PLC自控系統(tǒng)在污水處理工藝中的應(yīng)用

劉 倩 楊偉兵

漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 漯河 462000

在我國，隨著人民生活水平的不斷提高，生豬養(yǎng)殖也越來越規(guī)模化，而養(yǎng)殖過程中的生產(chǎn)污水處理也成為整個(gè)環(huán)保工作中的重要環(huán)節(jié)，隨著污水處理工程和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC自控系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用的比例也在不斷提升:污水處理是一個(gè)復(fù)雜多變的過程，傳統(tǒng)的控制工藝多采用儀表控制，以人工手動(dòng)控制為主，需要操作工人具備豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，這種方法生產(chǎn)效率低下，污水處理質(zhì)量也極不穩(wěn)定，信息采集也不能集中。想提高工作質(zhì)量，降低成本，就必須采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，構(gòu)建自動(dòng)化的污水處理產(chǎn)線或者工廠，基于這一構(gòu)思，本文將在下文中對(duì)PLC自控系統(tǒng)在污水處理工藝中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 污水處理PLC自控系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)上層分為2套:

1.1.1 場區(qū)中控室2臺(tái)中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)；

1.1.2 整個(gè)集團(tuán)后臺(tái)數(shù)據(jù)中心，手機(jī)端APP。

1.2 下層為若干個(gè)可編程邏輯控制器(PLC，西門子品牌，S7―200 SMART、S7―1200等系列)，它們分布在污水處理的整個(gè)工藝流程的不同位置，分別負(fù)責(zé)不同設(shè)備的控制?，F(xiàn)場設(shè)備，比如電動(dòng)閥、水泵、風(fēng)機(jī)及紫外燈等與PLC的I/O端口相連，PLC通過輸入和輸出控制信號(hào)對(duì)其進(jìn)行控制量采集和控制，上位機(jī)和PLC之間則借助PLC通信網(wǎng)絡(luò)來交換數(shù)據(jù)，并進(jìn)行監(jiān)控操作，后臺(tái)數(shù)據(jù)中心通過OPC方式獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行WEB發(fā)布，通過手機(jī)APP和移動(dòng)端可進(jìn)行訪問。

1.3 該自控系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)、儀表檢測(cè)、上位機(jī)監(jiān)控及遠(yuǎn)程云端

四部分組成。計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)遵循 “分散控制、集中管理、資源共享、信息同步”的原則；儀表系統(tǒng)遵循 “工藝穩(wěn)定、功能實(shí)用、維護(hù)簡便”的原則。該自控系統(tǒng)是基于現(xiàn)代先進(jìn)控制思想的集散型控制系統(tǒng)。

2 PLC自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)時(shí)，選用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，配以西門子S7系列PLC，具有較高的性價(jià)比。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成 根據(jù)該廠的生產(chǎn)工藝，整個(gè)污水處理過程可以分為兩個(gè)控制區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置一套現(xiàn)場控制站。該污水處理廠工藝流程見下圖:

圖1 污水處理廠工藝流程圖

2.1.1 現(xiàn)場控制站一 該控制站測(cè)控管理區(qū)域?yàn)槭占鼐彌_池、固液分離。

2.1.2 現(xiàn)場控制站二 該控制站管理區(qū)域?yàn)檎右簝?chǔ)存池、AO池。

2.1.3 現(xiàn)場控制站三 該控制站管理區(qū)域?yàn)闅飧C(jī)。

2.1.4 現(xiàn)場控制站四 該控制站管理區(qū)域?yàn)镸BR池、UF超濾。

2.1.5 現(xiàn)場控制站五 該控制站管理區(qū)域?yàn)槌粞醢l(fā)生器、水氧混合器。

2.2 控制方式 主要自控設(shè)備的控制方式共三種:

2.2.1 本地手動(dòng)控制:通過就地控制箱的控制按鈕和PLC控制柜的觸摸屏虛擬按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟停操作；

2.2.2 遠(yuǎn)程手動(dòng)控制:操作人員通過中控室的監(jiān)控畫面，用鼠標(biāo)和鍵盤來控制現(xiàn)場設(shè)備；

2.2.3 自動(dòng)控制:由各PLC根據(jù)污水處理流程中各環(huán)節(jié)的工況和工藝參數(shù)反饋值自動(dòng)完成對(duì)設(shè)備的控制，不需要人工干預(yù)。這三種方式的控制級(jí)別由高到低依次為本地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、自動(dòng)控制。

2.3 通訊網(wǎng)絡(luò) 以太網(wǎng)通訊用于控制現(xiàn)場設(shè)備，西門子S7系列PLC自帶以太網(wǎng)通信端口，無須外界模塊即可進(jìn)行通信，各個(gè)環(huán)節(jié)水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)均可發(fā)送至上位機(jī)。上位機(jī)軟件(西門子WINCC)可將所有數(shù)據(jù)及控制按鈕等展示在自行組態(tài)的畫面上，更可以將PLC監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)直接保存至數(shù)據(jù)庫，方便后臺(tái)調(diào)用，及時(shí)展示在WEB端(可使用瀏覽器及移動(dòng)設(shè)備APP等訪問)。

2.4 軟件選型 使用西門子S7―1200(博圖)、S7―200 SMART(STEP 7―Micro WIN SMART)等控制器編程軟件和WINCC上位機(jī)組態(tài)軟件。PLC編程軟件可對(duì)PLC程序進(jìn)行修改，WINCC軟件可使操作員在正常監(jiān)控、操作的環(huán)境下，對(duì)上位組態(tài)、數(shù)據(jù)庫和操作員界面進(jìn)行修改。

3 PLC自控系統(tǒng)在生豬養(yǎng)殖場污水處理中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 PLC自控系統(tǒng)可展示整個(gè)工藝流程圖，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，在線檢測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)；可通過調(diào)整運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控；可通過在線的工藝參數(shù)反饋值自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行；可進(jìn)行能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)控；可自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表；可自動(dòng)提示和推送報(bào)警信息。

3.2 具體應(yīng)用

3.2.1 收集池緩沖池、固液分離區(qū):通過液位高低和時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)控制。

3.2.2 沼液儲(chǔ)存池和AO池:通過液位控制水泵、電動(dòng)閥啟停，通過在線檢測(cè)溶解氧和實(shí)際需氧量來調(diào)整曝氣風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)總的充氧量。

3.2.3 氣浮機(jī):通過液位和空氣壓力來控制自動(dòng)啟停，并通過監(jiān)測(cè)流量來計(jì)算實(shí)際需要的加藥量，自動(dòng)控制計(jì)量泵加入所需化學(xué)藥劑。

3.2.4 MBR池和UF超濾:通過液位、壓力、PH值、濁度、時(shí)間、濾膜兩側(cè)壓差等完成自動(dòng)控制。

3.2.5 污泥回流量自動(dòng)控制采用的是時(shí)間控制和手動(dòng)控制。

3.2.6 臭氧發(fā)生器、水樣混合器:根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)參數(shù)(PH值、濁度等)控制臭氧與水的混合比例，完成自動(dòng)控制。

3.3 在線儀表的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) 在線儀表(各種傳感器及其變送器等)在污水處理工藝中占據(jù)著重要的地位，對(duì)工藝調(diào)整和運(yùn)行起著指導(dǎo)作用。如液位計(jì)是否準(zhǔn)確關(guān)系到設(shè)備(泵，閥門等)的安全，溶解氧儀是否正常關(guān)系到出水的水質(zhì)等。因此，在線儀表的正確安裝是十分重要的。

3.3.1 該廠進(jìn)氣浮機(jī)2臺(tái)流量計(jì)，由于安裝的位置過于靠近出水口，這使得檢測(cè)位置的管道水量總是達(dá)不到滿管，并處于波動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致流量數(shù)據(jù)與實(shí)際流量出入較大，失去了實(shí)際參考意義。這種情況可能導(dǎo)致的后果是，根據(jù)該流量計(jì)算后加入的次氯酸鈉等化學(xué)藥劑數(shù)量不對(duì)，達(dá)不到工藝所需的處理標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)現(xiàn)此問題后，立即聯(lián)系廠家對(duì)儀表安裝位置進(jìn)行了調(diào)整，現(xiàn)使用情況良好。

3.3.2 該廠用于測(cè)量AO池好氧段溶解氧的溶解氧傳感器，安裝時(shí)未按照完全浸沒水下的安裝要求進(jìn)行安裝，導(dǎo)致溶解氧測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而影響對(duì)曝氣風(fēng)機(jī)的控制，致使下游工藝環(huán)節(jié)多次檢測(cè)水質(zhì)不合格，浪費(fèi)了大量人力。后對(duì)其安裝方式進(jìn)行更改，完全按照安裝要求進(jìn)行安裝，解決了下游環(huán)節(jié)的原水水質(zhì)問題。

3.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面建議 在PLC自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展和兼容性的問題。例如，該污水處理工藝中的除臭系統(tǒng)為集成在固液處理區(qū)的，前期PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮到其他環(huán)節(jié)也需要添加除臭系統(tǒng)并進(jìn)行自動(dòng)化控制，如果要實(shí)現(xiàn)新增除臭系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，需將新添加的除臭系統(tǒng)單獨(dú)作為一個(gè)控制站，并將各種參數(shù)、數(shù)據(jù)信號(hào)等傳輸?shù)街锌厥遥员氵\(yùn)行人員遠(yuǎn)程操作，而現(xiàn)場并無足夠空間安裝對(duì)各控制站，導(dǎo)致了現(xiàn)場出現(xiàn)安裝困難的問題。該廠后期擴(kuò)大產(chǎn)能，其PLC自控系統(tǒng)新增部分其他廠家設(shè)備，也存在信號(hào)輸出和兼容性不好等問題。

4 結(jié)束語

綜上所述 ，該P(yáng)LC自控系統(tǒng)的所有設(shè)備均符合該養(yǎng)殖場生產(chǎn)污水處理的日常工作要求，并在整個(gè)污水處理行業(yè)有著廣泛的適用性。該系統(tǒng)不僅使運(yùn)行成本降低，而且反應(yīng)靈敏，準(zhǔn)確度高，對(duì)提高污水處理的效率、節(jié)約成本及相應(yīng)的管理都具有積極的意義。因此，可以將其廣泛地應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)當(dāng)中。