PLC自动控制系统在污水处理中的应用

唐海波

【摘 要】本文针对当前的生活污水处理问题，分析污水处理工艺流程，提出将 PLC 自动控制系统运用于污水处理，主要从 PLC 自动控制系统的设计、功能及控制系统等方面进行阐述，以期确保污水处理效果的同时有效降低污水处理的成本。

【关键词】PLC 自动控制系统 污水處理 应用

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）07B-0032-02

不断发展的工业经济，不断增加的人口数量，带来了越来越多的工业、生活污水，这已经成为不容忽视的环境问题。环保问题是当前社会的关注焦点，而工业、生活污水的无害化处理是环保问题中的关键问题之一。随着技术的发展和污水处理自动化要求的不断提高，采用先进的自动化控制技术和设备高效实时监控污水处理过程成为必然选择。在污水厂处理污水的过程中实现自动化控制，可以有效提升污水处理的效率，降低处理成本，增加污水处理过程的可靠性和稳定性。在处理污水时，需要实时采集、处理数量庞大的数据，且污水处理系统各个子系统地点分散，由管道相连。因此，实现污水处理自动化的第一选择是采用 PLC 自动控制系统。PLC 是一种可以编写程序的控制器，PLC 可以进行定时、逻辑运算、基本算数等操作，其可编程的特点使得人们可以通过编写指令实现控制设备和生产过程的目的。在污水处理过程中，上位工控机、PLC、电控机构成污水控制系统的核心。

一、污水处理工艺流程概述

当前的污水处理使用的工艺通常为 A2/O 工艺，其有一套相对固定的工艺流程，主要包括预处理、水解酸化、生物池反应、中间提升、絮凝沉淀、过滤消毒、污泥脱水等环节。A2/O 工艺是在以往的 A/0 工艺的基础上改进而来的，在去除氮的同时去掉大部分磷是 A2/O 工艺的最大优点。在预处理环节，首先通过粗格栅去掉污水中较大的杂物，然后通过进水提升泵提升污水水位至预处理池，经过细格栅进一步过滤，再通过旋流沉砂池进行提砂、吹砂以及离心机排沙。经过预处理的污水在水解酸化池中通过相应化学试剂作用分解掉其中颗粒较大的有机物，少数被完全分解，多数被分解成可以被生物细菌分解的小颗粒有机物，之后污水在生物反应池中进行进一步处理，经过厌氧、缺氧、好氧三个部分的处理，厌氧处理的作用是磷的释放并氨化部分有机物；缺氧处理的目的是脱去污水中的氮，而好氧处理的作用是去掉污水中的 BOD、硝化和吸收磷。此时污水经过二沉池分离出其中的污泥，一部分污泥回送至生化池的厌氧区，一部分进行脱水压缩处理。经过砂滤池过滤、再经过消毒池杀菌，最后经由巴氏计量槽计量排出。

二、PLC 自动控制系统设计

在实际的污水处理中，要根据实际情况设计 PLC 自动控制系统。通常来说，污水处理自动控制系统由中央控制室站以及配电间、预处理、污泥脱水间、加药间、滤池操作间的 PLC 控制站组成。PLC 控制站通过以太网通讯方式连接，每套 PLC 主站配备可编程操作员终端一台，各 PLC 控制站以及自带 PLC 通信接口的外来设备通过以太网和中央控制站相连，以确保信息传输接收的稳定性。其中，配电间 PLC 控制站负责监控氧化沟、回流污泥泵房、生物反应池、鼓风机房、二沉池等设备。预处理 PLC 控制站负责监控预处理环节的进水泵房、格栅、旋流沉砂池等设备。污泥脱水间 PLC 控制站负责监控污泥脱水、泥饼制作等设备。加药间 PLC 控制站负责监控 CLO2 发生器、PAC 絮凝剂配置、投药泵等设备。滤池操作间 PLC 控制站负责监控活性砂滤池、反冲洗、絮凝沉淀池、出水检测、计量等相关设备的运行。通常上位机组态软件由中央控制室的操作员站负责操控，以便远程监控污水处理设备，工程师站负责 PLC 的程序编写开发，以便实现远程调试和诊断。在实际的污水处理过程中，各个 PLC 控制站与上位监控计算机一般都是相互独立的，PLC 控制站可以脱离上位监控计算机独立运行，从而显著增强污水处理过程的安全性。在中央控制室通常配备了投影机，可以实时监控污水处理工艺流程。通常来说，污水处理中的 PLC 自动控制系统设计应该满足这几点要求：①需要考虑现场设备、仪表的安装操作，构建监控系统整体框架；②应该采用集散型自动控制方法，即集中管理、分散控制；③应采用遵循 EtherNet/IP 协议的计算机控制网络构建中央控制系统网络及其周边系统；④采用本地、现场、中央三层控制模式监控设备运作，现场 PLC 控制站应该配备互动良好的人机界面，如触摸屏等；⑤在所有污水处理环节安装 PLC 控制站，采用 EtherNet/IP 以太网连接各控制站与中央各站点以及各控制站。

三、污水处理 PLC 自控系统功能

（一）功能。其一，能够实时监测污水处理各个环节各个设备的各项参数，如流量、液位、酸碱度、溶解氧浓度、工作电流电压、功率因数、有功功率和无功功率等。PLC 控制站采集各项参数，进行相应处理并存储或呈现，同时实时监控污水处理关键环节各个设备的运行情况，如运行、停止的次数及运行时间，给出设备运行状态报表，方便人们参考报表了解设备运行状态，合理安排设备检修时间。其二，可实现现场污水处理设备的自动化控制，如格栅机、鼓风机、提升泵、阀门等；可在中央控制室集中管理污水处理设备和仪表。其三，采用中文人机交互界面的上位机可以将污水处理过程中的各项参数的变化趋势用图形直观呈现。其四，可全程监视污水处理各环节、各工艺单元的运行情况，实现对单个设备的独立操作，并生成运行报表。其五，可以对设备故障进行自动报警，并自动分析报警数据、追溯故障源头，可以自动记录系统或某个设备发生故障前后的信息。在污水处理过程中如果系统出现故障，PLC 自动控制系统可以及时发现故障，将故障反馈的相关信息传输至中央控制室，便于操作人员能第一时间发现故障，掌握故障的发生情况，并根据反馈的信息采取有效的故障排除措施，做好应急准备。

（二）控制模式。污水处理 PLC 自动控制系统通常由手动、半自动、全自动三种模式控制。手动控制模式下，需要操作人员操作现场控制箱上的按钮来控制设备的启动、停止，该模式主要用于单机的检修、调试等非正常运转情况下。半自动控制模式下，需要人为操作控制面板来远程控制现场的污水处理设备，具体来说，是由操作人员发出控制指令，使被控设备按照既定程序进行运作，操作人员只需关注设备状态，确定设备是否运作正常。按照人是否在受控现场，半自动控制可分为远程控制、现场控制两种。全自动控制模式下，操作人员通过对被控设备或工艺流程设定参数、给出指令，使污水处理系统按照既定程序自动运行，这时，操作人员只需关注污水处理系统的运行状态，如粗格栅机、泵房机组、BAF 生化处理池的自动控制。与半自动控制模式相似，按照人员是否在现场，可以將全自动控制方式分为：远程全自动控制，即由中央控制室操作员站进行远程控制；现场全自动控制，即通过 PLC 控制站的人机交互界面实现全自动控制。上述三种控制模式的控制级别由低到高排序为自动控制、半自动控制、手动控制。

随着社会大众环保意识的不断提升，水资源的循环利用已经成为当下的热门问题。就目前的情况来看，我国水资源短缺的问题依然严峻，水污染问题比较严重。特别是在工业相对发达的地区，水资源的污染问题更加严重，做好污水处理迫在眉睫。在这样的形势下，运用 PLC 自动控制系统可以实现污水处理过程中各项参数、信号的采集、分析、处理和储存，操作人员可以借助 PLC 自动控制系统实时全程监控污水处理过程；同时，PLC 自动控制系统可以为日后污水处理提供数据支撑，为我国水资源以及环境问题做出应有的贡献。

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（责编 罗汝君）