PLC自動化控制系統在污水處理廠中的應用要點分析

施 皓，李伯偉

中國市政工程中南設計研究總院有限公司，廣東 東莞 523000

隨著我國人口數量的不斷攀升，城市用水需求量日益增加，人們生產生活所產生的污水也越來越多。傳統污水處理方法具有自動化程度低、操作難度大、成本高、效率低等缺點，因此需要對其進行有效的改革和創新。隨著科學技術的發展，自動化技術的運用水平更加成熟，其在各行業中的應用也更加的深入和廣泛，污水處理也應順應時代發展的潮流，加大對自動化技術的使用。

傳統污水處理廠控制系統以繼電器為主，當變更設計時，整個系統需要重新制作，不僅費時費力，還由于繼電器存在的接點接觸不良、磨損、體積大等缺點，造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題。可編程邏輯控制器（PLC）控制系統是一種即時系統，有別于個人計算機，具有控制能力強、編程簡單、運行可靠、抗干擾能力強、設備連接簡便、維修使用方便、能在線維修等優點，因此在污水處理廠中得以廣泛應用。

1 PLC自動化控制系統概述

PLC控制系統是專為工業生產設計的一種數字運算操作的電子裝置，采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序、邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出，控制各種類型的機械或生產過程，是工業控制的核心部分。

2 污水處理廠PLC自動化控制系統的構成

污水處理廠控制系統按分層分布式原則布置，系統分為信息層、控制層和設備層。其中，信息層設置在中央控制室，在中控室能集中監視廠內設備的實時運行情況，并通過PLC獨立實現設備的監視和控制功能。控制層系統采用分布式結構，設置針對單體或局部控制任務的就地控制站，采用光纖網絡將多個就地控制站相互連接，并連接到信息層系統。設備層系統采用數字通信網絡、遠程I/O裝置連接設備控制箱和檢測儀表。根據污水處理廠工藝特點及廠區平面布置，通常設置一個中央控制室和若干個現場控制站。

2.1 中央控制室

中央控制室一般設置于廠區綜合樓內，控制室內設的監控管理計算機系統負責全廠的自動化運行和生產管理。同時，閉路電視監控系統控制中心也設在中央控制室，對全廠的生產及安保工作進行實時監視。

2.2 現場控制站

現場控制站配置包括顯示操作終端和用于該站自動控制、工藝參數采集和網絡連接的PLC系統（CPU、電源、DI、DO、AI、AO等模塊與各種網絡通信接口適配器等）、不間斷電源，以及光纖環網通信的工業網絡交換機、電源、信號防雷器和各種隔離器。

現場被控設備除了可由操作人員通過就地箱控制，還可交給PLC進行自動控制。顯示操作屏是現場人機接口，操作人員可通過對屏上按鈕的操作，由PLC完成對相關設備的控制。操作人員也可以在屏上修改相關參數的設定。

3 污水處理廠PLC自動化控制系統的功能

第一，信息實時監控功能。在污水處理過程中，污水的流量、酸堿度、總磷總氮、氨氮，以及其他有機、無機污染物的濃度會隨著污水處理工序的逐一完成發生瞬時變化，如果不能對其進行實時把握，將影響污水的后續處理工序。為此，在污水處理廠中使用PLC自動化控制系統可以充分發揮信息監視系統的作用，對污水水體的變化數據進行實時收集，并將收集得到的信息實時傳輸到控制中心，從而使控制中心能有效把握和監控污水水體的變化。第二，信息處理功能。控制中心接收信息監控系統所收集到的污水水體實時信息，利用相關的軟件，綜合分析這些數據信息并得出相關結論，這些結論將成為控制人員進行調控的數據依據。第三，自動完成指令功能。控制人員在PLC自動化控制系統中輸入調控命令后，中央控制系統可以自主下達命令，實現對閥門、攪拌器、推流器、水泵等設備的自動調控。

4 污水處理廠PLC自動化控制系統的運行監控內容

以某常規工藝流程的污水處理廠為例，各單體設備監控情況如下。第一，粗格柵及進水泵房：水泵運行狀態、故障及滲漏監視；格柵除污機、螺旋輸送機運行狀態、故障監視與運行控制；電動閘門（閥門）位置、狀態、故障監視與運行控制。第二，細格柵及旋流沉砂池：電動閘門（閥門）位置、狀態、故障監視與運行控制；格柵除污機、螺旋輸送機、砂水分離器、提砂系統運行狀態、故障監視與運行控制。第三，生物池：電動閘門（閥門）位置、狀態、故障監視及運行控制；回流泵、攪拌機、推流器運行狀態、故障監視與運行控制。第四，鼓風機房：鼓風機及出口電動閥門運行狀態、故障監視與運行控制。第五，污泥濃縮脫水機房：脫水機（組）、進料泵、加藥泵、絮凝劑制備裝置、壓榨泵、空壓機、冷干機、污泥輸送機、電動儲泥斗等設備的監視與運行控制。第六，維轉盤過濾及紫外消毒渠：濾池旋轉驅動電機、水泵、閘門等設備狀態監視及運行控制；消毒裝置的監視與控制。第七，電力系統監控：配電間高壓柜及變壓器電力參數監測、主配電間各主要設備及工藝單體出線回路電力參數監測、各單體進線及主要設備出線回路電力參數監測。

5 污水處理廠PLC自動化控制系統的具體應用

5.1 PLC在電力監控系統中的應用

在電力監控系統的實施過程中使用PLC可以對電力系統中的設備以及機房的環境溫度、濕度、交流電壓、直流電壓、電流、煙霧報警、空調、除濕機等模擬量和開關量進行實時監控，利用其數據處理的功能，加強電力系統的開關量控制和安全回路控制，通過工作站計算機軟件平臺查看機房環境以及設備運行參數，實現遙測、遙信、遙控等功能。

5.2 PLC在污水處理廠運行過程中的應用

（1）PLC自動化控制系統能夠實現對格柵的自動控制。格柵自動控制一般是對水位差和時間進行控制。啟動除污耙時，螺旋式輸送機和柵渣壓實脫水機會被啟動運行，當格柵停止以后要延長一段螺旋式輸送機和柵渣壓實脫水機運行的時間。水位差值、格柵距上次運行的時間間隔、格柵的運行周期等數值可以利用PLC自動化控制系統中的監控管理系統和現場控制系統的操作屏進行設定。（2）PLC自動化控制系統能夠實現對進水泵房的自動控制。進水泵是利用超聲波液位計對水位進行檢測以實現自動控制。當水位升高時，控制水泵根據累計的水泵運行時間從小到大依次逐臺啟動；當水位降低時，控制水泵根據累計的水泵運行時間從大到小依次逐臺停止。系統可以對水泵運行時間進行自動累計，讓水泵進行自動輪值，以達到使所有的水泵始終都處于最佳運行狀態的目的。當水位降低到系統設置的最低保護水位時，所有水泵停止運行。最低保護水位的數值可以通過PLC自動化控制系統中的監控管理系統和現場控制系統的操作屏進行設定。（3）PLC自動化控制系統能夠實現對旋流沉砂池的自動控制。當旋流沉砂池自動運行時，其攪拌葉輪也會跟著連續運行，此時PLC自動化控制系統會定時啟動排砂程序，并控制砂水分離器等設備聯動運行。（4）PLC自動化控制系統能夠實現對系統充氧量的自動控制。系統充氧量可以利用PLC自動化控制系統調節曝氣機的轉速實現自動控制。實際測得的溶解氧（DO）濃度與氧化還原電位等數據是系統調節曝氣機轉速的主要指標，以達到充氧能力與實際需氧量相匹配的目的，同時實現節約能源的目的。（5）PLC自動化控制系統能夠實現對污泥回流量的自動控制。污泥濃縮脫水系統控制有時間控制和手動控制兩種方式。污泥濃縮脫水系統設備啟動的順序依次為傾斜式螺旋輸送機、水平螺旋輸送機、濃縮脫水機、加藥泵、進泥泵。如果要停止污泥濃縮脫水系統，這些設備要按相反的順序逐一停止。當出現以下情況時，污泥濃縮脫水系統需立即停止運行：溶液罐在藥液制備段出現液位低的情況；進泥泵出現進泥流量低的情況；污泥濃縮脫水系統中有設備出現故障的情況。通過PLC自動化控制系統中的監控管理系統和現場控制系統的操作屏，可以設定污泥濃縮脫水系統每天的允許運行次數及每次運行時間。（6）PLC自動化控制系統能夠實現對加藥量的自動控制。加藥控制系統主要由PLC、在線儀表、變頻器、計量投加泵、攪拌器、采樣泵、流量計和若干電動閥門組成。在加藥間內設置1臺PLC控制柜，可以實時收集在線儀表輸出的信號和原水流量信號，再根據運行工藝參數和確定的數學模型，經PID運算后控制計量泵的沖程與頻率，從而調節加藥量，使出水水質保持在合格范圍內。

6 結束語

污水處理廠擔負著城市污水處理的重要任務，PLC自動化技術在污水處理廠中的有效應用具有重要的現實意義和作用，可以推動污水處理行業的快速發展，進一步提高污水處理的質量和效率，保障污水處理設備的穩定運行，降低污水處理廠的運營成本。