污水處理廠滲濾液處理過程中PLC自動(dòng)化控制的應(yīng)用與研究

楊駿

（桂林市環(huán)境衛(wèi)生管理處，廣西 桂林 541001）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，排放到流域內(nèi)的污水越來越多，導(dǎo)致水資源利用率降低、水環(huán)境惡化甚至水資源短缺。為了解決這一問題，污水處理廠成為緩解水資源短缺和改善水環(huán)境的最直接有效的手段之一。然而，污水處理廠中滲濾液的處理一直是一個(gè)難題，傳統(tǒng)的處理方法效率低、耗時(shí)長(zhǎng)，導(dǎo)致成本較高，同時(shí)操作人員需要高度的技巧和經(jīng)驗(yàn)，存在著較高的技術(shù)門檻。因此，研究和應(yīng)用PLC 自動(dòng)化控制技術(shù)來解決污水處理廠中滲濾液處理過程中的問題和難點(diǎn)，成為一個(gè)重要的研究方向。本文以某污水處理廠滲濾液為研究對(duì)象，通過分析和優(yōu)化PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，探索如何提高滲濾液的處理效率和水質(zhì)。該研究成果可為推進(jìn)污水處理廠滲濾液處理技術(shù)的自動(dòng)化水平、提高水質(zhì)水量、節(jié)約成本等方面提供參考。

1 污水滲濾液處理的意義和現(xiàn)狀

處理污水滲濾液是污水處理廠必須要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。污水滲濾液通常都含有高濃度的氨態(tài)氮、磷等污染物，如果不加以處理，將成為一種對(duì)周圍環(huán)境造成威脅的廢水。處理污水滲濾液可以有效的提高城市污水處理廠出水的質(zhì)量，改善周圍生態(tài)環(huán)境，同時(shí)降低成本。目前污水滲濾液的處理通常采用傳統(tǒng)的生化、物理等方法進(jìn)行處理，由于處理效率低、維護(hù)人員需要高度的技巧和經(jīng)驗(yàn)等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能夠滿足實(shí)際處理要求。因此基于現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)的自動(dòng)化處理設(shè)備和控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)化控制設(shè)備和系統(tǒng)可以提高處理效率、減少人工干預(yù)，同時(shí)降低成本，提高處理效果和穩(wěn)定性，切實(shí)保障城市污水處理的可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用意義

PLC 控制技術(shù)是一種高效、智能的自動(dòng)化控制技術(shù)，應(yīng)用廣泛、可靠性高。在污水處理廠中，PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用同樣有著重要的意義。首先，PLC 控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理過程的自動(dòng)化控制。傳統(tǒng)的生化、物理等處理方法需要人工監(jiān)控和操作，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。而PLC 控制技術(shù)通過設(shè)置控制程序、監(jiān)測(cè)設(shè)備參數(shù)等手段，將處理過程自動(dòng)化，避免了人工干預(yù)的不確定性和失誤，提高了處理效率和穩(wěn)定性。其次，在處理污水滲濾液方面，PLC 控制技術(shù)的應(yīng)用可以提高處理效率和降低成本。PLC 控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)滲濾液的智能監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)滲濾液的自動(dòng)化處理，大大提高了處理效率。此外，PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性高，出錯(cuò)率低，可以有效減少人工干預(yù)和維護(hù)成本。最后，PLC控制技術(shù)還可以為處理污水滲濾液提供以下方面的輔助支持，如智能監(jiān)控和診斷故障、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和分析、調(diào)節(jié)及控制污染物濃度和排放等[2]。

3 PLC 自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)方案

3.1 PLC 硬件系統(tǒng)搭建

PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案依賴于該系統(tǒng)所需控制的設(shè)備和具體控制策略。以下是一個(gè)PLC 硬件系統(tǒng)搭建設(shè)計(jì)方案。

對(duì)于污水滲濾液的處理，通常采用生化法和物理法相結(jié)合的方式。本系統(tǒng)將使用壓力過濾機(jī)和氧化塔作為處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水滲濾液的處理。本系統(tǒng)將使用一臺(tái)全面支持實(shí)時(shí)控制和運(yùn)行穩(wěn)定性高的西門子S7-1500 系列PLC。該P(yáng)LC 具有多個(gè)接口和通信協(xié)議，支持實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)擁有豐富的硬件資源和編程能力，可以實(shí)現(xiàn)通用數(shù)據(jù)采集和互聯(lián)網(wǎng)接口等諸多功能。

（1）對(duì)于處理設(shè)備，需要與PLC 進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和指令下發(fā)等功能?？梢圆捎猛ㄓ玫哪M量和數(shù)字量輸入輸出接口。

（2）PLC 應(yīng)該經(jīng)過編程控制所有處理設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行細(xì)粒度的控制。例如，通過控制電動(dòng)閥門、水泵、壓力計(jì)等措施控制壓力過濾機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并利用氧化塔對(duì)處理后的污水進(jìn)行消毒處理。

（3）PLC 應(yīng)該具有自我保護(hù)和恢復(fù)功能，在出現(xiàn)異常狀況時(shí)自動(dòng)調(diào)整并恢復(fù)運(yùn)行。

在PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高污水滲濾液的處理效率和處理效果，我們需要對(duì)處理流程進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。將粗過濾污水通過泵送至預(yù)處理池，使用氧化劑和過濾劑進(jìn)行處理，去除懸浮顆粒的雜質(zhì)，提高后續(xù)處理效率。啟動(dòng)PLC 系統(tǒng)，將預(yù)處理池中的水泵送至壓濾機(jī)進(jìn)行壓力過濾，并通過PLC 實(shí)時(shí)監(jiān)控壓濾機(jī)的壓力和水位，根據(jù)合理的控制策略自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開度，從而保持良好的水壓、水位和流量。將處理后的污水經(jīng)過氧化塔和消毒裝置處理后，將排放到指定地點(diǎn)[3]。

3.2 PLC 控制程序設(shè)計(jì)與優(yōu)化

在PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)下，滲濾液的處理流程需要通過PLC 控制程序進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化處理流程，我們需要進(jìn)行PLC 控制程序設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

針對(duì)滲濾液處理流程中的預(yù)處理、壓濾過程和后期處理階段，需要進(jìn)行相應(yīng)的PLC 控制程序設(shè)計(jì)。

（1）預(yù)處理控制程序?；谶^濾材料和氧化劑等進(jìn)行預(yù)處理的功能，需要設(shè)置預(yù)處理池的水位控制和過濾機(jī)的啟停控制，同時(shí)原料庫(kù)存的生產(chǎn)進(jìn)度也需要進(jìn)行追蹤和監(jiān)控。

（2）壓濾過程控制程序。需要對(duì)電動(dòng)閥門、流量計(jì)和壓力計(jì)等進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，保證壓力過濾機(jī)的穩(wěn)定性和長(zhǎng)時(shí)間的正常工作。而且，還可以利用實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力控制和水位控制、壓力波動(dòng)防護(hù)等功能的實(shí)現(xiàn)。

（3）后期處理控制程序。需要對(duì)氧化塔和消毒裝置進(jìn)行控制，對(duì)出水參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在符合指定范圍的情況下進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)污水性質(zhì)和處理要求，及時(shí)進(jìn)行因水質(zhì)波動(dòng)而導(dǎo)致的處理參數(shù)的調(diào)整和控制。

為了進(jìn)一步提高PLC 控制程序的性能和處理效果，需要進(jìn)行基于預(yù)處理、壓濾過程和后期處理階段的PLC 控制程序優(yōu)化：①預(yù)處理優(yōu)化。在預(yù)處理環(huán)節(jié)，應(yīng)采用多種主流氧化劑和過濾材料，以提高預(yù)處理效果，進(jìn)而優(yōu)化后期壓濾過程的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。②壓濾過程優(yōu)化。采用PID 算法和模糊控制等先進(jìn)控制方法，進(jìn)行多參數(shù)多維度的精細(xì)調(diào)節(jié)，以達(dá)到最優(yōu)壓力控制和能耗控制的效果。③后期處理優(yōu)化。結(jié)合高精度的水質(zhì)分析儀器，構(gòu)建可逆水循環(huán)利用技術(shù)，推進(jìn)水資源循環(huán)利用的方向，并且結(jié)合多種現(xiàn)代綠色環(huán)保技術(shù)，如利用O3 和UV 消毒實(shí)現(xiàn)水凈化，氨基酸等無害廢物微生物轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)資源再利用[4]。

4 PLC 自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化

4.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

基于以上的控制程序設(shè)計(jì)和優(yōu)化方案，可以進(jìn)行一個(gè)完整的PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化，其主要的功能如下。

在預(yù)處理池中添加氧化劑和過濾劑等材料，通過自動(dòng)控制PLC 系統(tǒng)，對(duì)預(yù)處理過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制和監(jiān)測(cè)；定期根據(jù)預(yù)處理池水位、過濾材料等狀態(tài)來進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)整和維護(hù)工作。在壓力過濾機(jī)上安裝壓力傳感器、電動(dòng)閥門和流量計(jì)等裝置，通過PLC 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)其壓力、水位和流量等參數(shù)；采用多種先進(jìn)的控制算法和控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力過濾過程的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化。在氧化塔和消毒裝置等處理設(shè)備上安裝水質(zhì)分析儀器，通過PLC 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)其處理參數(shù)，以保證出水水質(zhì)符合指定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和安全要求；并推廣可循環(huán)水利用和水資源養(yǎng)護(hù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。通過對(duì)滲濾液處理流程和PLC 控制程序的全面優(yōu)化，可以優(yōu)化整個(gè)處理流程的適應(yīng)性、穩(wěn)定性和效率，減少能耗和成本開支，提高處理流程的可持續(xù)性和環(huán)保性，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性的優(yōu)化。

4.2 系統(tǒng)性能優(yōu)化

PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能與響應(yīng)速度、精度和穩(wěn)定性等相關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的優(yōu)化，可以適時(shí)對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行升級(jí)，增強(qiáng)其信號(hào)處理和數(shù)據(jù)傳輸能力；采用高速采集器件和精準(zhǔn)控制算法，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精確度。PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅需要實(shí)現(xiàn)對(duì)滲濾液處理流程的全面控制和優(yōu)化，還需要考慮到使用者體驗(yàn)的方面，以便用戶可以在使用系統(tǒng)時(shí)更加方便快捷。通過優(yōu)化系統(tǒng)UI 設(shè)計(jì)、提高系統(tǒng)兼容性和平臺(tái)適配性等方面，提高使用體驗(yàn)。性能優(yōu)化的同時(shí)，還需要考慮到系統(tǒng)的可持續(xù)性。在PLC 控制程序的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中，應(yīng)采用盡可能少的資源和能源進(jìn)行控制，減少電能消耗，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本；建立完善的系統(tǒng)診斷與維護(hù)機(jī)制，及時(shí)處理隱患和故障，提高系統(tǒng)的可用性和維修效率，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性的可持續(xù)發(fā)展[5]。

4.3 故障處理與運(yùn)行維護(hù)

建立定期的系統(tǒng)維護(hù)機(jī)制，包括清潔、檢查和優(yōu)化系統(tǒng)的硬件和軟件部分，旨在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題并及時(shí)維修和更換。建立故障診斷機(jī)制，包含故障的判定、診斷、修復(fù)等步驟?？梢酝ㄟ^增加系統(tǒng)故障報(bào)警器和檢測(cè)設(shè)備等方式，通過PLC 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和提醒運(yùn)行人員，制定適當(dāng)?shù)墓收咸幚泶胧?，及時(shí)排除故障。備用的硬件設(shè)備和備件可以幫助減少系統(tǒng)的故障風(fēng)險(xiǎn)。如果出現(xiàn)故障，可以更換部件或設(shè)備以保證系統(tǒng)的運(yùn)行，而不會(huì)對(duì)生產(chǎn)和環(huán)保產(chǎn)生不必要的損失。建立PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行日志記錄機(jī)制，記錄整個(gè)滲濾液處理系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、各類報(bào)警信息和維護(hù)記錄，從而為檢修和系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù)。經(jīng)常性地對(duì)PLC 控制程序進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，針對(duì)系統(tǒng)中存在的一些小問題進(jìn)行優(yōu)化，減少故障發(fā)生的可能性，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

5 實(shí)驗(yàn)與分析

5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)方法

搭建PLC 自動(dòng)化控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需要選擇多種不同廠家的PLC 控制器、人機(jī)界面、伺服/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、傳感器、氣動(dòng)元件、可編程序控制器等硬件設(shè)備，并安裝相應(yīng)的軟件，包括PLC 編程軟件、運(yùn)動(dòng)控制軟件、CAD 設(shè)計(jì)軟件等。同時(shí)，需要利用抽濾池和滲濾裝置等設(shè)備構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以模擬滲濾液處理流程。

首先，安裝PLC 編程軟件，并設(shè)計(jì)控制程序。該程序應(yīng)該完成滲濾液處理過程中的吸液、排液、清洗等操作。其次，設(shè)計(jì)人機(jī)界面，以方便操作員對(duì)PLC 程序的實(shí)時(shí)監(jiān)控與操作，并與控制器進(jìn)行通信。另外，運(yùn)用氣動(dòng)元件、傳感器、伺服/步進(jìn)電機(jī)等硬件設(shè)備，結(jié)合控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖詣?dòng)化控制。控制方式可以采取手動(dòng)控制、定時(shí)控制、事件觸發(fā)等多種方式。逐步增加實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械膹?fù)雜度，擴(kuò)展模型規(guī)模與產(chǎn)出。需要進(jìn)行不同情況下的響應(yīng)測(cè)試，包括溫度、流量、壓力、污染與其他環(huán)境參數(shù)等。對(duì)PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制和快速響應(yīng)。

5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)評(píng)價(jià)

在PLC 自動(dòng)化控制實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以評(píng)估系統(tǒng)的性能和效率。通過對(duì)控制程序運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄，可以得到各項(xiàng)參數(shù)的數(shù)值，例如溫度、壓力、流量、控制信號(hào)等。使用數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而得到系統(tǒng)的工作性能指標(biāo)，包括生產(chǎn)效率、系統(tǒng)響應(yīng)速度、故障率以及節(jié)能效果等。

PLC 自動(dòng)化控制實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)需要從多種角度進(jìn)行，關(guān)鍵性能表現(xiàn)如下。

控制的準(zhǔn)確程度是衡量系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，控制精度越高，系統(tǒng)運(yùn)作效率越高?？梢酝ㄟ^對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)比，評(píng)估系統(tǒng)的控制精度。生產(chǎn)效率是與PLC 自動(dòng)化控制相關(guān)的最重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一，直接關(guān)系到生產(chǎn)能力、質(zhì)量、速度和效益?？赏ㄟ^分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來評(píng)估系統(tǒng)生產(chǎn)效率。系統(tǒng)的穩(wěn)定性是制造業(yè)生產(chǎn)中最關(guān)鍵的一個(gè)因素。如果系統(tǒng)存在穩(wěn)定性問題，就會(huì)導(dǎo)致成品質(zhì)量波動(dòng)或生產(chǎn)效率下降。通過雙工系統(tǒng)設(shè)計(jì)及備用設(shè)備來維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性。如果系統(tǒng)故障率過高，那么就會(huì)影響工作的效率和客戶對(duì)產(chǎn)品的態(tài)度?？梢酝ㄟ^對(duì)故障處理方案的評(píng)估來衡量系統(tǒng)的故障率。采用PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠最優(yōu)化設(shè)備布局、減少空余能量的消耗，自動(dòng)化程度越高，節(jié)能效果便越顯著，這也是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必要途徑[6]。

6 結(jié)語

通過對(duì)PLC 自動(dòng)化控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建、實(shí)驗(yàn)方法的選擇和數(shù)據(jù)分析的處理，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)和改進(jìn)，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供有效的支撐和保障。PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)制造中的重要技術(shù)，它能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、高速、高效、精準(zhǔn)的生產(chǎn)控制，為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化、智能化、綠色環(huán)保化提供了強(qiáng)有力的支持。在未來的工業(yè)制造中，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)揮著作用。我們需要持續(xù)地探索和優(yōu)化這種技術(shù)，提升控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性，進(jìn)一步提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化、智能化和可持續(xù)發(fā)展。