污水控制系統(tǒng)未進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，依然沿用老舊控制系統(tǒng)，在實(shí)際工作中，由于電氣限位經(jīng)常出現(xiàn)失靈故障，造成電動(dòng)閥電機(jī)燒壞，無形中增加了維修時(shí)間和維修費(fèi)用，延誤了企業(yè)的污水處理，給正常生產(chǎn)帶來了不利影響。針對(duì)現(xiàn)實(shí)存在的問題，作為校企深度合作單位，鎮(zhèn)江技師學(xué)院教師聯(lián)合企業(yè)技術(shù)能手，結(jié)合企業(yè)污水處理系統(tǒng)實(shí)際存在的問題，在不影響企業(yè)生產(chǎn)和降低維修成本的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

針對(duì)國家、省、市對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)的環(huán)保要求和企業(yè)降低人力資源成本的實(shí)際情況，建議采用目前自動(dòng)控制系統(tǒng)中技術(shù)成熟的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC） 對(duì)老式污水處理系統(tǒng)進(jìn)行電氣設(shè)備自動(dòng)控制。PLC 是一種以微處理器為主的工業(yè)控制器，它應(yīng)用了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)，具有編程簡單、運(yùn)行可靠、定位精準(zhǔn)、功能強(qiáng)大、調(diào)節(jié)靈活等特點(diǎn)，在工作運(yùn)行過程中可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用性[1]。

1 污水處理系統(tǒng)的工藝要求

焦化企業(yè)污水中含有大量的懸浮物和煉焦過程中所產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)。基于環(huán)保的要求，此類污水嚴(yán)禁直排，考慮到節(jié)能的因素，污水經(jīng)過處理合格后可再次作為企業(yè)工業(yè)用水的主要來源。目前企業(yè)所用的污水處理方法是通過化學(xué)藥劑和污水混合，通過絮凝澄清和過濾工藝的合理組合，去除懸浮雜質(zhì)及膠質(zhì)，能大大地改善工業(yè)用水水質(zhì)，經(jīng)過污水處理后，水濁度小于3 mg/L，完全滿足企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營用水。污水處理裝置采用同時(shí)過濾、分格反洗、反洗時(shí)不斷產(chǎn)水、保證連續(xù)供水，處理過程工藝見圖1。

圖1 污水處理過程工藝圖

根據(jù)處理工藝的要求，對(duì)現(xiàn)有2 套污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，同時(shí)新增1 套污水處理系統(tǒng)，可滿足企業(yè)日常污水處理需求，經(jīng)過技術(shù)升級(jí)改造后，可以實(shí)現(xiàn)3 臺(tái)凈水器同時(shí)運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)1 套使用2 套備用或2 套使用1 套備用的靈活組合，3 套污水處理系統(tǒng)共用1 臺(tái)反沖洗電動(dòng)機(jī)。通過污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、保護(hù)和故障報(bào)警、3 臺(tái)獨(dú)立的凈水器在反沖洗時(shí)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖[2]。

2 PLC 運(yùn)行程序的編制

2.1 控制系統(tǒng)的控制要求

1） 上電檢測。當(dāng)PLC 上電后，檢測所有的電動(dòng)閥是否回至原始位置。

2） 混凝反應(yīng)。設(shè)備啟動(dòng)前，打開進(jìn)水電動(dòng)閥，全開出水閥，提升泵將污水和混凝劑混合，混凝反應(yīng)后通過進(jìn)水閥流進(jìn)凈水器進(jìn)行沉淀。

3） 反沖洗控制。每臺(tái)凈水器過濾區(qū)分3 格，當(dāng)某格濾池的液位達(dá)到高液位時(shí)（液位由浮球控制），濾格池的反進(jìn)水電動(dòng)閥打開，出水閥關(guān)閉，反沖洗泵啟動(dòng)，反洗時(shí)間根據(jù)需要由時(shí)間控制器控制。反沖洗后的污水送回至過濾格進(jìn)行再次過濾。反沖洗時(shí)其余濾室無法進(jìn)行沖洗，需延時(shí)至沖洗結(jié)束后方可沖洗，反沖洗結(jié)束后格柵的進(jìn)水閥關(guān)閉，出水閥打開，一個(gè)格柵的動(dòng)作結(jié)束。

4） 自動(dòng)排泥程序。每組設(shè)排泥閥3 個(gè)。根據(jù)原水的水質(zhì)設(shè)定時(shí)間，一般為4~12 h 排泥一次，每次排泥由1 號(hào)至3 號(hào)順序進(jìn)行，每次排泥時(shí)間為2~5 min。改造后的凈水器具有手動(dòng)和自動(dòng)控制功能，手動(dòng)操作同自動(dòng)操作過程一致。

5） 保護(hù)和故障報(bào)警。要求具有故障報(bào)警功能，當(dāng)電動(dòng)閥電氣限位失靈時(shí)，電機(jī)自動(dòng)保護(hù)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)停止該格的反沖洗過程，凈水裝置停止時(shí)不影響其他兩臺(tái)凈水器的正常工作。

2.2 設(shè)備的選型

綜合考慮企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營實(shí)際和降低企業(yè)技改成本，從運(yùn)行的可靠性和今后的維修工的技術(shù)水平上考慮，選用了3 臺(tái)日本三菱公司生產(chǎn)的FX1N-60MR-001 型PLC，分別對(duì)3 臺(tái)凈水器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)凈水器的自動(dòng)控制，其中每一臺(tái)PLC 對(duì)應(yīng)一套污水處理系統(tǒng)，每臺(tái)PLC 之間當(dāng)反沖洗時(shí)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制。

FX1N-60MR 型PLC 主要技術(shù)特點(diǎn)：工作電源220 V，I/O 點(diǎn)數(shù)為36/24，基本指令和步進(jìn)指令共29 個(gè)、應(yīng)用指令89 種，采用光電耦合繼電器輸出方式進(jìn)行隔離，輸入電壓使用內(nèi)部提供的直流24 V，輸出電壓為交流220 V，輸出采用繼電器控制電動(dòng)閥的動(dòng)作，輸入和輸出均采用JZX-22F/Z 型繼電器進(jìn)行隔離，做到了外圍設(shè)備和PLC 本體的雙重隔離，從而保證PLC 的安全運(yùn)行。根據(jù)其I/O 配置，6 個(gè)點(diǎn)控制3 臺(tái)凈水器進(jìn)水閥開，6 個(gè)點(diǎn)控制3 臺(tái)凈水器進(jìn)水閥關(guān)，3 個(gè)點(diǎn)控制3 臺(tái)凈水器排泥閥開，3 個(gè)點(diǎn)控制3 臺(tái)凈水器排泥閥關(guān)，1 個(gè)點(diǎn)為故障報(bào)警，1 個(gè)點(diǎn)為聯(lián)鎖控制[3]。

2.3 控制程序設(shè)計(jì)

市場上出售的污水處理系統(tǒng)也有使用PLC 控制的，但是在電機(jī)保護(hù)能力和報(bào)警功能上并不完善，經(jīng)過在生產(chǎn)過程中不斷實(shí)踐和改進(jìn)，升級(jí)后的污水控制系統(tǒng)在電機(jī)保護(hù)和報(bào)警方面取得了較好的效果，下面分析一個(gè)格柵反沖洗裝置動(dòng)作過程及其保護(hù)功能。

1） 反沖洗程序（見圖2）。S20 置位將反沖洗進(jìn)水閥打開和反沖洗出水閥關(guān)閉，X6 和X7 為限位。以限位動(dòng)作切斷電動(dòng)閥電機(jī)的動(dòng)作，T0 和T1作為電動(dòng)閥開關(guān)的時(shí)間控制，經(jīng)過測試電動(dòng)閥動(dòng)作時(shí)間約為25 s，時(shí)間繼電器保護(hù)時(shí)間設(shè)為30 s，可以有效保護(hù)電機(jī)不會(huì)限位失靈而卡死燒壞（三菱內(nèi)部時(shí)間繼電器T0~T199 為100 ms 的定時(shí)器），限位失靈時(shí)間繼電器動(dòng)作將置位故障報(bào)警的信號(hào)給中央控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，切斷此PLC 的動(dòng)作。當(dāng)1 號(hào)浮子信號(hào)（X2） 動(dòng)作置位M1 保證其在反沖洗狀態(tài)時(shí)將其他格柵的動(dòng)作屏蔽。S21 置位的條件是自身的電動(dòng)閥在工作位置沒有其他格柵和PLC 的反沖洗動(dòng)作。X27 和X30 是2 號(hào)和3 號(hào)PLC 的聯(lián)鎖信號(hào)，M2 和M3 是本機(jī)中其他格柵的反沖洗裝置，其次是本格柵浮子水位要處于高位。這樣就保證了只能有一個(gè)格柵的反沖洗動(dòng)作。

圖2 反沖洗程序的梯形圖

2） 反沖洗出水閥控制程序（見第82 頁圖3）。當(dāng)S21 置位后，將反沖洗進(jìn)水閥打開，反沖洗出水閥關(guān)閉；電動(dòng)閥動(dòng)作完成后置位S22。Y24 保證其他PLC 進(jìn)行反沖洗過程。

圖3 反沖洗出水閥控制程序的梯形圖

3） 反沖洗泵進(jìn)行反沖洗程序（見圖4）。S22使Y0 打開，反沖洗泵進(jìn)行反沖洗，T4 控制反沖洗的時(shí)間。

圖4 反沖洗泵進(jìn)行反沖洗程序的梯形圖

4） 電動(dòng)閥控制程序（見圖5）。當(dāng)反沖洗過程結(jié)束通過時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)，使電動(dòng)閥返回初始位置，T5 時(shí)間的設(shè)置保證其余格柵反沖洗過程之間的間隔，保證反沖洗泵不會(huì)頻繁工作。同時(shí)返回到S20 等待下一次的反沖洗過程。

以上程序?yàn)橐粋€(gè)格柵內(nèi)反沖洗過程控制程序。

5） 排泥過程較為簡單，采用順序控制電動(dòng)閥的打開和關(guān)閉，M8014 和計(jì)數(shù)器的配合保證了8 h排泥一次。

由于凈水裝置均可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制，所以在需要手動(dòng)時(shí)只要將PLC 停止，手動(dòng)電源為PLC輸出電源，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)直接驅(qū)動(dòng)所需動(dòng)作電動(dòng)閥的繼電器即可。

圖5 電動(dòng)閥控制程序的梯形圖

3 結(jié)束語

污水處理控制系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，與老式繼電動(dòng)作的污水處理裝置和市場上凈化水裝置相比較，實(shí)現(xiàn)了控制動(dòng)作靈敏可靠，設(shè)備故障率降低，電機(jī)燒壞率為零。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)改造有效降低了企業(yè)的人力資源成本和維修成本，污水處理系統(tǒng)運(yùn)行可靠，出水量大，保證了企業(yè)正常污水處理和工業(yè)用水供水。