基于PLC的污水处理厂自动控制系统

谭伟

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司）

1 引言

污水处理厂成为现代化都市中不可缺失的基础设施。在污水处理过程中，其自动化程度影响着污水处理效果的高低，因此，需要以原有的自动化控制技术为基础，对其进行全面的分析和研究，从而实现对污水处理工作进行全面、自动化的监督控制。PLC技术是以可编程逻辑控制器所具有的内存功能为基础，对整个系统工作进行控制和监督，并且对数据信息进行计算，再使用信息/数字模拟输入或输出技术对机械设备进行全面控制的一种全新技术。

2 系统总体设计

2.1 设计原则

在优化污水处理方案的基础上，通过优化运行控制模式，选择适当过程参数，自动化系统能在保证出厂水质的情况下，降低运行过程中的人工费用、能耗和物耗，使污水处理厂逐步实现安全、高效、经济的运行方式。自动化系统的设计原则如下：

1）实用性

系统的主要目的是为了满足污水处理厂生产控制和管理的要求。

2）可靠性

污水处理必须保证生产过程的连续性，所以设备运行控制的可靠性具有重要意义。

3）经济性

自动化系统的设计应进行充分的技术经济比较，包括系统构建、设备系统维护、技术支持备品备件、设备维修等多个方面。

4）先进性

计算机网络技术，信息技术，自动控制技术的发展日新月异，更新换代较快，在功能增强的同时，价格逐年下降，因此，在经济可行的基础上应选择具有一定技术先进性的产品[1]。

2.2 自动控制系统总体架构

通过对各个污水厂的生产工艺进行分析，选择PLC控制系统来进行工作。该系统的主要组成部分包括中控室设备、4个控制主站、1个控制子站。在该系统中，控制主站主要采用AB公司生产的1769-L3X系列PLC控制器；控制子站主要采用1794-AENT系统远程I/0子站来进行操作，以工业网为基础，将以太网和控制主站形成环网，进行连接实现数据信息通信的目的，并且在每一个控制主站内设置触摸屏，进行终端HMI的配置。

2.3 PLC控制站的设置

1）在污水处理厂配电室内设置控制主站PLC1，主要对污水中含有的氧化物、生物反应池、回流污泥泵房、鼓风机房等设备的工作信号进行采集及自动控制；

2）在污泥脱水间内设置PLC2，主要对污泥脱水系统、泥饼制备等设备的的工作信号进行采集及自动控制；

3）在污水处理厂的加药配电室内设置PLC3，主要对CLO2发生器、投药泵以及PAC絮凝剂配制等设备的工作信号进行采集及自动控制；

4）在污水处理厂的滤池操作间内设置PLC4，主要对反冲洗、絮凝沉淀池等流程的工作信号进行采集及自动控制[2]；

5）在污水处理厂的预处理配电间内设置控制子站，主要对污水预处理设备等的工作信号进行采集及自动控制；

6）在管理大楼内设置中控室，内设置工程师站、数据服务器、交换机等，工程师借助各种类型的软件对PLC进行动态化的编程。

3 PLC自动控制系统实现的主要功能

1）采用该自动化控制系统能有效地对污水处理厂内所有机械设备、工艺流程等进行全面动态化的监控，并且能实时获取数据信息，对其进行分析处理，完成数据信息的存储工作。

2）借助自动化系统能对污水处理厂内设备的工作状态进行监控，对重要设备的运行时间等关键数据进行自动化记录，并且生产数据报表，为今后设备的检修工作做好基础工作；

3）对现场所有的设备进行自动化监控；对中控室内所有的仪器设备等进行监督和控制，并且能对故障进行报警，通过对报警数据信息进行分析，制定出解决方案。

此外，该系统具有3种控制方式：就地手动、就地自动和远程自动[3]。

4 各个控制站的设计与实现

4.1 中控室的设计

在中控室内需要设置备用工作站，并且需要在主操作站上附加PLC编程软件，可以对现场的PLC进行动态化远程编程操作。借助网络有针对性地对现场进行控制，实现实时调控的目的。中控室可以对自动控制系统进行动态化的管理，并且对所有设备的数据信息进行实施监督，从而实现对各个PLC站的动态化控制。

4.2 PLC1控制主站的设计

PLC1是自动化系统中最为关键的部分，也是污水处理厂处理工艺的核心部分，主要包含生物反应、氧化物反应等。此外，PLC1还对推流、鼓风机、污泥泵等各个环境进行控制。由于PLC1在自动化控制系统中的重要性，需要对其加强监督。并且，在对其进行设计时，需要确保其控制器点数量和稳定性符合要求。经过多方的研究分析后决定，采用拓展硬件的方式来对PLC1进行硬件配置，具体操作如下：首先从PLC中选择负载能力强和具有拓展能力的CPU模块，然后再增加几个电源模块和拓展电线，对其输出的I/0点数进行统计，根据事情情况来进行I/0模块的选择[4]。

4.3 PLC2的设计

将PLC2控制主站放置在污水处理厂的污泥脱水间内，此控制区域的设备较少，可以采用远程+现场控制的方式来对污泥脱水间的设备进行控制，主要包含污泥进料泵、输送机等设备。采用手动的方式来对溶药设备进行控制，当贮药箱液位＜最低数值时，系统会报警，现场人员需要及时进行补药操作。当污泥泵启动后，会按照贮泥池内泥位的高度来进行自动化操作。

4.4 PLC3的设计

在此自动化系统中，PLC3控制主站放置于污水处理厂的加药间内，主要包含2套系统。此系统均为厂家提供，可以借助以太网与控制主站进行连接，实现数据信息的交流和传递。

4.5 PLC4的设计

PLC4控制主站放置于污水处理厂的滤池操作间内，此空间内的设备较多，其也是污水处理工艺的最末端，因此，PLC的控制效果直接决定着水质质量。在对自动控制系统进行设计时，需要重视此系统的设计工作，在进行硬件的选择上，CPU模块选择1769-30ER来进行操作[5]。

4.6 PLC1-I01控制子站设计

该自动化系统中，控制子站和PLC1主站为挂靠关系，其子站无独立的CPU装置，但是却具有独立的物理地址，因此，可以以TCP/IP协议为基础与PLC1进行数据交换工作，从而实现数据信息的交换功能。为了有效地保证污水处理工艺的连续性和可靠性，降低硬件设备的成本投入，所以在进行系统设计过程中，需要选择与PLC1同厂家制造的远程I/0模块作作为控制子站的硬件平台。通过对污水处理厂各个设备和工艺环节的要求，在子站中模拟量I/0模块采用电流型模块，从而对进水提升泵、输送机等设备进行全面的控制。

5 电气控制电路

5.1 格栅电机的电气控制设计

格栅工作状态的自动化控制需要借助格栅电机来进行操作，能有效地将庞大的悬浮物隔离处理，为后续的工艺环境减减轻工作量。格栅电机的控制原理分为两种。

1）借助电控柜就地对其进行控制；

2）借助PLC实现远程控制。以双向开关来进行选择控制，当拨到2档时，需要按下启动按钮。当电路处于连通状态时，触电器通电，电机就可以进行工作。在停机过程中，需要按下电气系统中的按钮，切断电源，交流触电器进行断电操作，电机停止工作。若电机处于超负荷工作状态下，间隔一段时间后才能进行后续命令的执行，并且电机完全停止工作后，无法自动进行启动操作。

电机远程控制能将直流器当作控制对象，对其吸合动作进行控制，从而实现控制设备的目的。若双向开关被拨动，电机进入到工作模式，交流接触器完成断路操作时，设备会自动停止工作，处于停机状态。当线路连通时，PLC能对设备和对应设备之间的信号进行检测，达到远程控制的目的。若PLC传递给电机启动信号，则24V继电器会发生指令，使KA吸合，电机进入到工作状态。

5.2 曝气机电气控制的设计

曝气机电路的设计原理是借助变频器来对罗茨风机的运转速度、频率等进行调控，从而对曝气池内氧气的含量进行全面的控制，确保微生物能充分地发生生物反应，对有机污染物进行降解，实现净水的目的。当操作人员按下电机启动按钮时，电机开始进行工作，松开按钮时，电机停止进行工作，一般采用此方案对电机的工作状态进行测试。

6 结语

综上所述，为了有效地提高污水处理工艺的自动化控制程度，以PLC控制技术为基础，设计出更加完善的污水处理自动化控制系统，对污水处理过程中的各个设备和操作环节进行全面动态化的监督和控制，这样不仅仅有效地提高了污水处理的效率，而且还能确保水质符合国家环保要求，更为关键的是采用此自动化控制系统能有效地降低污水处理过程中能量的消耗，减少人力、物力和财力的投入，实现节能环保的目的。