芻議PLC系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用

摘要：在污水處理廠應(yīng)用自控系統(tǒng)不僅可以提高工作效率，還可以有效地提高污水處理廠的工作質(zhì)量。本文針對(duì)PLC系統(tǒng)集過(guò)程控制和科學(xué)管理于一體，具有可靠性高、控制性能優(yōu)越、管理功能完善等優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了分析探討

關(guān)鍵詞：污水處理;PLC控制;流程

1.污水處理工藝流程

污水處理工藝采用活性污泥法。活性污泥是微生物群體及它們所吸附的有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)的總稱，它由以好氧微生物為主體的絨粒組成，混雜著污水中的有機(jī)物、無(wú)機(jī)性懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì)，并在其表面上附聚著各種不同的原生動(dòng)物，具有降解污水中有機(jī)物的能力，顯示出生物化學(xué)活性?；钚晕勰辔鬯幚磉^(guò)程就是利用此生化活性去除污水中的污染物質(zhì)。具體為：原生污水經(jīng)過(guò)預(yù)處理和一級(jí)處理后，經(jīng)初沉池出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在活性污泥的作用下，進(jìn)行好氧和厭氧生物降解，將污水中含有的溶解和膠體狀態(tài)的有機(jī)物分解并進(jìn)行脫氮除磷反應(yīng)。污水混合液進(jìn)入初沉池進(jìn)行固液分離，上層澄清水排入調(diào)節(jié)池，下層污泥經(jīng)初步濃縮后再通過(guò)板框壓濾機(jī)脫水，將泥餅外運(yùn)，污泥池上清液和濾液回流至調(diào)節(jié)池繼續(xù)處理。

2.PLC 控制站的硬件配置與功能

2.1 PLC 控制站硬件配置

PLC 采用西門子的S7—300 系列，根據(jù)系統(tǒng)要求，PLC總體配置如下：（1）電源模塊，選用6ES7 307—1KA02—0AA0 24VDC10 A;（2）中央處理模塊（CPU），選用CPU315—2PN/DP;（3）數(shù)字量輸入模塊（DI），選用6ES7321—1BL00—9AM0，處理32點(diǎn)輸入信號(hào);（4）數(shù)字量輸出模塊（DO），選用6ES7322—1BL00—9AM0，處理32 點(diǎn)輸出信號(hào);（5）模擬量輸入模塊（AI），選用6ES7 331—1KF02—9AM0，處理8點(diǎn)輸入信號(hào);（6）模擬量輸出模塊（AO），選用6ES7 332—5HF00—9AM0，處理8點(diǎn)輸出信號(hào)。

2.2 PLC 控制站的控制功能

設(shè)備控制方式分為中央控制和就地控制兩種。就地控制裝置分別設(shè)置在各單元設(shè)備附近。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)（手動(dòng)/自動(dòng)）開(kāi)關(guān)切換到手動(dòng)，由現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)直接控制設(shè)備，這是最高優(yōu)先控制，在這一模式下，PLC僅對(duì)運(yùn)行狀態(tài)作監(jiān)視。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（手動(dòng)/自動(dòng)）開(kāi)關(guān)切換到自動(dòng)，則成為中央控制方式。我們?cè)赑LC 的運(yùn)行程序中又設(shè)置了上位機(jī)控制方式和PLC控制方式：當(dāng)上位機(jī)切換到上位機(jī)控制方式時(shí)PLC接收上位機(jī)發(fā)出的指令，通過(guò)計(jì)算機(jī)直接遙控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如啟動(dòng)或停止各類泵，風(fēng)機(jī)、閥、攪拌器等;當(dāng)上位機(jī)切換到PLC方式時(shí)，PLC按預(yù)先設(shè)定的測(cè)量液位、流量、溶解氧等參數(shù)自動(dòng)操作泵、風(fēng)機(jī)等，并監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行情況。

2.3 調(diào)節(jié)池單元的PLC控制

鼓風(fēng)機(jī)房共有12臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)，其中有2臺(tái)是變頻風(fēng)機(jī)。調(diào)節(jié)池中共設(shè)有4套溶解氧測(cè)試儀，其控制思路是通過(guò)計(jì)算機(jī)為DO 儀設(shè)置一個(gè)測(cè)量范圍，當(dāng)進(jìn)水量達(dá)到平衡，池中懸浮物濃度合乎標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一旦水中含氧突破這個(gè)范圍，PLC 就會(huì)收到現(xiàn)場(chǎng)溶解氧儀反饋回的報(bào)警信號(hào)。PLC便可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值來(lái)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量。鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的臺(tái)數(shù)由PLC根據(jù)測(cè)量的溶解氧平均值來(lái)控制，PLC每隔15min 判斷一次調(diào)節(jié)池內(nèi)的溶解氧值，溶解氧低于設(shè)定下限時(shí)調(diào)頻風(fēng)機(jī)增加10 %，若調(diào)頻風(fēng)機(jī)已達(dá)最大值，則增開(kāi)一臺(tái)普通分風(fēng)機(jī)。溶解氧高于設(shè)定上限時(shí)調(diào)頻風(fēng)機(jī)減少10 %，若調(diào)頻風(fēng)機(jī)已達(dá)最小值，則關(guān)閉一臺(tái)普通風(fēng)機(jī)。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

用戶的軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的控制質(zhì)量和人員設(shè)備的安全，所以開(kāi)發(fā)一套功能完善、可靠性高的軟件尤為重要。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，用戶的軟件設(shè)計(jì)同樣分為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和下位機(jī)程序設(shè)計(jì)。

3.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

下位機(jī)PLC的用戶程序基于SIEMENS 公司的Step7V5.5軟件平臺(tái)，在該平臺(tái)上完成硬件組態(tài)、地址和站址的分配以及用戶程序的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。Step7 主要有3種編程方法：線性編程、分布式編程、模塊化編程。應(yīng)用模塊化編程方法，根據(jù)所控制設(shè)備的實(shí)際情況，可把整個(gè)污水處理流程分為若干個(gè)分流程，每個(gè)分流程對(duì)應(yīng)一個(gè)功能或功能塊。把程序分成若干程序塊，各程序塊分別含有一些設(shè)備和任務(wù)的程序指令，每個(gè)功能區(qū)被分成不同的塊進(jìn)行編程，整個(gè)程序通過(guò)組織塊OB1 控制調(diào)用各功能。在主程序（OB1）中將各種控制功能和各站點(diǎn)間的通訊數(shù)據(jù)分別編寫(xiě)在不同的子程序中，其中通信程序是程序設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此著重論述這部分。下面是PLC 的部分通信程序：

NETWORK1

LDSM0.1∥第一次掃描

MOVB16#09，SMB30

∥自由口通訊模式：9600 波特率，無(wú)奇偶校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位

MOVB 16#7C，SMB87∥接收信息狀態(tài)字節(jié)

MOVB16#53，SMB88

∥設(shè)置信息的開(kāi)始字符\"S\"

MOVB 16#45，SMB89

∥設(shè)置信息的結(jié)束字符\" E\"

MOVW+5，SMW90

∥設(shè)定空閑行的時(shí)間間隔（ms）

MOVW+179，SMW92

∥字符間/信息間定時(shí)器超時(shí)值（ms）

MOVB 60，SMB94 ∥接收字符的個(gè)數(shù)

NETWORK2

LD SM0.1 MOVB 16#53，VB2499

∥設(shè)置接收和發(fā)送緩沖區(qū)的首地址

ATCH 發(fā)送完中斷，9

∥把發(fā)送完成中斷和發(fā)送完成中斷子程序連接起來(lái)

ATCH 接收完中斷，23

∥把接收完成中斷和接收完成中斷子程序連接起來(lái)

ENI ∥允許中斷

3.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

亞控公司組態(tài)王6.53 與S7—300 系列PLC 通訊而制定的串行通訊協(xié)議，采用主從問(wèn)答方式，上位機(jī)為主呼方，下位機(jī)為應(yīng)答方。自由端口協(xié)議CPU 的串行通訊端口可由用戶程序控制。只有當(dāng)CPU 處于RUN 模式才可以進(jìn)行自由端口通訊。通信前要對(duì)串口進(jìn)行初始化，SMB30和SMB130用來(lái)分別配置通訊端口0和1，為自由端口通訊選擇波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位數(shù)。S7—300 有兩個(gè)通訊端口PORT0和PORT1，用PORT1 作為與上位機(jī)通訊端口，直接與RS485 總線相連。這里PLC選擇9600波特率，端口選擇PORT1。由于上位機(jī)采用組態(tài)王軟件，因此PLC在程序上不必編寫(xiě)與組態(tài)王通訊的程序，只需在組態(tài)王的開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行必要的設(shè)置。

組態(tài)王主要接收來(lái)自PLC 的數(shù)據(jù)。把界面中要顯示的變量與相應(yīng)PLC 寄存器中所存數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)。再在開(kāi)發(fā)的界面中把要顯示的數(shù)據(jù)與相應(yīng)的變量連接起來(lái)，當(dāng)進(jìn)入組態(tài)王的運(yùn)行環(huán)境時(shí)，所顯示的數(shù)據(jù)就是PLC中寄存器所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。從而實(shí)現(xiàn)了PLC中數(shù)據(jù)在組態(tài)王中的實(shí)時(shí)顯示。

上位機(jī)采用組態(tài)軟件中的組態(tài)王，這種軟件開(kāi)發(fā)上位機(jī)界面友好、生動(dòng)。根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)主要界面：

（1）主菜單。包括各個(gè)反應(yīng)池總貌、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)、報(bào)警設(shè)定、報(bào)警記錄、參數(shù)表、幫助等功能選項(xiàng)。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊不同的選項(xiàng)按鈕，就會(huì)彈出相應(yīng)的畫(huà)面。各個(gè)畫(huà)面之間可以自由切換，并都具有屏幕拷貝和打印輸出功能。

（2）系統(tǒng)總貌。用以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地顯示各個(gè)反應(yīng)池的工藝流程、工藝參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）參數(shù)畫(huà)面。用以總覽所有參數(shù)實(shí)測(cè)值及流量等的累計(jì)值。

（4）趨勢(shì)畫(huà)面。實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫(huà)面可動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)的變化曲線，歷史趨勢(shì)畫(huà)面可保留90 天的參數(shù)變化曲線，均可打印輸出。

（5）報(bào)警畫(huà)面。在語(yǔ)音報(bào)警同時(shí)，彈出報(bào)警框，提示故障位置，并記入歷史報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.結(jié)語(yǔ)

該污水處理的PLC 控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于污水處理廠及有關(guān)企業(yè)的污水處理，實(shí)現(xiàn)污水處理的自動(dòng)化。采用PLC控制技術(shù)后，操作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，對(duì)能源和設(shè)備的利用更加合理，解決了設(shè)備分散、復(fù)雜、難以控制的難題，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源，降低能耗，穩(wěn)定出水指標(biāo)，并且達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)改善環(huán)境水體質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。

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