三菱PLC在污水处理自动化系统中的应用

　　改革开放以来，我国的经济得到了飞速的发展，人民的生活水平也随之得到了很大的提高。但经济的发展是一把双刃剑，给人民带来利益的同时，也给我们的生活带来了很多问题。比如环境问题，特别是关乎到我们生命与健康的水污染问题，而这一问题在中国城市化进程中表现得尤为明显。随着国家对水资源保护的不断重视和人们环保意识的不断增强，城市生活污水处理问题也成为了人们关注的热点。
　　随着人们对处理后的水质要求越来越高，污水处理工艺也越来越复杂，污水处理过程中需要的设备也越来越多，而且污水处理是一个连续的过程，如果一个环节出错就会影响后面的全部环节，这就对污水处理过程中的管理水平提出了严峻的挑战。为了确保污水处理工艺和设备能够安全、有效、科学的进行，建立自动化控制系统已成为污水处理不可避免的趋势。
　　1　AOE污水处理工艺及控制难点
　　污水处理工艺主要分为物理处理、化学处理，物化处理和生物处理四类，在我国的城市生活污水处理中多采用物理处理和生物处理。生物处理工艺有很多，例如UNITANK法、MSBR法，A／O法等，下面对AOE生化工艺做简单介绍。
　　AOE生化工艺由法国开发，分为水处理和泥处理两个系统，工艺流程如图1所示。
　　城市污水由污水管网到达污水处理厂，经过节流井进入栅格间，在栅格间分离出较大悬浮渣物，然后进入污水提升泵房，利用水泵把污水的水位提高到最高的细栅格，以使污水能够靠重力完成后续工序。在细栅格中将污水中的细小悬浮渣物拦截后，污水进入曝气沉砂池，出去更细小的固体废物及油脂，并且进行预曝气，之后进入整个系统中最关键的环节——曝气池。曝气池由A(厌氧区)、O(好氧区)和E(兼氧区)组成，污水在曝气池中与活性污泥充分接触混合，鼓风机能够提供微生物所需的氧气，以使活性污泥中的各种微生物将污染成分降解并实现生物增值。处理后的污水流入二沉池，经过沉淀后，上层清夜流入回用水池，达标后就可排放，下层的污泥则进入污泥泵房。污泥泵房中的污泥大部分被抽回曝气池中，即所谓的外回流，这是为了保证曝气池中有足够的微生物完成降解作用。剩下的污泥进入重力浓缩池，根据水和泥的比重不同使污泥浓缩，浓缩后的污泥由污泥泵抽入脱水机房，制成千泥饼后运往垃圾场处理。
　　
　　污水处理工艺过程复杂，涉及到众多单元间以及各单元设备间的相互联系和配合，为了保证处理后的水质达到标准，必须确保各单元间能够协调工作。此外，污水处理厂一般占地面积比较大，各处理单元比较分散，因此自动控制系统一般采用集散控制系统并具有较强的通讯网络能力。
　　2　基于三菱PLC的自动化系统
　　集散控制系统的特点是分散控制，集中监控，由于它是分散控制，能够分散危险，降低出现故障对整个系统的影响。
　　三菱FX2N系列PLC具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，可以为污水处理厂自动化控制系统提供最大的灵活性和控制能力。因此，主控系统选用一台FX2N-128MR-001的CUP主机加一块FX2N-16EX扩展模块，组成叠装式结构，作为自动化控制系统的控制核心。为了防止出现意外而损坏PLC模块而影响系统正常运转，我们用中间继电器作为输出接口，使系统控制核心与外部电路隔离，从而保护PLC控制模块。这样做的另外一个好处就是可以增加辅助触点，提高系统的安全性和可靠性。
　　FX系列的PLC控制器采用的是422电气接口标准，考虑到兼容性和稳定性，系统选用FX2N-485-BD通信板实现N：N的网络数据传输，通讯方式采用串行通讯，通讯协议使用TCP／IP协议。要注意的是在RDA和SDA之间必须接人一个端子电阻，否则通信将无法进行，这是因为485总线上只能传送差模信号。考虑到远程通信可能出现反应慢或者误动作等情况，必须增强通信过程中的抗干扰能力，因此须将PLC输入端的热继电器常开触点通过中间继电器转换成中继的常开触点，采用带屏蔽的多芯电缆实现以点对点的输入方式接入，I／O分配表不变。
　　使用MX Sheet实现数据的联网监测，该软件只通过简单设置即可实现通过Excel收集PLC软元件数据，并且可以通过PLC的网络模块实现计算机利用以太网同步接收PLC的监测数据。主控系统使用0～5V电压对输入信号进行模拟，电压经过A／D转换输入寄存器，从而转化成数字量的输入点，再通过一系列的对比、计算和校验等过程，对输入信号做出相应的控制命令。以输出信号形式传送到信号源，从而使相关设备做出动作。
　　系统共有4个控制站，1号控制站控制预处理段，通过水位变化控制水泵开启或断开的台数及时间，从而控制污水的流量。2号控制台控制曝气池、风机和沉降池。控制台通过采集曝气池内氧气的溶解量并结合供风管路的压力值控制供风管路调节阀的开度，以及根据供风管路中的压力值控制鼓风机开启的台数。3号控制台负责污泥处理段，包括污泥泵房、重力浓缩池以及脱水机房等。控制台通过采集温度等数值控制三相阀的开度以及电磁阀的开启或断开。4号控制台控制主控室的模拟显示屏，在模拟显示屏上实时显示整个系统中各种重要的信息。
　　3　结语
　　城市污水自动化处理已成为势必在行的趋势，随着计算机控制技术的飞速发展，以及硬件制作工艺逐步成熟，自动化系统的自动化程度越来越高，完全可以实现污水的半自动或者全自动处理，这样不仅可以减轻城市污水处理厂工作人员的劳动强度和降低污水处理的运行成本，还可以带来巨大的社会效益。系统采用集散控制，通过以太网通讯和无线网通讯技术，将现场控制、实时监控和高层管理联系在一起，提高了管理的实时性、高效性，效果良好，具有很高的实用