基于PLC的SBR污水处理控制系统

（无锡职业技术学院，江苏 无 锡 2 14121）

污水厂的管理目前大都停留在经验决策阶段，因此污水处理质量极大程度上受管理人员素质的制约。随着污水处理水质要求的日趋严格，污水处理工艺过程更趋复杂，控制要求越来越高，管理水平将是污水处理事业进一步发展的障碍之一。近年来从国外引进设备的污水厂基本上都采用工业计算机管理，取得了较好的效果。本文就污水处理SBR法PLC控制作些探讨。

1 系统的工艺流程及设备控制要求

SBR是序批式间歇活性污泥法（又称序批式反应器，Sequencing Batch Reactor）的简称。SBR污水生物处理工艺，是按“进水、反应(曝气等)、沉淀、排水”步骤周期性进行生化反应。从污水流入开始到排水结束算做一个周期，其工艺流程图如图1所示。

图1 SBR污水处理工艺流程

SBR污水处理工艺的基本操作运行程序为如下：

（1）进水。进水阀门打开，污水通过粗格栅过滤，经过水泵，然后细格栅过滤到达SBR池。

（2）反应。当进水到—定液位后，停止进水，空气阀门打开，鼓风机启动，开始曝气，同时潜水搅拌器和回流污泥泵运。

（3）沉淀：当SBR池停止曝气以后，空气引伺门关闭，潜水搅拌器和回流污泥泵停—上运行，开始重力沉淀和泥水分离。

（4）排水。当SBR池水位达到最高水位，并经过沉淀工艺以后，上清液(上面的清液)由滗水器缓慢排出池外。当池水位达到处理周期开始时的最低水位时，停止滗水。剩余污泥泵在滗水器停运行后开始运行，排泥至储泥池。

2 污水处理控制系统

2.1 系统组成

在中央控制室设有一台上位监控机，一个模拟显示屏。在值班室设有一个PLC控制箱，负责对所控设备状态监控及有关模拟量的采集工作。监控管理机与PLC通过通信电缆(屏蔽双绞线)连接。

2.2 设备控制原理

（1）两台粗格栅除污机，由时间间隔来控制其开或者停，一般开10 min，停1 h。

（2）两台水泵，由浮球控制。当集水池处于低水位时，关闭所有泵；当水位较高时，开一台水泵；当水位高时，开两台水泵：当水位很高时，发报警信号。

（3）两台细格栅由时间控制其开或停。一般开10 min，停 1 h。

（4）当有一台细格栅工作时，皮带运输机滞后10 s开机。

（5）SBR池内进水阀门依次开启，当1#池水位升到一定液位后关阀门，然后开2#进水阀门，2#池水位升到一定液位后关阀门，然后开3#进水阀门，依此类推。

（6）当进水阀门关闭后，空气阀门开启，潜水搅拌器和回流污泥泵同时开启。曝气3 h后关闭空气阀门关闭，潜水搅拌器和回流污泥泵也随之关闭。

（7）空气阀门关闭1 h后，滗水器开始运行。当SBR池液位达到一定液位后停止运行。

（8）剩余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行，排泥至储泥池。储泥池液位达到高液位或1 h后停止运行。

（9）当开启1个空气阀门时，开启一台鼓风机，当开启2个或3个空气阀门时，开两台鼓风机。

（10）脱水机按水处理工艺要求工作，单体为白动化组。

2.3 上位监控管理机

PLC将采集SBR池内液位、总水量、空气流量、DO仪等参数作为控制用外，还通过通信电缆将其参数传送给卜位监控管理机，通过上位监控管理机可实时监测有关参数变化，并保留一段时间的数据，形成变化曲线。同时可以实时监测所控设备工作状态，具有设备故障报警、参数打印等功能。

2.4 模拟显示屏

可以直观地了解格栅除污机、水泵、空气阀门、滗水器、剩余污泥泵、脱水机等主要设备的工作状态。

3 污水处理控制系统的PLC选型和资源配置

污水处理控制系统主要由上位监控机，主控PLC、水泵、鼓风机、液位计、远程I/O等组成，其中主控PLC控制水泵、鼓风机、液位计工作并接收上位监控机的监控，通过远程I/O连接模拟显示屏并显示。污水处理控制系统的构成如图2所示。

图2 污水处理控制系统构成

主控PLC框架配置图如图3所示。各模块的说明如下：

（1）U-01DM 专门为华光 SU-5／SU-6系列PLC而生产的数据通信模块，使用U-01DM就可以与其他PLC或上位计算机进行串行通信。

（2）U-55N数字量输入模块，输入点数为16点，主要用来将外部一些信号输入到PLC，如行程开关信号等。

（3）U-05T数字量输出模块，输出点数为16点，主要用来将控制信号输出到相应的器件，实现控制。

（4）U-01AD模拟量输入模块，用于将模拟量信号(电压、电流)变换成数字信号。本模块具有4个通道，各通道将模拟输入信号分时变换成(0—4095)或9-4095—+4095)的数字信号，并逐个向CPU输出。

（5）U-02RM和U-02RS远程I/O模块，主控PLC利用U-02RM模块，采用串行通信的方式控制扩展I/O。

（6）U-DMY填空模块，它的外形尺寸和输入/输出模块一样。

图3 主控PLC框架配置图

4 程序的流程图和时序图、构成和相关设置

程序主要依据SBR法污水处理工艺 (进水、反应、沉淀、排水)，根据各环节设备的运行状况进行编制。具体一个SBR池、一个周期的流程图如图4所示，而整个工程有4个SBR池。

图4 一个SBR池子，一个周期的流程图

程序主要有以下几种模式：自动模式、手动模式、报警模式等。

（1）自动模式。在这种模式下，PLC将运行已经设置好的程序和参数(适用于机械一切都工作正常的情况)。

（2）手动模式。此模式主要是针对测试或出现问题时适用的 (如水泵出现故障、阀门开不到位等情况)。本工程中，所有设备都具有手动功能。在手动模式下，设备运行不再按照PLC程序运行，完全是通过人的操作来完成。

（3）报警模式。为了确保整个系统的安全运行，特设置了此模式。当SBR池水位过高时，开始报警，防止SBR池内水溢出。

5 结束语

SBR污水处理工艺控制在预定的进水时间内，根据反应池的充满程序，确定启、停鼓风机、滗水器等一系列操作，这些均需PLC来控制。另外，由于季节变化污水量少、水质浓度的变化，处理效果需要通过调整周期内时间配置来调节。如出水氨氮过高，则需延长曝气时间等，一般可以在PLC内预先设置几套周期配置模式，以便根据实际水量、水质、水温等因素，在一段时间内选用一种周期模式，或昼夜用不同的周期模式。此外，PLC内还具有意外情况下的处理对策，如突然停电一段时间后，应以何种措施过渡恢复等，这些均是SBR法有别于连续流工艺控制管理的方面。

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[3]李建兴.可编程序控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2010.