基于PLC的污水處理自動控制系統(tǒng)設計

毛業(yè)驥

摘? 要：分析表明，PLC控制系統(tǒng)的應用可以實現(xiàn)污水處理的自動化，促進工作效率與處理質量的提升。重工業(yè)廢水和城市生活廢水會造成重大生態(tài)污染，要重點關注城市污水處理，引入先進的PLC（可編程邏輯控制器）技術和方法，設計和應用基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)，結合污水處理控制的實際需求，進行系統(tǒng)軟硬件設計，實現(xiàn)污水處理的自動控制功能。

關鍵詞：PLC的污水處理;自動控制系統(tǒng);設計

引言

工業(yè)化進程的加快，使得我國企業(yè)數(shù)量逐年增加，做好污水處理工作，是促進經濟可持續(xù)發(fā)展的關鍵，同時也能夠為企業(yè)的未來發(fā)展奠定基礎。當前我國環(huán)境狀況不容樂觀，很多污水的處理效果不佳，難以達到國家和行業(yè)相關排放標準，導致水資源、空氣和土壤等遭到破壞，威脅人類生存健康。在信息化時代下，傳統(tǒng)處理技術難以適應當前污水處理的實際要求，必須對其進行不斷創(chuàng)新與改進。應用PLC控制系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了高度自動化和智能化，現(xiàn)場污水處理設備的控制更加可靠，減輕工作人員負擔的同時，提升了污水處理效果，降低對環(huán)境的污染。該系統(tǒng)的組成結構較為復雜，在實踐工作當中對其進行應用時應該做好系統(tǒng)架構，充分發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)優(yōu)勢，切實解決水污染問題。

1.污水處理工藝流程

活性污泥法在污水處理中的應用較多，包括了微生物群體以及無機物質、有機物質等，可以對污水中的有害成分進行分解吸收，達到凈化水質的目的。尤其是在處理污水中的有機物時，主要依靠好氧微生物和原生動物等，增強其生物化學活性。通過預處理和一級處理后，經過沉淀池出水進入到調節(jié)池，對于污水進行厭氧和好氧生物降解處理，快速分解污水當中的有機物。固液分離處理則在沉淀池當中實現(xiàn)，調節(jié)池收集上層清水，板框壓濾機對污泥進行脫水處理后外運。調節(jié)池對上清液和濾液進行下一步處理。

2.PLC控制系統(tǒng)

在企業(yè)污水處理中應用PLC控制系統(tǒng)，能夠滿足在線監(jiān)控的工作要求，及時了解設備與系統(tǒng)的運行狀態(tài)并進行調節(jié)，使其處于最佳工作狀態(tài)當中，提升污水處理工作效率，保障系統(tǒng)運行安全性。對于其中存在的問題可以及時發(fā)現(xiàn)并處理，判定系統(tǒng)的參數(shù)變化情況以及未來發(fā)展趨勢，防止重大故障的發(fā)生。該系統(tǒng)的應用，也為污水處理的動態(tài)化管理奠定了基礎。尤其是隨著處理工藝的逐漸復雜化與多樣化，對于處理系統(tǒng)的實時性要求更高。PLC控制系統(tǒng)能夠實時獲取相關數(shù)據(jù)信息，明確當前污水處理效果，實現(xiàn)對動態(tài)數(shù)據(jù)的整合分析，解決突發(fā)狀況。數(shù)據(jù)分析軟件應用于PLC系統(tǒng)中，可以滿足數(shù)據(jù)采集與分析的工作要求，實現(xiàn)對整個處理過程的可視化監(jiān)管。因此，通過數(shù)據(jù)分析與處理，可以對系統(tǒng)進行不斷調節(jié)與優(yōu)化，使其更加適應當前污水處理的特點。同時，故障報警系統(tǒng)的應用，也能夠在發(fā)現(xiàn)故障的第一時間發(fā)出警報，幫助故障人員進行處理，消除系統(tǒng)運行的安全隱患，保障污水處理工作的連續(xù)性。

3.基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)硬件設計

第一，總體結構設計?；赑LC的污水處理控制系統(tǒng)采用雙環(huán)網(wǎng)（A網(wǎng)/B網(wǎng)）進行設計，通過雙網(wǎng)冗余光纖環(huán)網(wǎng)為用戶同步提供相同類型的服務，若某一節(jié)點出現(xiàn)故障，也不會影響其他節(jié)點的通信傳輸?？紤]到系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的要求，在設計中添加一條C網(wǎng)，利用C網(wǎng)這個非實時信息網(wǎng)獲取非實時數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡i S-Net負荷，增強系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

第二，PLC及擴展模塊設計。首先要選擇適宜的CPU（中央處理器），結合污水處理廠PLC控制系統(tǒng)的實際要求，選擇S7-1500系列PLC作為核心控制器，根據(jù)污水處理的進水、生物反應、消毒、沉淀、脫水等要求，在此前提下設計相關模塊，包括數(shù)字量擴展、模擬量擴展、通信等模塊。其中，數(shù)字量擴展模塊的數(shù)字量輸入為24VDC輸入，輸入遲延為4.5ms，現(xiàn)場隔離和邏輯隔離線路采用一一對應的連接方式，形成相對完整的數(shù)字量擴展模塊。并且，當對數(shù)字量擴展模塊進行A/D轉換之后，即可以生成模擬量，并通過合理設置增益量和偏移量，可以有效存儲和處理進水、生物反應、消毒、沉淀、脫水等信號。觸摸屏模塊則選取性價比較高的SIMATIC HMI KP8觸摸屏，與PLC相連接，實時顯示污水處理系統(tǒng)的進水、生物反應、消毒、沉淀、脫水等信息，便于污水處理廠設備運行的現(xiàn)場管理與控制。

第三，傳感器。考慮基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)的使用需求，選取性價比較高的霍尼韋爾液位傳感器作為水位信號采集器，實時采集污水處理的液位信號，根據(jù)不同介質表面的反射或折射特性，計算光照強度和角度，從而獲悉液位變化情況，進行實時在線閥門動態(tài)調整和控制，完成脫水、進水等操作過程，體現(xiàn)出快速便捷、高精度的優(yōu)勢特點。在具體運行過程中，該液位傳感器進行采集信號的放大處理、濾波處理和傳輸，使監(jiān)控中心獲取相關信號，準確下達控制命令。

4.基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)軟件設計

第一，粗格柵設計。污水處理的首要步驟是粗格柵過濾，濾除樹葉、枝條、包裝紙等垃圾，在系統(tǒng)初始化之后，進行液位控制，并開啟皮帶輸送機和延時器，30s后啟動粗格柵，并再次啟動延時器，2min后關閉粗格柵，計時60s后再關閉皮帶傳輸機。細格柵設計與粗格柵設計流程相同。

第二，進水泵房設計。污水經由粗格柵過濾處理之后，流入進水泵房。首先，在系統(tǒng)初始化后判斷液位，當液位低于-2.50m時，關閉2號水泵;當液位高于-2.50m時，開啟1號水泵變頻器，并在5min后達到全速運行狀態(tài)。然后判斷液位情況，當液位在-3.00m以內時，則關閉3號水泵;當液位超過-3.00m時，開啟延時計時器，全速提升2號水泵的運行速度。然后再判斷液位情況，當液位低于-3.50m時，保持等待狀態(tài);當液位超出-3.50m，則開啟延時計時器，3000s之后提升3號水泵至全速運行狀態(tài)。最后再判斷液位狀態(tài)，當液位在-3.95m以內時，保持等待;當液位超出-3.95m時，要啟動報警裝置;當液位在-2.00m時，則關閉所有水泵。

第三，沉砂機設計。設置兩臺羅茨風機，一臺處于變頻使用狀態(tài)，另一臺則為備用裝置，保持羅茨風機的不間斷運行，并配置流量計，合理調節(jié)風機的變頻。排砂機依循一定時間間隔定時運行，并使砂水分離器與其進行連鎖運行。

第四，出水模塊設計。在進行系統(tǒng)初始化之后，判斷液位狀態(tài)，當液位在-9.25m以內，則關閉2號水泵;當液位超出-9.25m時，則開啟1號水泵變頻器，使之在5min內達到全速運行狀態(tài)。繼而判斷液位狀態(tài)，當其在-8.90m以內時，則關閉3號水泵;當液位超出-8.90m時，則開啟延時計時器，使2號水泵在5min內達到全速運行狀態(tài)。當液位在-8.55m以內時，保持等待;當液位超出-8.55m，則在3000s時全速運行3號水泵。當液位超出-8.20m時，則啟動報警裝置;當液位在-2.00m以內時，關閉所有水泵。

第五，污泥泵設計。通過離心脫泥機和污泥泵兩個設備進行污泥脫水，當污水濃度超出2000mg/L時，開啟1號泵;當污水濃度超出3000mg/L時，開啟2號泵;當污水濃度超出4000mg/L時，開啟3號泵。

結語

基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)結合污水處理控制的實際要求，進行相關軟硬件設計和應用，實時自動控制污水處理各個環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)運行效率和安全性。

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