基于PLC的刮吸泥機污水處理控制系統(tǒng)的研究

白振華

（神達潔源環(huán)境科技集團寧武水凈化有限公司，山西 忻州 036700）

1 污水處理工藝流程

根據污水處理系統(tǒng)的功能需求，列舉污水處理系統(tǒng)工藝技術環(huán)節(jié)，污水處理工藝流程如圖1所示?，F(xiàn)對處理系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)進行介紹：K3調節(jié)池的主要作用是調節(jié)水質，便于后續(xù)水處理。污水經PH調和處理，即可進行高壓脈沖電凝，此過程可以將污水中的絕大部分微小固體顆粒物進行沉淀。PH處理之后，可加入氫氧化鈣或氫氧化鈉等堿鹽實現(xiàn)對污水中酸性離子交換[1-2]。

圖1 污水處理工藝流程

污水經過一系列生化池集中清理，污水進入沉淀池進行自然沉淀過濾，此時主要依靠刮吸泥機對池底的沉淀進行抽取。由刮吸泥機實現(xiàn)對水體中雜質的分離，污水通過液位控制離心泵提升至厭氧發(fā)酵池、微生物發(fā)酵池中，進行后續(xù)的處理，并最終達到排放要求。污水處理過程復雜且環(huán)節(jié)眾多，因此控制系統(tǒng)可通過對關注信息的采集與判斷，集約化管理去污過程，對提高污水處理能力具有重要幫助。

2 控制系統(tǒng)方案設計

2.1 設計原則

研究以往污水處理控制系統(tǒng)設計，需滿足如下幾條規(guī)定：需滿足國家現(xiàn)行污水處理技術規(guī)定；此類污水處理的相關技術與經驗；依照自動化控制系統(tǒng)的原理，在安全、高效、通用簡單可靠的基礎上設計控制系統(tǒng)[3]。

2.2 系統(tǒng)結構

根據刮吸泥機污水處理工藝及控制要求，采用“集中顯示與控制，分散監(jiān)控”的設計原則，主要硬件設備包括工程控制計算機、打印機、PLC控制器、各類傳感器、泵等設備。刮吸泥機控制系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)層次結構圖

污水處理控制系統(tǒng)可以劃分為三層，主要包括電氣設備層、PLC集散控制層、工控監(jiān)管層組成，其中電氣設備層主要包括一線監(jiān)控設備以及被控制的執(zhí)行單元等設備，包括各類傳感器、泵、閥門等。PLC集散控制層主要包括PLC的各個控制分站，不同的PLC控制分站實現(xiàn)對不同信號單元的控制。工控管理層則主要指控制中心計算機、打印機等設備，可在控制計算機上查看污水處理狀態(tài)，對設備進行干預控制，每個控制站都是由RS-485總線結構將PLC組網，實現(xiàn)與其他設備的互聯(lián)互通[4]。

3 PLC控制器設計

3.1 PLC設計

PLC是目前自動化工業(yè)控制系統(tǒng)中必不可少的控制程序，具有較強的控制能力與可靠性，方便使用且具有較好的抗干擾能力。刮吸泥機污水處理控制系統(tǒng)主要包括三個PLC控制器，根據不同的功能以及控制程序進行設計，已知PLC控制程序具有穩(wěn)定性高，其平均故障時間可達幾十萬小時；具有較強的抗干擾能力，在隔離與濾波等方面均具有較強的能力；適應性好，功能接口豐富，可擴展性強。

不同的PLC控制器所負責的功能并不相同，以控制系統(tǒng)中1號PLC控制站主要負責K3調節(jié)池、pH調整池、高壓脈沖電凝床等傳感器數(shù)據的采集與分析，1號PLC實現(xiàn)對污水的前處理，對污水進行初步處理，保障了污水處理效率。1#PLC主要負責執(zhí)行設備的數(shù)據采集和控制，對污水狀態(tài)識別與判斷具有重要作用，控制站污水處理流程如圖3所示[5]。

圖3 PLC控制站污水處理流程圖

3.2 主要電氣設備選型

污水處理控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對污水處理設備的控制以及對污水狀態(tài)的識別，基于PLC控制器，系統(tǒng)可實現(xiàn)自動識別與控制?？刂葡到y(tǒng)為了實現(xiàn)對設備的控制，布置了較多了傳感器以及電氣設備，現(xiàn)對系統(tǒng)中主要的設備做簡要說明。

1）pH計：采用EPZ-330型pH測量計，該型測量計具有較好的環(huán)境適應性與穩(wěn)定性，測量精度為0.01 pH，電壓輸出±12 VDC，電流信號輸出為隔離式0～20 mA輸出。

2）液位計：選用美國康德的SDF-29T型超聲波液位測量計，輔助設備包括液位開關等，該型液壓計非常適用于污水處理環(huán)境下使用，率小于1 mm，測量精度較高。

3）流量傳感器：選擇了Consensic系列的傳感器，從經濟性的角度出發(fā)，選擇入門級的流量傳感器。

4）PLC選型：根據系統(tǒng)的實際功能需求，要實現(xiàn)不同的功能以及控制方案進行選擇，秉持成熟可靠、穩(wěn)定適用等原則選擇PLC型號。PLC的選型應詳細分析工藝過程的特點以及需實現(xiàn)的控制要求，在此情況下可以根據系統(tǒng)所需實現(xiàn)的控制任務以及范圍來選型。經過綜合比較，選擇了日本三菱公司設計的GVX-600系列的PLC可編程控制器[6]。

4 控制系統(tǒng)實現(xiàn)與應用

4.1 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)

控制系統(tǒng)的主控制計算機上的操作控制系統(tǒng)采用專業(yè)的編程軟件實現(xiàn)，選用組態(tài)軟件實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開發(fā)。組態(tài)軟件可為用戶提供快速構建自動控制系統(tǒng)的能力，能支持各類型的工業(yè)設備，與通信設備具有良好的交互能力。

控制系統(tǒng)軟件的設計開發(fā)主要包括：各子功能的實現(xiàn)，控制程序；控制系統(tǒng)主操作界面的設計與實現(xiàn)；可視化操作設計，保證在系統(tǒng)界面上進行操作可實現(xiàn)對設備的監(jiān)控與控制。其他軟件的具體編程過程不再一一列舉。

4.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

如圖4所示，為刮吸泥機污水處理控制系統(tǒng)的實時數(shù)據監(jiān)控界面，從該界面的設計可知，系統(tǒng)可以實時顯示儲液池中液位的高度、PH實時監(jiān)測數(shù)據以及溫度信息，此類信息均以曲線的形式被記錄，方便管理人員進行查看與對比，由于篇幅所限，不再對其他軟件界面進行介紹。

圖4 系統(tǒng)監(jiān)控實時曲線

4.3 控制系統(tǒng)的應用

經過試驗的不斷調試與應用，控制系統(tǒng)的軟件、硬件系統(tǒng)均達到了其設計目標；調試過程分為幾個階段，首先是對重要設備的單獨調試，然后進行聯(lián)調聯(lián)試，最后是測試控制系統(tǒng)軟件與硬件之間的兼容效果。

經過為期半年的測試與連續(xù)使用，控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對刮吸泥機污水處理的監(jiān)控與控制，實現(xiàn)對污水池狀態(tài)的實時監(jiān)控，并可根據監(jiān)控狀態(tài)進行人工控制，實現(xiàn)了在遠程集中顯示監(jiān)控信息與實際控制，達到了污水處理控制系統(tǒng)的設計目標。