浅谈PLC在污水处理中的系统设计

张志英

【摘要】近年来，随着城市和工业化发展产生了很多污水，为了更好的解决这一问题，最有效的途径是对污水进行净化处理，为了提高污水处理过程的自动化程度，人们越来越多的在污水处理系统中引入自动控制技术。而基于PLC 的控制技术是一种非常经典的工业自动控制技术。文章在此基础上设计基于PLC 的污水液面控制技术，实现对污水处理过程的自动化的控制。

【关键词】PLC控制；原理；污水处理

1.基于PLC 控制原理

为了实现污水处理过程中的液面位置控制问题，本文采用基于PLC 的控制原理进行污水处理的液面控制。由于污水处理过程中的液面位置控制是一个典型的工业控制问题，本文采用的是工业控制中的PC 加NC 的控制模式。利用PC 技術能够对污水处理系统的任务管理、污水处理流程进行控制，而且通过PC 的强大处理能力，以及灵活的开发方式，能够在PC 端为用户提供友好的接口，使得用户可以更加方便、高效率的对污水处理过程进行监测、干预，以及控制。而利用NC控制，则充分展现工业控制中的数字化控制的灵活性。

本文设计的基于PLC 技术的控制原理图如图1所示：在该原理图中对污水处理过程进行控制的主要有PC端和PLC控制器实现。其中PC 端负责为用户提供人机相互界面，并通过通信网络与多个PLC 控制器进行通信互连。PC端可以向PLC控制器下达控制命令和控制程序，同时也能够监测PLC 控制器反馈过来的各种工作状态。PLC 控制器直接通过数据总线、运动控制器和输出接口与污水处理过程中的运动控制装置互连。同时PLC 控制器也通过数据总线与污水处理过程中传感器互连，通过由传感器采集污水处理过程中的各种状态信息，尤其是污水处理过程中的液面位置信息。在PLC 控制器对污水处理流程中的各功能模块进行控制时，主要由输出接口通过控制变频器实现对潜水泵、液压系统、步进电机等运动装置的设置。根据污水处理的应用需求，动态的对污水处理过程进行调整，使得污水处理过程在PLC 控制器的控制下有序的进行。

图1 基于PLC 的污水处理控制结构

本文设计的PLC 控制器采用的是西门子S7-300 型号的控制器。S7-300 这种控制器是西门子公司推出的一种可编程的控制器。这种控制器采用模块化的结构，具有良好的可扩展性和兼容性。在PLC 控制器中配备的处理器有多种可选的型号。本文所选取的处理器型号为CPU314 型号，根据处理的任务量和性能的要求，可以灵活的选择不同类型的CPU。在S7-300 的控制器中可以选取多种不同类型的扩展模块，其最多能够支持的扩展模块高达32 个模块。S7-300 控制器通过数据总线与各外围模块进行通信，采用总线的通信方式进一步提升了S7-300 控制器的通用性和兼容性。S7-300 上面为用户提供的编程开发环境为STEP7，STEP7 这种编程工具能够为用户提供灵活多样的编程方式，其支持顺序结构图、梯形图、语句表、功能块图以及结构文本等多种编程开发方式，使得用户利用该型号的PLC 控制器能够完成多种功能复杂的工业控制应用的开发。

2.污水处理系统详细设计

根据对PLC 控制器的原理分析以及液位控制模型的控制，本文设计了如图3 所示的基于PLC 污水处理系统组成结构图，在图2中描述了整个污水处理的典型工艺流程。污水处理的全过程都通过PLC 控制器进行自动精确化的控制。首先污水通过污水提升泵将污水抽入污水处理池，在污水处理池中首先分析通过精栅格和细栅格对污水进行过滤处理。通过过滤将能够去除掉污水中大部分固体物质，这为污水的后期处理做准确。之后污水通过阀门送入到沉沙池，在沉沙池中将通过沙水分离器和吸沙机对沉沙池的辅助沉沙处理。由PLC 控制器控制沙水分离器的运转速度，实现污水中沙子和水体的分离。而吸沙机同样在PLC 的控制下控制吸沙的速度和吸沙的功率。污水经过沉沙池之后，将被去除污水中大部分细粒度的沙子和固态悬浮物。之后根据沉沙池的处理状态，由PLC 控制器控制沉沙池出口的阀门，将污水排入生物处理反应池。在生物处理反应池中将采用生物处理的技术对污水中的生物物质进行降解和处理。通过PLC 控制能够控制特征反应池中各种药物的投放比例以及处理时间，同时由PLC 控制器调节生物处理反应池中的报气机工作状态。污水通过生物处理反应池的处理之后，由PLC 控制器控制输出阀门，将污水导入到生物过滤池。在生物过滤池由PLC 控制器控制吸泥泵辅助对污水的过滤处理。之后污水在阀门的控制下送入二次沉淀池。在二次沉淀池中将进一步对污水小的悬浮物以及漂浮物进行过滤。同时由PLC 控制器控制污水在二次沉淀池中的沉淀时间，PLC 控制器根据对污水的监测状态控制污水从二次沉淀池中排出，这是一个典型的污水处理流程基本完成。除此之外在污水处理过程中，PLC 控制器还将控制浓缩池的分离器对污水处理的各个环节所产生的污泥进行浓缩处理，并由PLC 控制器控制电辅加热装置对污泥进行脱水和干燥处理，最终降低污水中污染物的排放量。

图 2 基于PLC 的污水处理系统设计

从图2的整个污水处理流程可以看出，在基于PLC 的污水处理系统中，存在大量的环节都需要通过PLC 控制器对污水的处理过程和工艺进行控制。所有在整个工艺处理过程中，污水的流动都是通过潜水泵来驱动污水的流动，因此PLC 控制器将通过对潜水泵的控制，实现污水的流向流速的控制。而潜水泵的控制又需要通过变频器控制来实现。因此PLC 控制器将直接控制变频器，再通过变频器驱动潜水泵的工作。除此之外在PLC 控制系统中需要对液面的位置进行监测，而且为了有效的实现对污水的流向和流速进行控制，可能通过对页面的监测掌握各污水处理环节中当前液面的位置，并决定污水处理装置的工作状态，因此液面监测传感器是必不可少的。笔者在设计基于PLC 的污水处理系统中，采用超声液位计来实现液面位置的监测。

总结

随着人们对环保的重视越来越高，当前对污水的处理应用需求也越来越大。无论是工业废水的排污处理，还是对城市污水的排污处理，每天需要处理的污水量极其庞大，设计基于PLC 控制器的污水控制系统能够大幅度提高污水处理的效率和自动化程度，有助于推动人们对污水处理工作的重视。

参考文献：

[1]孙梅梅，卢洪武，刘伟.智能液位控制系统的设计与实现[J].电子测试，2007，（11）

[2]齐臣坤，李少远.液位过程控制系统的设计与实现[J].东南大学学报（自然科学版），2003，（S1）