PLC 自動化控制系統(tǒng)在污水廠中的應用

鄭為濤

（溫州市排水有限公司，浙江 溫州 325000）

引言

根據(jù)許多相關研究人員的實際統(tǒng)計，基于PLC 自動化控制系統(tǒng)技術，采集廠內設備和水質儀表運行信息，實現(xiàn)污水處理集成化；搭建了成套的的數(shù)字化監(jiān)控SCADA 平臺，實現(xiàn)了污水處理的可視化；根據(jù)儀表采集水質水量數(shù)據(jù)及設備的運行狀態(tài)，精準計算出藥劑投加量，實現(xiàn)污水處理自動化。因此，合理地搭建污水廠自動化控制系統(tǒng)，可提高自動化控制水平，實現(xiàn)污水處理能力最大化。

一、PLC 控制組成及原理

（一）自控系統(tǒng)組成

污水廠自動化控制系統(tǒng)分為三個層級管理，分別為中控控制、現(xiàn)場控制、就地控制。

中控控制為污水廠的控制中心，中控SCADA 系統(tǒng)通過光纖、交換機、以太網(wǎng)模塊等設備以網(wǎng)絡通訊方式，將PLC 采集到的設備信息傳輸?shù)街锌厥?，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)可視化；其次，中控工作人員可通過中控系統(tǒng)，設置設備參數(shù)，控制設備啟停，將控制信號向下傳輸至PLC，實現(xiàn)污水廠設備遠程控制。

現(xiàn)場控制為現(xiàn)場PLC 站的控制，監(jiān)控操作平臺為現(xiàn)場PLC 站的觸摸屏及各類指示系統(tǒng)?，F(xiàn)場控制可在工作人員在操作設備及工程人員調試設備時，更加了解設備的運行狀況，為設備安全運行提供了保障。

就地控制為設備控制方式切至就地方式時，工作人員須通過現(xiàn)場就地柜操作來控制設備的啟停。就地控制可以在自動化控制系統(tǒng)故障時或現(xiàn)場設備調試時啟用，是水廠正常運行的一道保障。

（二）系統(tǒng)控制方式

自控系統(tǒng)控制方式為一個閉環(huán)的控制，主要分為數(shù)據(jù)信號采集、數(shù)據(jù)處理、信號發(fā)送三個部分。第一步系統(tǒng)通過PLC 數(shù)字量輸入、模擬量輸入、232、485 等模塊，采集現(xiàn)場設備及各類水質儀表的數(shù)據(jù)；第二步程序員根據(jù)污水廠工藝要求，編制邏輯控制程序，PLC 根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)信息進行處理，計算得出需要調整的參數(shù)、需要開啟的設備；第三步則為根據(jù)計算得出的數(shù)據(jù)通過PLC 的數(shù)字量輸出、模擬量輸出、232、485 等模塊來控制現(xiàn)場設備的運行，三步形成一個循環(huán)的閉環(huán)過程。如曝氣系統(tǒng)中，鼓風機出口風量的控制，PLC 根據(jù)現(xiàn)場溶解氧調節(jié)風機出口導葉控制氣量，根據(jù)運行溫度來控制風機的冷卻系統(tǒng)，調節(jié)風機所處環(huán)境的溫度。

（三）自動化控制供電

自控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要一個穩(wěn)定的電源進行供電。目前大部分供電為通過在污水廠控制電源中串接UPS 控制器給自控系統(tǒng)供電，通過UPS 給自控系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，若出現(xiàn)斷電時，為自控系統(tǒng)提供若干小時的電源，做好污水廠斷電后的數(shù)據(jù)采集及存儲工作。

二、現(xiàn)狀與問題

（一）自動化控制水平不高

截止目前，大部分污水廠已實現(xiàn)基于PLC 自控系統(tǒng)的自動控制，但必須說明的是，污水處理的自動化程度有待提高，大部分自控系統(tǒng)基本上處于對設備監(jiān)控的狀態(tài)，設備的運行指令大部分為中控室運行值班人員進行手動操作，污水處理的參數(shù)由值班人員手動給與；其次，污水廠各個工藝段的聯(lián)動性有待提高，目前為工藝管理人員根據(jù)運行數(shù)據(jù)來調節(jié)工藝段之間的聯(lián)動，控制系統(tǒng)還是比較依賴于工藝管理人員。從以上兩點看出目前污水廠的自控系統(tǒng)未完全達到全自動化控制的水平。

（二）自動化設備使用情況及現(xiàn)狀

經(jīng)過統(tǒng)計分析，目前大部分污水廠只完成了PLC 部分的計算能力，比如計時器，PID 等功能，PLC 使用最多的為數(shù)據(jù)監(jiān)控和傳遞工作人員控制信息功能。相對于以前原始的半自動控制電路只多了一項監(jiān)控功能，其中計時器，PID 等功能離開PLC，使用外部的控制設備也可完成。而PLC 中通訊、數(shù)據(jù)處理計算等功能用的比較少，程序的自動化程度有待提高。其次，基于污水廠惡劣的運行環(huán)境，需要穩(wěn)定性較高的自控設備支持，部分自控設備由于國內現(xiàn)有科學設備的局限性，許多相關設備都是從國外進口的，相對于國內的品牌成本較高[1]。

三、污水廠PLC 自動化系統(tǒng)的應用

（一）基礎設備控制

污水廠基礎設備包括粗細格柵、螺旋輸送機、刮泥機等設備，這些設備一般通過一定條件來觸發(fā)啟停條件，比如設定運行周期，液位、泥位等，控制方式較為簡單，也比較常見。

（二）恒流量控制

恒流量控制主要用于水泵、風機的控制，以水泵為例，實現(xiàn)恒流量控制，實際上為實現(xiàn)控制水泵的轉速。要達到恒流量控制，需要形成一個閉環(huán)的系統(tǒng)，由PLC 模擬量輸入模塊采集水泵出水管路上的流量計的流量信號，在PLC 系統(tǒng)中與人為給定的流量數(shù)據(jù)進行比對，通過PID 算法指令，計算出水泵下一步需要的轉速，經(jīng)過PLC 模擬量輸出模塊輸出值變頻器，調節(jié)頻率，控制水泵轉速，從而調節(jié)流量。

（三）藥劑自動投加系統(tǒng)

大部分污水廠的正常運行需要通過投加藥劑來分解污水中的化學物質，在缺少自動化設備情況下，藥劑投加需要依賴于工藝管理員手動計算得出投加量，然后人為到現(xiàn)場投加。目前大部分藥劑投加是通過計量泵，經(jīng)過藥劑管路投加至需要加藥的工藝段。因此，如何完成藥劑的精準投加也涉及到一個閉環(huán)的控制系統(tǒng)，藥劑投加系統(tǒng)根據(jù)水質水量的數(shù)據(jù)，自動計算出投加量，然后計量泵根據(jù)投加量進行恒流量運行。相對于水泵的恒流量控制，藥劑自動投加的自動化程度更高一些，水泵恒流量控制的條件為人為給定而藥劑的條件為自動計算得出。

（四）工藝聯(lián)動控制

實現(xiàn)污水廠各個工藝段的聯(lián)動控制，需要各個站的PLC 進行通訊，進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)污水廠的實時水質水量，得出每個工藝段的設備的運行數(shù)據(jù)，要實現(xiàn)污水處理正常穩(wěn)定運行，提升自動化控制水平，工藝段的聯(lián)動控制起到了非常重要的作用。由于污水的水質水量變化比較大，水處理具有一定時限性，這一塊比較難把握，自控程序方面需要慢慢摸索。

四、結束語

綜上所述，PLC 自動化污水處理系統(tǒng)如何展示出很多優(yōu)勢和特點，提升污水處理效率，保證水質水量，是一項需要經(jīng)過長期摸索的過程。在接下來的工作中，我們要進一步完善污水自動處理系統(tǒng)，提供更好的污水處理方法，提升城市居民生活質量，賦予水處理行業(yè)更多可持續(xù)發(fā)展機會。