PLC自控系统在污水处理厂中的运用

钱力

摘要：在污水处理厂中，污水处理系统十分复杂，并且存在非线性和滞后的缺点。在过去的控制方式中，继电器、电子定时器等设备被大量应用于控制系统中，导致系统体积庞大，一旦继电器出现故障，排查工作将会十分繁重。在本文中，可编程控制器（PLC）被应用于污水处理系统中，它能够实现各种操作指令，控制各种生产过程。

关键词：污水处理 可编程控制器（PLC） 自动控制

被废弃的污水在排出之前需要进行严格的处理，防止其对环境造成污染。当前，污水处理的方式有很多种，相应的污水处理自动控制系统已有多年的研究历史，但在我国，很多地方仍然只是部分环节实现了自动化，随着可编程控制器的出现，这一现状得到了改善，可编程控制器（PLC）具有应用灵活和可靠性高的特点，只需对相应的程序进行修改即可实现不同的控制功能，因此在污水处理中得到了广泛的应用。

1、污水处理控制系统功能

污水处理控制系统的主要功能包括三个：

1.1控制污水处理流程和设备的运行。该系统保证污水的流动按照要求进行，经过各个处理环节后，污水得到了净化；其次，该系统还能够对过滤罐、电机以及压力泵等进行控制，保证设备的自动化运转。

1.2监测相关环节。它包括对流量的监测，对混凝和过滤设备中的污水处理量进行监测；对污水液面高度的监测，对各个设备中污水的当前液面高度进行监测，及时发现不正常的液压水位，排除故障；对设备的运行状态进行监测，将获得的实时状态与正常状态进行对比，一旦某一环节出现异常，及时对其进行处理。

1.3给出相应决策，并且设置系统参数。该系统能够记录系统运行中的信息，在必要时对当前的动作给予决策。另外，该系统还能够设置运行参数，如：设置过滤周期、加药量等。

2、污水处理控制系统结构

自动化系统的构成遵循先进、可靠、经济、适用和开放的原则；满足工厂生产管理和工艺处理过程对自动化的要求。在设计过程中应综合考虑施工、维护及操作等因素，并为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。一般而言，污水处理厂控制系统由中央监控系统、现场设备控制站共两层网络构建，各层间具有相对独立性，层与层之间通过工业以太网连接进行数据交换，主要通信网络采用星型光纤网络设计，各分站采用性能优越的PLC执行系统控制任务，同时进行相應的信号采集和通信传输；通过数据库管理系统实现全厂的信息集成，构成信息化、综合化的自动化办公管理系统，从而共同构建成一个安全、实用、经济、高效、先进的污水厂自动化监控管理系统。可以按照图1所示的层次进行污水处理控制系统的设计。

图1 污水处理控制系统层次结构

在电气设备执行层中，主要的电气设备包括：阀门、水泵以及各类仪表等。PLC集散控制层可以对这些设备进行控制，保证污水按照规定的流程被处理；另外，该系统中还包含有各种传感器，它们将得到的信息传给PLC集散控制层。在PLC控制层，完成的主要功能有：采集各类数据，如：当前的环境信息数据、设备的运行状态数据等。当用户给出控制要求时，该控制层能够将要求转换成控制信号，并对相应设备的动作进行控制。最上一层是工控机监控管理层，通过这一层次，用户可以查看整个控制系统的运行状态信息，也可以交互式的对系统运行状态进行控制。

3、污水处理控制系统硬件组成

3.1中央控制室

中央控制室中包含有工程师站，并且配置有相应的操作员站，两个站配合工作共同成为中央控制室的监控层。为了实现监控站与PLC的连接，并且进行信息的互通，还需要以太网交换机的支持。在以太网中，以太网卡采用的是西门子的CP1613，通过WinCC 7.0 组态软件，可以将控制系统上的画面显示出来。PLC通过对机电设备的状态控制来实现工艺参数的控制，机电设备是实现工艺控制目标的基础，系统能在实现对单台工艺设备自动控制的基础上，协调污水处理过程的所有设备，实现工艺设备的联动控制。

3.2 PLC 站

该部分采用的是西门子公司的S7-300 系列，它具有硬件配置灵活、便于软件编程等优点。在选择CPU上，使用的是CPU315-2DP，该型号的CPU可以大量存储程序，相应的端口能够实现与现场仪表的直接通信和交流。在协议上，系统采用的是TCP/IP协议，它可以方便的实现上位机与下位机的通信，整个系统最终实现一体化控制。就工艺来说，该系统使用的是PLC控制柜，包含有模拟输入量模块20多块，模拟量输出模块2块；另外，还包含有数字量输入模块18块，数字量输出模块15块。3）现场仪表。在系统现场，很多设备上都配备有一次仪表，这些仪表均属于常规性仪表，其输出的信号为模拟量信号，通过专用的模数转化器转换后，这些信号被转化成数字量，可以应用于工程量的计算。

4、污水处理控制系统软件设计

就系统的软件设计来说，主要是指PLC的控制软件设计以和上位机的组态软件设计。在PLC控制软件的设计上主要利用的是STEP7 V5.3软件，完成的主要功能包括：实现了通过模块化的方法进行程序的编写，具体来讲，它依据污水处理系统中各类设备的运行状态，将整个系统的工艺流程划分为多个相互独立的小流程，分别对这些小流程进行程序的编写，在各个子程序中编写好控制功能程序后，给出相应的通信数据；通过相应的命令语句可以对这些这些功能进行调用。

对于上位机组态软件的设计来说，该控制系统中采用的是WinCC6.0软件，它可以监控整个污水处理中所有设备的运行情况，对运行参数进行实时监测。该软件采用的数据库为Microsoft SQL Server2000，该数据库可以对生产数据进行归档处理。另外，它也兼具浏览器的功能，在使用的时候十分方便。上位机实现的功能有：对流量、压力等进行显示，及时给出报警信号；对污水处理的动态过程给予显示；合理设置工艺流程中的各类参数；将运行参数存储在计算机中。在监控系统提供的各类实时画面中，工艺画面可以实现对整个工艺流程的显示。

5、结束语

在污水处理的控制系统中，PLC已经得到了广泛的应用，它提高了设备的可靠性和安全性，同时也提高了工作人员的工作效率，降低了设备的维护成本，具有可观的经济性，值得在今后的应用中更大力的推广。

参考文献

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