基于PLC 的濾站自動控制系統設計

南麗霞

（揚州市職業大學，揚州 225001）

隨著社會的不斷發展，人們的生活水平逐漸提高，用水量隨之增加，產生的污水不僅會嚴重影響環境的穩定性，還會影響人們的正常生活[1]。在污水量不斷增加的背景下，傳統的濾站難以負擔繁重的污水處理任務。傳統的濾站多采用單一控制的工作模式，主要由繼電器和接觸器共同控制，由工作人員記錄控制系統的運行數據，實現人工系統控制。這樣的控制方式在科技不斷發展的新時代顯然已經較為落后[2]。因此，必須應用更為先進的污水處理技術，設計出更為出色的濾站控制系統，才能提升污水過濾工作的實用性和有效性。因此，文章基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）設計一款自動化控制系統，實現濾站運行的自動控制。

1 PLC 相關概述

1.1 PLC 的概念

PLC 是一種工業自動控制裝置，具有控制功能強大、使用方便、可靠性高等優勢，廣泛應用于各種自動化系統。在工業領域中，PLC 主要用于儲存數據、處理內部信息以及控制各種系統及生產程序。PLC 的有效應用使控制系統形成一個整體，有利于實現自動化控制[3]。PLC 主要由中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、儲存器、輸入輸出接口、通信接口和電源等組成。其中，CPU 是PLC 的控制中心，起到類似神經中樞的作用。在每個PLC 中至少存在1 個CPU。儲存器主要用于存放軟件，輸入輸出接口是電氣回路與PLC 的接口，集成PLC 的多個電路。通信接口的作用是連接PLC 與外部設備，實現數據交換和通信交換。而電源則為PLC 電路的工作提供電力。將計算機技術應用于PLC 中，能夠不斷擴展和完善PLC 的功能。目前，PLC 除了具有基礎的順序控制、邏輯控制功能，還具備過程控制、模擬控制、遠程通信等功能[4]。

1.2 PLC 的特點

PLC 具有如下特點。第一，編程軟件簡單易學。PLC 的編程流程大多與繼電器控制線路相關，采用如同梯形圖形的呈現形式，專業人士很容易掌握和理解[5]。第二，抗干擾能力強、可靠性高。PLC 不會經常發生故障，而且故障間隔時間較長。PLC 在硬件上具有隔離、抗干擾以及濾波等優勢，在軟件上具備故障檢測、問題診斷、系統保護等功能。第三，適應性良好。PLC 產品種類較多，大多采用模塊化的硬件結構，擴展和組合較為方便，可進行聯網控制，也可進行單機控制[6]。第四，功能完善。PLC 的功能較為完善，具有控制、運算、轉換、計數以及處理等多項功能。第五，維護方便、操作簡單。PLC 上有卡扣，可以使用螺絲刀完成不同設備與PLC 的連接，操作簡單。隨著PLC 的廣泛應用，其功能越來越強大。帶有輸出輸入接口、儲存器的PLC 是一種綜合性控制裝置，功能更加豐富，全面整合了自動控制技術、計算機技術以及微電子技術。

2 基于PLC 的濾站自動控制系統設計

2.1 自動控制流程設計

污水經過過濾，過濾掉的固體垃圾被輸送到濾站垃圾箱中進行進一步處理。完成濾過后的污水全部匯集在集中池中進行儲存，當污水達到規定容量后將污水排出，開啟濾站的污水處理工作[7]。

濾站在PLC 的控制下自動進行污水處理，全部工作流程由PLC 指揮，并實現遠程監控和遙控。污水進入濾站后，通過格柵過濾掉固體垃圾，然后進入啟閉機。當水位達到一定標準后啟動排污泵，初步處理后的污水經過出水總管道進入濾過池。濾站的自動控制系統主要控制過濾、反洗2 個過程，其中過濾就是將污水引入過濾池，通過填充過濾材料去除雜質。過濾后的水經過水閥門進入反洗階段。反洗是清洗濾料中雜質的程序，在此過程中關閉出水閥和入水閥，同時打開反洗閥和排污閥，通過反洗去除水中的雜質，最后通過排污閥門排出廢水[8]。

2.2 硬件系統設計

電氣控制系統由多個部件組成，其中PLC 選擇常規型號的CPU，并配備有數字輸出模塊、數字輸入模塊、模擬輸出模塊、模擬輸入模塊等。蝶閥、離心泵則采用接觸器進行開關控制，并使用繼電器、斷路器進行過載保護和短路保護。控制手段分為就地控制和遠程控制2 種。其中：就地控制指在現場按下啟動、暫停按鈕，以此切換啟動和暫停狀態，此時PLC輸出的信號無效[9]；遠程控制指采用PLC 控制啟動、停止狀態，此時使用現場控制箱控制啟動、停止無效。濾頭、液位傳感器以及壓力傳感器主要通過電流模式進行轉換，將信號傳輸到PLC 中，以采集信號。調節閥同樣采用電流模式進行輸出控制。

2.3 軟件系統設計

2.3.1 過濾程序設計

根據濾站自動控制系統的相關控制要求，設計如下過濾自動控制流程。啟動濾站自動控制系統的過濾過程，系統判定電機、閥門是否處于遠程控制狀態，同時判定濾頭、液位是否存在報警情況。若符合系統的運行條件，則打開濾站的進水閥，關閉反洗閥和排污閥。通過控制出水閥的開度來控制水位的液位，具體的流程如下。首先，設置出水閥以每秒1.5%的增量開啟，進行污水處理工作，直至污水水位達到65%[10]。其次，將出水閥按照每秒0.15%的增量關閉，等待污水水位達到設定值的95%，若沒有到達標準，則按照每秒0.15%的速度關閉調節閥，直至污水水位達到95%。最后，當污水水位達到95%后，開啟污水過濾比例-積分-微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）調節，以此保持水位恒定。完成上述程序后，結束自動控制系統的運行。具體過濾流程如圖1 所示。

圖1 自動過濾流程圖

2.3.2 反洗程序設計

根據濾站自動控制系統，設計反洗程序，具體流程如下。在確定反洗操作現場無特殊情況后，選擇需要反洗的濾池，開啟反洗流程。開啟反洗啟動按鈕，系統自動判斷電機、閥門是否處于遠程控制狀態，觀察是否有報警，同時判斷液體位是否有報警，若符合程序的運行條件，則進入下一步程序。下一步程序包括2 個子程序。第一，打開高位水箱的進水系統，觀察高位水箱的液體位置是否達到基本設定值，并進行實時監控。當液位達到設定值后，自行關閉高位水箱進水系統[11]。第二，關閉進水閥、反洗閥和排污閥，保持出水閥開度不變。在此條件下，將濾池中的污染水過濾完畢，即可準備進行反洗。當高位水箱液體位達到原本設定值后，系統打開反洗閥，關閉出水閥和進水閥，再打開排污閥，并觀察反洗時間是否達到設定值。達到設定值后，關閉反洗閥、出水閥和排污閥，并打開進水閥，以此結束反洗流程[12]。具體反洗流程如圖2 所示。

反洗過程中首先要注意設備的安裝方向，設備之間的距離不應小于15 cm。其次，要定期清洗濾芯雜質。在運行過程中濾芯會堆積雜質，雜質過多會影響廢水處理效率。再次，要定期檢查并更換容易損壞的零部件，并始終保持機器處于干燥清潔狀態，避免出現意外情況。最后，需要按照額定功率進行使用，不得隨意調節功率。

3 應用實例分析

某濾站位于我國平原地區，主要用于處理污水，提高水質。在該濾站中應用文章設計的PLC 自動控制系統。該系統穩定性高、性能優越，具有牢固的結構、強大的功能和優秀的耐腐蝕性能、耐震性能，更換各種零件設施較為方便，能很好地適應惡劣環境，優勢明顯。通過網絡電纜，將現場濾站與PLC 自動控制系統進行整合，連接后開始實施過濾污水工作。

該濾站基于PLC 自動控制系統的工作流程如下。第一，過濾。在恒水位過濾過程中，采用PID 功能塊來控制調節閥。每格濾池均有水位檢測儀與水頭損失傳感器，目的是控制單格濾池恒水位過濾及氣水反沖。第二，濾池反沖洗。關閉待沖洗濾格的進水閥，全開出水閥，待濾格水位下降到設定值時關閉出水閥，打開排污閥，啟動鼓風機，開氣沖閥開始氣沖。5 min 后打開沖洗水泵，開始氣水混合沖。氣水混合沖4 min后，關氣沖閥，停鼓風機，開放空排氣閥，進行全水洗。然后關閉沖洗水閥，停止沖洗水泵，關閉排污閥，打開進水閥。清水出水閥的開閉由水位信號控制，水位到達設定值后，開始恒水位過濾。

4 結語

傳統的濾站污水過濾過程多由人工控制，工作效率較低，在監控方面有所欠缺。在濾站中應用PLC自動控制系統，實現了濾站的自動化控制，降低了濾站的日常運行成本，減少了人工支出、能源支出，為濾站的穩定、安全運行提供了保障。