PLC在污水处理厂自动控制系统中的应用

于卫华 李欣

摘 要：众所周知，污水处理厂的主要耗电设备是泵，实现泵的自动化控制非常关键，不仅可以节省电能，还可以保护设备。文章根据生产和工艺要求对其参数进行调整，达到节能、保护设备和无人值守的目的。

关键词：污水处理；自动控制；PID调节；无人值守

中图分类号：TP272；X703 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0054-01

1 工艺现状

自动化控制系统在我国起步较晚，20世纪90年代以后，自动化控制系统才进入污水处理行业，控制系统多是从国外直接购买，很少采用国产控制系统，最近几年才有少量国产控制系统应用于污水行业。随着自动化技术的发展，自动化控制系统在污水行业的应用越来越多，而且取得了良好的经济效益和社会效益，大大降低了污水处理的人工劳动强度，提高了工作效率。与国外自动化程度相比，国内还处于落后状态，主要表现在技术不成熟、应用水平偏低、整体故障率较高等方面。

还有部分污水处理厂不能实现真正的自动化控制，尤其是县级及以下污水处理厂根本没有自动化控制系统，所有生产运行参数生产人员不能实时了解，对现场设备不能及时控制，不能对设备的运行状态一目了然。如今形势下，污水处理行业对于自动化产品提出了更高的指标来满足日处理水量和出水级别的要求。这就要求自动化产品要有过硬的质量，能够使产品长时间高效稳定运行，以保证污水处理厂能够稳定高效运行。在节能减排的新形势下，污水处理对于自动化程度、工艺工资提出了更高的要求。这就要求自动化控制系统不仅要有良好的质量，还要兼备更严谨的控制思想，更合理的控制回路，更先进的控制设备，才能够更好地加强控制系统的可靠性，提高运行效率，为达到更严格的水质要求提供保证。

2 剩余污泥自动排泥控制

本方案能通过设置控制参数，实现工艺要求的自动排泥，使剩余污泥在一天的各个时间段均匀排出，同时也保护了设备，做到了不频繁启泵，达到了设备保护的要求，满足了工艺对设备启停的要求，还可以实现无人值守，节省人力，物力。

具体参数如下：V为日排泥量，n为每小时排泥次数，F为排泥泵量程，V1为每小时排泥量，V2为每次排泥量，T为排一次泥时间，T1为每次排泥泵运行时间，T2为排泥间隔时间

则：如果日排泥量为480 m3，每小时排两次泥，泵流量为50 m3/h（此参数由泵参数定，固定不变），排泥泵每停18 min，运行12 min，运行条件是排泥泵在远程自动状态。具体启动那一台泵，由PLC自动判断启泵条件，达到运行条件且累计运行时间最短。日排泥量和间隔时间可调，可根据生产工艺和生产需要调整这两个参数。

这样既可以把剩余污泥均匀分布到一天的各个时间段，做到均匀排泥，也可以保护电机，不频繁启动，有效保护电机，还可以实现无人值守。

3 深度提升泵的自动控制

深度提升泵有功率大，水量大，耗电量大，不能频繁启动的特点，另外提升泵房的蓄水量有限，以至于提升泵房液位波动较大，不及时开泵停泵会出现泵房抽干或者水倒流现象。

提升泵功率较大，又不能频繁启停，为了满足工艺要求，只能增加泵的数量，造成资源浪费。现在我们在某污水处理厂采用3台软起，1台变频泵，1台液位计控制提升泵房液位，变频泵和液位计组成一个PID回路，由变频泵实现了提升泵房液位控制，可以使液位长时间稳定在设定液位处，避免了频繁开启和停泵，不仅保护设备，而且节约能源，还实现了无人值守。PID回路控制的关键就是设定比例、积分、微分三个参数。

PID参数的设定就是选择合理的PID三个参数。从整个系统的稳定性能、响应速度、超调量和稳态精度等多个方面调整三个参数，三参数的作用如下：

①P代表比例增益，主要作用是加快回路的响应速度，提高回路的调节精度。比例增益越大，回路的相应时间越小，相应速度就越快，调节精度就越高。并不是越大越好，比例增益太大容易产生超调，回路的稳定性就会变差，甚至导致回路不稳定。比例增益太小，响应速度慢，调节精度低，调节时间变长，使整个回路的动静态性能变差。

②I代表积分时间，积分时间最主要功能就是消除回路的稳态误差。积分时间越长，稳态误差消除的就越快，但也不能太大，否则在响应过程中会产生积分饱和的现象。若积分时间过小，稳态误差很难消除，影响回路的调节精度。

③D代表微分时间，主要作用是改善回路的动态性能，在响应过程中抑制偏差变化，提前预报偏差变化。但微分时间不能过大，过大会使过程提前制动，延长回路的调节时间，会降低回路的抗干扰性能。

总之PID参数的整定必须考虑在不同时刻三个参数的作用以及相互之间的互联关系。

变频泵启用前后，液位计曲线的鲜明对比，变频泵没有启用前，利用液位控制软起泵启停，从波形不难看出，液位变化明显，波动较大，泵也在频繁启动。当启用变频泵后，液位基本上一直维持在设定的4 m液位之处，不仅保护了设备，还节省了能源。

4 结 语

自动化控制系统给污水处理带来了巨大的社会效益，但运行成本升高，经济效益变差。所以，自动化控制技术的应用，实现了污水处理工艺的半自动、全自动监控，提高了技术管理水平。合理使用和配置自控设备，具有非常重要的意义。实践证明，污水处理的控制系统方案是可行的，采用以太网和无线通讯技术，实现了控制系统现场层、控制层、管理层和环保部门之间的信息传递，解决了污水处理各工段地理分布较远，难以实现集中管理的问题，同时还节约了成本、提高了效率、节剩了能源，具有很强的实用性。

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