污水處理廠滲濾液處理過程中PLC自動化控制的應用與研究

楊駿

（桂林市環境衛生管理處，廣西 桂林 541001）

0 引言

隨著城市化進程的推進，排放到流域內的污水越來越多，導致水資源利用率降低、水環境惡化甚至水資源短缺。為了解決這一問題，污水處理廠成為緩解水資源短缺和改善水環境的最直接有效的手段之一。然而，污水處理廠中滲濾液的處理一直是一個難題，傳統的處理方法效率低、耗時長，導致成本較高，同時操作人員需要高度的技巧和經驗，存在著較高的技術門檻。因此，研究和應用PLC 自動化控制技術來解決污水處理廠中滲濾液處理過程中的問題和難點，成為一個重要的研究方向。本文以某污水處理廠滲濾液為研究對象，通過分析和優化PLC 自動化控制系統的設計與應用，探索如何提高滲濾液的處理效率和水質。該研究成果可為推進污水處理廠滲濾液處理技術的自動化水平、提高水質水量、節約成本等方面提供參考。

1 污水滲濾液處理的意義和現狀

處理污水滲濾液是污水處理廠必須要解決的一個關鍵問題。污水滲濾液通常都含有高濃度的氨態氮、磷等污染物，如果不加以處理，將成為一種對周圍環境造成威脅的廢水。處理污水滲濾液可以有效的提高城市污水處理廠出水的質量，改善周圍生態環境，同時降低成本。目前污水滲濾液的處理通常采用傳統的生化、物理等方法進行處理，由于處理效率低、維護人員需要高度的技巧和經驗等缺點，已經不能夠滿足實際處理要求。因此基于現代自動化控制技術的自動化處理設備和控制系統應運而生。自動化控制設備和系統可以提高處理效率、減少人工干預，同時降低成本，提高處理效果和穩定性，切實保障城市污水處理的可持續發展[1]。

2 PLC 控制技術的應用意義

PLC 控制技術是一種高效、智能的自動化控制技術，應用廣泛、可靠性高。在污水處理廠中，PLC 控制技術的應用同樣有著重要的意義。首先，PLC 控制技術可以實現對污水處理過程的自動化控制。傳統的生化、物理等處理方法需要人工監控和操作，無法實現自動控制。而PLC 控制技術通過設置控制程序、監測設備參數等手段，將處理過程自動化，避免了人工干預的不確定性和失誤，提高了處理效率和穩定性。其次，在處理污水滲濾液方面，PLC 控制技術的應用可以提高處理效率和降低成本。PLC 控制系統可以實現對滲濾液的智能監測和控制，實現對滲濾液的自動化處理，大大提高了處理效率。此外，PLC 控制系統的運行穩定性高，出錯率低，可以有效減少人工干預和維護成本。最后，PLC控制技術還可以為處理污水滲濾液提供以下方面的輔助支持，如智能監控和診斷故障、實時數據采集和分析、調節及控制污染物濃度和排放等[2]。

3 PLC 自動化控制設計方案

3.1 PLC 硬件系統搭建

PLC 自動化控制系統的設計方案依賴于該系統所需控制的設備和具體控制策略。以下是一個PLC 硬件系統搭建設計方案。

對于污水滲濾液的處理，通常采用生化法和物理法相結合的方式。本系統將使用壓力過濾機和氧化塔作為處理設備，實現對污水滲濾液的處理。本系統將使用一臺全面支持實時控制和運行穩定性高的西門子S7-1500 系列PLC。該PLC 具有多個接口和通信協議，支持實時監測和控制，同時擁有豐富的硬件資源和編程能力，可以實現通用數據采集和互聯網接口等諸多功能。

（1）對于處理設備，需要與PLC 進行連接，以實現數據采集和指令下發等功能。可以采用通用的模擬量和數字量輸入輸出接口。

（2）PLC 應該經過編程控制所有處理設備，對其進行細粒度的控制。例如，通過控制電動閥門、水泵、壓力計等措施控制壓力過濾機的運行狀態，并利用氧化塔對處理后的污水進行消毒處理。

（3）PLC 應該具有自我保護和恢復功能，在出現異常狀況時自動調整并恢復運行。

在PLC 自動化控制系統的基礎上，為了進一步提高污水滲濾液的處理效率和處理效果，我們需要對處理流程進行設計與優化。將粗過濾污水通過泵送至預處理池，使用氧化劑和過濾劑進行處理，去除懸浮顆粒的雜質，提高后續處理效率。啟動PLC 系統，將預處理池中的水泵送至壓濾機進行壓力過濾，并通過PLC 實時監控壓濾機的壓力和水位，根據合理的控制策略自動調節電動閥的開度，從而保持良好的水壓、水位和流量。將處理后的污水經過氧化塔和消毒裝置處理后，將排放到指定地點[3]。

3.2 PLC 控制程序設計與優化

在PLC 自動化控制系統下，滲濾液的處理流程需要通過PLC 控制程序進行實現。為了實現優化處理流程，我們需要進行PLC 控制程序設計和優化。

針對滲濾液處理流程中的預處理、壓濾過程和后期處理階段，需要進行相應的PLC 控制程序設計。

（1）預處理控制程序。基于過濾材料和氧化劑等進行預處理的功能，需要設置預處理池的水位控制和過濾機的啟停控制，同時原料庫存的生產進度也需要進行追蹤和監控。

（2）壓濾過程控制程序。需要對電動閥門、流量計和壓力計等進行控制和監測，保證壓力過濾機的穩定性和長時間的正常工作。而且，還可以利用實時采樣數據進行壓力控制和水位控制、壓力波動防護等功能的實現。

（3）后期處理控制程序。需要對氧化塔和消毒裝置進行控制，對出水參數進行監測，在符合指定范圍的情況下進行調整。根據污水性質和處理要求，及時進行因水質波動而導致的處理參數的調整和控制。

為了進一步提高PLC 控制程序的性能和處理效果，需要進行基于預處理、壓濾過程和后期處理階段的PLC 控制程序優化：①預處理優化。在預處理環節，應采用多種主流氧化劑和過濾材料，以提高預處理效果，進而優化后期壓濾過程的適應性和穩定性。②壓濾過程優化。采用PID 算法和模糊控制等先進控制方法，進行多參數多維度的精細調節，以達到最優壓力控制和能耗控制的效果。③后期處理優化。結合高精度的水質分析儀器，構建可逆水循環利用技術，推進水資源循環利用的方向，并且結合多種現代綠色環保技術，如利用O3 和UV 消毒實現水凈化，氨基酸等無害廢物微生物轉化實現資源再利用[4]。

4 PLC 自動化控制實現與優化

4.1 系統功能實現

基于以上的控制程序設計和優化方案，可以進行一個完整的PLC 自動化控制系統的實現和優化，其主要的功能如下。

在預處理池中添加氧化劑和過濾劑等材料，通過自動控制PLC 系統，對預處理過程進行精準控制和監測；定期根據預處理池水位、過濾材料等狀態來進行檢測、調整和維護工作。在壓力過濾機上安裝壓力傳感器、電動閥門和流量計等裝置，通過PLC 系統實時監測和調節其壓力、水位和流量等參數；采用多種先進的控制算法和控制策略，實現對壓力過濾過程的自適應調節和優化。在氧化塔和消毒裝置等處理設備上安裝水質分析儀器，通過PLC 系統實時監測和調節其處理參數，以保證出水水質符合指定的環保標準和安全要求；并推廣可循環水利用和水資源養護，實現環保和經濟的雙重效益。通過對滲濾液處理流程和PLC 控制程序的全面優化，可以優化整個處理流程的適應性、穩定性和效率，減少能耗和成本開支，提高處理流程的可持續性和環保性，以實現系統性的優化。

4.2 系統性能優化

PLC 自動化控制系統的性能與響應速度、精度和穩定性等相關。為了實現系統性能的優化，可以適時對系統硬件進行升級，增強其信號處理和數據傳輸能力；采用高速采集器件和精準控制算法，提高系統的響應速度和精確度。PLC 自動化控制系統不僅需要實現對滲濾液處理流程的全面控制和優化，還需要考慮到使用者體驗的方面，以便用戶可以在使用系統時更加方便快捷。通過優化系統UI 設計、提高系統兼容性和平臺適配性等方面，提高使用體驗。性能優化的同時，還需要考慮到系統的可持續性。在PLC 控制程序的設計和優化中，應采用盡可能少的資源和能源進行控制，減少電能消耗，降低系統運行成本；建立完善的系統診斷與維護機制，及時處理隱患和故障，提高系統的可用性和維修效率，從而實現系統性的可持續發展[5]。

4.3 故障處理與運行維護

建立定期的系統維護機制，包括清潔、檢查和優化系統的硬件和軟件部分，旨在發現系統存在的問題并及時維修和更換。建立故障診斷機制，包含故障的判定、診斷、修復等步驟。可以通過增加系統故障報警器和檢測設備等方式，通過PLC 系統實時監測和提醒運行人員，制定適當的故障處理措施，及時排除故障。備用的硬件設備和備件可以幫助減少系統的故障風險。如果出現故障，可以更換部件或設備以保證系統的運行，而不會對生產和環保產生不必要的損失。建立PLC自動化控制系統的運行日志記錄機制，記錄整個滲濾液處理系統的運行數據、各類報警信息和維護記錄，從而為檢修和系統優化提供依據。經常性地對PLC 控制程序進行優化和升級，針對系統中存在的一些小問題進行優化，減少故障發生的可能性，提高系統的可靠性和穩定性。

5 實驗與分析

5.1 實驗平臺和實驗方法

搭建PLC 自動化控制實驗平臺需要選擇多種不同廠家的PLC 控制器、人機界面、伺服/步進電機驅動器、傳感器、氣動元件、可編程序控制器等硬件設備，并安裝相應的軟件，包括PLC 編程軟件、運動控制軟件、CAD 設計軟件等。同時，需要利用抽濾池和滲濾裝置等設備構建實驗模型，以模擬滲濾液處理流程。

首先，安裝PLC 編程軟件，并設計控制程序。該程序應該完成滲濾液處理過程中的吸液、排液、清洗等操作。其次，設計人機界面，以方便操作員對PLC 程序的實時監控與操作，并與控制器進行通信。另外，運用氣動元件、傳感器、伺服/步進電機等硬件設備，結合控制程序實現對實驗模型的自動化控制。控制方式可以采取手動控制、定時控制、事件觸發等多種方式。逐步增加實驗模型中的復雜度，擴展模型規模與產出。需要進行不同情況下的響應測試，包括溫度、流量、壓力、污染與其他環境參數等。對PLC 自動化控制系統的性能進行測試和優化，實現系統的精準控制和快速響應。

5.2 實驗數據分析和系統評價

在PLC 自動化控制實驗中，需要對實驗數據進行分析，以評估系統的性能和效率。通過對控制程序運行的實時監控和數據記錄，可以得到各項參數的數值，例如溫度、壓力、流量、控制信號等。使用數據分析軟件對這些數據進行處理和分析，從而得到系統的工作性能指標，包括生產效率、系統響應速度、故障率以及節能效果等。

PLC 自動化控制實驗的系統評價需要從多種角度進行，關鍵性能表現如下。

控制的準確程度是衡量系統性能的關鍵指標，控制精度越高，系統運作效率越高。可以通過對實驗數據進行分析和對比，評估系統的控制精度。生產效率是與PLC 自動化控制相關的最重要經濟指標之一，直接關系到生產能力、質量、速度和效益。可通過分析實驗數據來評估系統生產效率。系統的穩定性是制造業生產中最關鍵的一個因素。如果系統存在穩定性問題，就會導致成品質量波動或生產效率下降。通過雙工系統設計及備用設備來維護系統穩定性。如果系統故障率過高，那么就會影響工作的效率和客戶對產品的態度。可以通過對故障處理方案的評估來衡量系統的故障率。采用PLC 自動化控制系統，能夠最優化設備布局、減少空余能量的消耗，自動化程度越高，節能效果便越顯著，這也是制造業轉型升級的必要途徑[6]。

6 結語

通過對PLC 自動化控制實驗平臺的搭建、實驗方法的選擇和數據分析的處理，我們可以實現對系統性能的評價和改進，為制造業的轉型升級提供有效的支撐和保障。PLC 自動化控制系統已經成為現代工業制造中的重要技術，它能夠實現自動化、高速、高效、精準的生產控制，為實現制造業的數字化、智能化、綠色環保化提供了強有力的支持。在未來的工業制造中，PLC自動化控制系統將繼續發揮著作用。我們需要持續地探索和優化這種技術，提升控制系統的運行效率和可靠性，進一步提高制造業的生產效率和產品質量，實現制造業的數字化、智能化和可持續發展。