基于PLC的污水處理自動控制系統設計

毛業驥

摘? 要：分析表明，PLC控制系統的應用可以實現污水處理的自動化，促進工作效率與處理質量的提升。重工業廢水和城市生活廢水會造成重大生態污染，要重點關注城市污水處理，引入先進的PLC（可編程邏輯控制器）技術和方法，設計和應用基于PLC的污水處理控制系統，結合污水處理控制的實際需求，進行系統軟硬件設計，實現污水處理的自動控制功能。

關鍵詞：PLC的污水處理;自動控制系統;設計

引言

工業化進程的加快，使得我國企業數量逐年增加，做好污水處理工作，是促進經濟可持續發展的關鍵，同時也能夠為企業的未來發展奠定基礎。當前我國環境狀況不容樂觀，很多污水的處理效果不佳，難以達到國家和行業相關排放標準，導致水資源、空氣和土壤等遭到破壞，威脅人類生存健康。在信息化時代下，傳統處理技術難以適應當前污水處理的實際要求，必須對其進行不斷創新與改進。應用PLC控制系統，真正實現了高度自動化和智能化，現場污水處理設備的控制更加可靠，減輕工作人員負擔的同時，提升了污水處理效果，降低對環境的污染。該系統的組成結構較為復雜，在實踐工作當中對其進行應用時應該做好系統架構，充分發揮PLC控制系統優勢，切實解決水污染問題。

1.污水處理工藝流程

活性污泥法在污水處理中的應用較多，包括了微生物群體以及無機物質、有機物質等，可以對污水中的有害成分進行分解吸收，達到凈化水質的目的。尤其是在處理污水中的有機物時，主要依靠好氧微生物和原生動物等，增強其生物化學活性。通過預處理和一級處理后，經過沉淀池出水進入到調節池，對于污水進行厭氧和好氧生物降解處理，快速分解污水當中的有機物。固液分離處理則在沉淀池當中實現，調節池收集上層清水，板框壓濾機對污泥進行脫水處理后外運。調節池對上清液和濾液進行下一步處理。

2.PLC控制系統

在企業污水處理中應用PLC控制系統，能夠滿足在線監控的工作要求，及時了解設備與系統的運行狀態并進行調節，使其處于最佳工作狀態當中，提升污水處理工作效率，保障系統運行安全性。對于其中存在的問題可以及時發現并處理，判定系統的參數變化情況以及未來發展趨勢，防止重大故障的發生。該系統的應用，也為污水處理的動態化管理奠定了基礎。尤其是隨著處理工藝的逐漸復雜化與多樣化，對于處理系統的實時性要求更高。PLC控制系統能夠實時獲取相關數據信息，明確當前污水處理效果，實現對動態數據的整合分析，解決突發狀況。數據分析軟件應用于PLC系統中，可以滿足數據采集與分析的工作要求，實現對整個處理過程的可視化監管。因此，通過數據分析與處理，可以對系統進行不斷調節與優化，使其更加適應當前污水處理的特點。同時，故障報警系統的應用，也能夠在發現故障的第一時間發出警報，幫助故障人員進行處理，消除系統運行的安全隱患，保障污水處理工作的連續性。

3.基于PLC的污水處理控制系統硬件設計

第一，總體結構設計。基于PLC的污水處理控制系統采用雙環網（A網/B網）進行設計，通過雙網冗余光纖環網為用戶同步提供相同類型的服務，若某一節點出現故障，也不會影響其他節點的通信傳輸。考慮到系統運行穩定性的要求，在設計中添加一條C網，利用C網這個非實時信息網獲取非實時數據，減少數據傳輸的Ti S-Net負荷，增強系統的運行穩定性。

第二，PLC及擴展模塊設計。首先要選擇適宜的CPU（中央處理器），結合污水處理廠PLC控制系統的實際要求，選擇S7-1500系列PLC作為核心控制器，根據污水處理的進水、生物反應、消毒、沉淀、脫水等要求，在此前提下設計相關模塊，包括數字量擴展、模擬量擴展、通信等模塊。其中，數字量擴展模塊的數字量輸入為24VDC輸入，輸入遲延為4.5ms，現場隔離和邏輯隔離線路采用一一對應的連接方式，形成相對完整的數字量擴展模塊。并且，當對數字量擴展模塊進行A/D轉換之后，即可以生成模擬量，并通過合理設置增益量和偏移量，可以有效存儲和處理進水、生物反應、消毒、沉淀、脫水等信號。觸摸屏模塊則選取性價比較高的SIMATIC HMI KP8觸摸屏，與PLC相連接，實時顯示污水處理系統的進水、生物反應、消毒、沉淀、脫水等信息，便于污水處理廠設備運行的現場管理與控制。

第三，傳感器。考慮基于PLC的污水處理控制系統的使用需求，選取性價比較高的霍尼韋爾液位傳感器作為水位信號采集器，實時采集污水處理的液位信號，根據不同介質表面的反射或折射特性，計算光照強度和角度，從而獲悉液位變化情況，進行實時在線閥門動態調整和控制，完成脫水、進水等操作過程，體現出快速便捷、高精度的優勢特點。在具體運行過程中，該液位傳感器進行采集信號的放大處理、濾波處理和傳輸，使監控中心獲取相關信號，準確下達控制命令。

4.基于PLC的污水處理控制系統軟件設計

第一，粗格柵設計。污水處理的首要步驟是粗格柵過濾，濾除樹葉、枝條、包裝紙等垃圾，在系統初始化之后，進行液位控制，并開啟皮帶輸送機和延時器，30s后啟動粗格柵，并再次啟動延時器，2min后關閉粗格柵，計時60s后再關閉皮帶傳輸機。細格柵設計與粗格柵設計流程相同。

第二，進水泵房設計。污水經由粗格柵過濾處理之后，流入進水泵房。首先，在系統初始化后判斷液位，當液位低于-2.50m時，關閉2號水泵;當液位高于-2.50m時，開啟1號水泵變頻器，并在5min后達到全速運行狀態。然后判斷液位情況，當液位在-3.00m以內時，則關閉3號水泵;當液位超過-3.00m時，開啟延時計時器，全速提升2號水泵的運行速度。然后再判斷液位情況，當液位低于-3.50m時，保持等待狀態;當液位超出-3.50m，則開啟延時計時器，3000s之后提升3號水泵至全速運行狀態。最后再判斷液位狀態，當液位在-3.95m以內時，保持等待;當液位超出-3.95m時，要啟動報警裝置;當液位在-2.00m時，則關閉所有水泵。

第三，沉砂機設計。設置兩臺羅茨風機，一臺處于變頻使用狀態，另一臺則為備用裝置，保持羅茨風機的不間斷運行，并配置流量計，合理調節風機的變頻。排砂機依循一定時間間隔定時運行，并使砂水分離器與其進行連鎖運行。

第四，出水模塊設計。在進行系統初始化之后，判斷液位狀態，當液位在-9.25m以內，則關閉2號水泵;當液位超出-9.25m時，則開啟1號水泵變頻器，使之在5min內達到全速運行狀態。繼而判斷液位狀態，當其在-8.90m以內時，則關閉3號水泵;當液位超出-8.90m時，則開啟延時計時器，使2號水泵在5min內達到全速運行狀態。當液位在-8.55m以內時，保持等待;當液位超出-8.55m，則在3000s時全速運行3號水泵。當液位超出-8.20m時，則啟動報警裝置;當液位在-2.00m以內時，關閉所有水泵。

第五，污泥泵設計。通過離心脫泥機和污泥泵兩個設備進行污泥脫水，當污水濃度超出2000mg/L時，開啟1號泵;當污水濃度超出3000mg/L時，開啟2號泵;當污水濃度超出4000mg/L時，開啟3號泵。

結語

基于PLC的污水處理控制系統結合污水處理控制的實際要求，進行相關軟硬件設計和應用，實時自動控制污水處理各個環節，提高系統運行效率和安全性。

參考文獻

[1]蔡衛.污水處理PLC控制系統的設計與實現[D].華北理工大學，2019.

[2]石永豐.PLC自動控制系統在污水處理中的應用[J].電聲技術，2019，43（10）：57-59.

[3]林學明.PLC自動控制系統在污水處理中的應用[J].南方農機，2019，50（10）：186.

[4]林鵬.基于IPC+PLC的集散控制系統在污水處理控制中的應用[J].機電信息，2019（15）：124-127.

[5]安思恒.西門子PLC控制系統在污水處理控制中的應用[J].現代物業（中旬刊），2019（03）：58.