基于PLC的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

李東豪

摘要：隨著社會(huì)進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，生活水平不斷提高，環(huán)境問題已經(jīng)成為了一個(gè)嚴(yán)重的問題，其中污水處理的問題已經(jīng)迫在眉睫，急需要去解決。然而大部分污水處理廠的控制通常是傳統(tǒng)的儀表控制，主要是人工控制，很少一部分是半自動(dòng)、半手動(dòng)控制方法，數(shù)據(jù)也不能及時(shí)的得到并處理。這樣使得大部分污水處理廠的運(yùn)行成本高，經(jīng)濟(jì)收益比較低，而且控制系統(tǒng)落后等一系列問題。因此，實(shí)現(xiàn)污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為污水處理廠安全、穩(wěn)定、長周期和優(yōu)化運(yùn)行的重要保證，而研究污水處理過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能、架構(gòu)與實(shí)施方法具有重要的實(shí)用意義。本文運(yùn)用PLC控制技術(shù)就污水處理廠從污水進(jìn)入到凈化完成的工藝流程及自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：污水處理；自動(dòng)控制系統(tǒng)；PLC；設(shè)計(jì)

1引言

由于改革的深入，社會(huì)進(jìn)程的加快，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高。人們對于自己所生活的環(huán)境也提出了更高的要求，伴隨著社會(huì)的發(fā)展環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，尤其是水資源的污染給人們的身體帶來了危害，所以污水的處理工作就變成了社會(huì)的重大工作。然而污水處理的技術(shù)還處于比較低的程度，污水處理廠的手動(dòng)控制和半自動(dòng)化控制嚴(yán)重影響了污水的處理效率，所以人們希望設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的系統(tǒng)。自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)污水廠的全自動(dòng)控制，便于對水質(zhì)質(zhì)量的時(shí)刻檢測，對污水廠污水處理的效率有了很大的提升，而且節(jié)約能源、降低投資，順應(yīng)世界污水廠的發(fā)展趨勢。

1.1目的和意義

淡水匱乏是世界上多數(shù)國家面臨的問題，其中我國面臨的問題更加嚴(yán)峻，所以解決水資源短缺問題刻不容緩。然而工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)對水造成了嚴(yán)重的污染，污水帶給了人們嚴(yán)重的危害所以解決污水問題就尤為重要。污水的處理不僅可以解決水資源的短缺問題還可以凈化環(huán)境。然而國內(nèi)的污水處理廠都采用半自動(dòng)半手動(dòng)的處理方式這就使得污水處理工作效率低，凈化不完全嚴(yán)重制約著社會(huì)的發(fā)展。所以實(shí)現(xiàn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)就變的尤為重要。污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，提高處理廠的工作效率，還可以時(shí)刻檢測水質(zhì)質(zhì)量，根據(jù)相應(yīng)的情況作出對應(yīng)的操作。

1.2研究現(xiàn)狀

國外的西方資本主義國家由于經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，科技水平比較高，所以在環(huán)境保護(hù)方面比其他國家做得早而且得到了很好的效果。尤其在污水處理方面他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，大大的解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力而且效率得到了大幅提升。近些年來，在國家環(huán)保政策的影響下，污水處理廠在我國污水處理工作取得了一定進(jìn)展，但在實(shí)際工作中存在不同層次的問題。尤其在污水處理的自動(dòng)化控制水平上，信息自動(dòng)化還沒有完全實(shí)現(xiàn)。在污水處理工作中，也采用人工與自動(dòng)控制相結(jié)合，還需要引進(jìn)一些污水處理設(shè)備。同時(shí)，對于一些較小的污水處理廠，由于污水處理工作的有關(guān)管理人員不重視，在這方面缺乏資金，導(dǎo)致污水處理技術(shù)跟不上，相關(guān)設(shè)施不完善，并被不同時(shí)節(jié)影響，導(dǎo)致污水處理不能及時(shí)進(jìn)行，由于使用國內(nèi)的離線儀表導(dǎo)致污水處理的結(jié)果也不是很好，對于污水的自動(dòng)控制系統(tǒng)還沒有很深刻的了解。

2污水廠自控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式

污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種方式：一是數(shù)據(jù)監(jiān)控采集方式，二是全廠自動(dòng)控制方式，該方式數(shù)據(jù)采集及控制功能均可實(shí)現(xiàn)，組態(tài)靈活，是現(xiàn)階段污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)常用的方式。

2.2 PLC工作子站

PLC為了更好和更穩(wěn)定的工作，軟、硬件方面都做了一些調(diào)整，使其具有更高的可靠性、穩(wěn)定性?，F(xiàn)在產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)：

（1）處理速度顯著提高。

（2）CPU的資源裕量顯著增加。

（3）CPU 通信性能顯著增強(qiáng)。

（4）硬件冗余CPU同步速率更快。

（5）兼容性強(qiáng)。

PLC工作站的功能如下：

（1）進(jìn)水泵房PLC工作站

查看格柵變化的水面高度及機(jī)器的工作狀況。手動(dòng)/自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行，依據(jù)泵的運(yùn)行時(shí)間，自動(dòng)開啟水泵機(jī)組。

（2）污泥泵房PLC工作站

查看污泥泵房各機(jī)器的工作狀況，按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值智能運(yùn)行設(shè)備機(jī)組。

（3）脫水車間PLC工作站

查看脫水車間各機(jī)器的狀況、污泥池液面高度和參數(shù)。

（4）變電站PLC工作站

對變電站中輸入線路和各配電線路狀況的查看。

3污水廠自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

自控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為自動(dòng)控制和下位機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)兩部分。

3.1 自動(dòng)控制方式

自動(dòng)控制方式有：現(xiàn)場手動(dòng)控制、工作站PLC控制和中央控制室控制。

3.2 PLC 程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)有隔柵間控制、進(jìn)水泵房控制、沉砂池A/O池控制、二沉池消毒池控制及脫水車間控制。

3.2.1 格柵間控制

格柵間對粗、細(xì)格柵機(jī)組進(jìn)行控制，在計(jì)算機(jī)上規(guī)定液位和定時(shí)條件進(jìn)行控制，使用液位控制是通過檢測格柵的水位差來進(jìn)行格柵機(jī)的起停，把水位差與在計(jì)算機(jī)設(shè)置的水位進(jìn)行比較，當(dāng)結(jié)果是大于上限時(shí)計(jì)算機(jī)給PLC一條啟動(dòng)的指令，則對應(yīng)的格柵機(jī)組運(yùn)行；當(dāng)結(jié)果低于規(guī)定的下限時(shí)，PLC控制格柵機(jī)組停止運(yùn)行。使用定時(shí)控制時(shí)，格柵機(jī)組按照規(guī)定時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)。

3.2.2 A/O 池與二沉池控制

A/O、二沉池控制對象：鼓風(fēng)量控制、污泥回流量控制。

對鼓風(fēng)量的控制就是對進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)閘和曝氣機(jī)的控制。根據(jù)A/O池中DO，進(jìn)行閥門大小的調(diào)整和控制曝氣機(jī)的開停臺數(shù)，控制水中的含氧量。

工藝的運(yùn)行狀態(tài)可以通過回流污泥量來控制。計(jì)算機(jī)將收集到的進(jìn)水流量和污泥的回流量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算機(jī)依據(jù)規(guī)定的回流比處理后輸出一個(gè)信息給PLC，PLC將信息傳給變頻器，使回流比接近設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

3.2.3脫水車間控制

進(jìn)料系統(tǒng)：當(dāng)污泥池液位超出預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后，污泥泵運(yùn)行。當(dāng)污泥池超出預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后，污泥泵停止運(yùn)行。

加藥系統(tǒng)：每臺加藥泵都有與一臺污泥泵相關(guān)聯(lián)，每當(dāng)污泥泵的運(yùn)行/停止，系統(tǒng)會(huì)讓關(guān)聯(lián)的加藥泵自動(dòng)運(yùn)行/停止。加藥泵提取凝劑溶液供給預(yù)脫水機(jī)。加藥泵依據(jù)污泥泵流量的多少，自動(dòng)分配加藥量。

預(yù)脫水系統(tǒng)：每臺預(yù)脫水機(jī)都有一臺污泥泵相關(guān)聯(lián)，每當(dāng)污泥泵的運(yùn)行/停止，系統(tǒng)會(huì)讓關(guān)聯(lián)的預(yù)脫水機(jī)自動(dòng)運(yùn)行/停止。

脫水系統(tǒng)：當(dāng)污泥池液位超出預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后，污泥泵運(yùn)行。當(dāng)剩余污泥池超出預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后，污泥泵停止運(yùn)行。隨著污泥泵的運(yùn)行/停止，污泥泵系統(tǒng)也會(huì)控制離心機(jī)和帶式傳送機(jī)自動(dòng)運(yùn)行/停止。

4運(yùn)行結(jié)果

污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，就此設(shè)計(jì)建成工廠以后，我們要對工廠設(shè)計(jì)的可行性進(jìn)行檢測。檢測污水處理廠是否符合地方規(guī)定的污水出水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備、儀表、程序、工藝等方面的不足之處。

該污水處理廠建成運(yùn)作以后污水處理廠的污水從進(jìn)水到出水基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，不再需要人工的手動(dòng)操作，大大提高了污水處理效率，通過對出水水質(zhì)成分的檢測可以說明經(jīng)過自動(dòng)化設(shè)計(jì)的污水廠，污水處理后可以滿足當(dāng)?shù)匾?guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié) 論

本文通過對污水處理工藝的詳細(xì)介紹，就污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說明，接著對自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)說明，實(shí)踐證明，本文所設(shè)計(jì)的污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)作為污水處理廠的模范，對大多污水處理廠都有指導(dǎo)意義。但是在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中還有很多不足，本設(shè)計(jì)在一些其他的方面還沒有提及，存在一些問題。自動(dòng)控制系統(tǒng)理論在污水處理行業(yè)的應(yīng)用是社會(huì)的發(fā)展趨勢，自動(dòng)控制理論等諸多方面不斷完善，讓我們可以更加容易的應(yīng)用這些成果，提高工作效率，降低建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用。

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（作者單位：上海城投（水務(wù)）集團(tuán)有限公司制水分公司）