工业污水处理PLC 控制系统分析

徐 燚 邵亚丹

（杭州诚洁环保有限公司，浙江 杭州311228）

PLC 就是所谓的可编程控制器，这种控制器拥有完善的功能，将其应用于工业控制之中，可以取得良好的应用效果。工业经济的发展，导致污水排放量不断增加，如何提升污水处理质量和效率，受到了国家和人民群众的高度重视，但传统污水处理方式在多种因素的影响下，很难发挥作用，故要求污水处理厂应用先进的设备，对污水处理系统进行改造，以强化污水处理的效果。

1 污水控制系统优化案例

1.1 案例分析

某印染公司属于国内大型印染企业，早在建国初期就已存在，经过几十年的发展，其产品种类愈加完善，在国内外均享有非常高的知名度。印染行业是工业体系的重要一环，能够促进相关产业的发展。但其在生产过程中，会产生大量的污水，而污水处理需要付出大量的成本，不利于企业的发展，尤其是在市场竞争日益激烈的今天，如果印染公司无法控制污水处理成本，甚至会出现生存危机。有鉴于此，公司积极响应政府部门的号召，决定应用PLC 对传统污水处理控制系统进行优化，以提升污水处理效率和质量，从而实现对污水处理成本的有效控制。

1.2 污水控制系统优化

印刷公司旧有的污水控制系统存在多个单元，简言之，每个生产车间都设有污水控制室。同时，控制室还内置控制箱，其作用为启动和关闭电机。但这种污水控制系统的缺点极为明显，结构较为复杂和冗余、控制分散以及占地面积广。这些缺点的存在，导致印刷厂污水处理成本大幅度上升，并且在控制方式上也稍显落后，尚未实现自动化控制，与政府部门的要求不符。故应用PLC对系统进行优化，成为了解决问题的有效途径。在优化之后，现场总线可以将过去分散的控制信号按照统一的协议传输到中央控制室中，实现了分散控制向集中控制的转变，从而使污水处理效率和质量大幅度上升，有利于控制污水处理成本，并促进企业的发展。

2 污水处理的工艺流程

优化后的污水处理控制系统，拥有三级污水处理工艺流程，如下所述：（1）一级处理工艺流程：首先企业会将污水排放到集水池中，在经过粗格栅、提升泵、细格栅、调节池和沉沙池的简单过滤和处理后，使污水内部的悬浮有机物脱离，完成对污水的预处理[1]。（2）二级处理工艺流程：二级污水处理工艺主要是指生物处理工艺，通过培养微生物，利用微生物分解污水中的有机物，在经过一系列的处理后，部分有机物会被微生物同化，转化为活性污泥；另一部分有机物会变为氧气和二氧化氮排出。污水会在氧化池、厌氧池流动一段时间，通过这种方式，降低氮含量。并且污水在氧化池中，还会被微生物所分解，有助于促进微生物的繁殖，污水处理效果也会因此而提升。（3）三级处理工艺流程。三级污水处理工艺是指污泥消化处理，通过板框压滤机的使用，对活性污泥做脱水处理。处理后的污泥，其含水率会大幅度下降，然后将其运输砖厂，成为建筑用砖的原材料，真正实现了无公害处理和废物二次利用。在这个工艺流程中，控制系统发挥了重要的作用，使污水处理设备运行的稳定性得到了保证。

3 工业污水处理PLC 控制系统硬件设计和结构

通过上述分析可知，企业污水控制系统拥有多道污水处理控制工序，因此，对PLC 控制器的要求十分严格，由于本控制系统拥有多个输出点，且较为复杂，因此，保证硬件系统的设计效果尤为关键。

3.1PLC 通信设计。PLC 控制器可以分为多个部分，主要包括上层管路和下层管理。按照应用范围，则可以分为车间控制和设备控制。为提升控制效果，本系统选择PLC 通信为S7-300，究其原因，主要是这种控制器，与工业通信和网络配置的要求相符，且能够满足多种通信协议的需求，故将其应用于污水控制系统之中，可以取得良好的效果。

3.2硬件设计。将企业污水控制系统设计作为依据，以满足系统需求为出发点，为系统设计一套高质量且技术先进的PLC控制系统尤为关键，有利于提升污水处理的效率和质量。硬件设计如下所述：

3.2.1设计控制器。将污水处理工艺流程作为依据，对系统控制要求加以明确，并在此基础上，获得I/O 点数，并完成PLC 的选择，目前，常用的PLC 形式有两种，分别为结构式和整体式。在PLC 的I/O 点分配完成后进行图纸设计，同时分配输出地址，最后设计与之相匹配的程序[2]。

本文所设计的PLC 控制系统，所采用的控制器为S7-300，究其原因，主要是这种控制器的逻辑指令和功能质量较为完整，控制器的应用范围也随之扩大，这一优势在编程时得到了体现，主要表现在以下方面：（1）拥有非常快的指令处理速度，所需的指令执行时间不超过0.5μ；（2）能够对浮点运算和复数运算方法进行有效的使用；（3）拥有多种不同的通信接口；（4）能够为使用者提供合理的参数，有利于降低模块参数化工作的难度；（5）可以提供良好的人机交互界面；（6）具有可拓展性。PLC 控制器可以与多种模块和扩展装置相连接，据了解得知，这种控制器最大拓展机架为4 个，单个机架内包括8 个模块，故一个PLC 控制器可以拓展的模块高达32 个；（7）自动诊断功能。PLC 控制器可以对控制系统的功能进行诊断，并分析和记录故障的成因，为工作人员制定解决方法，提供了数据上的支持；（8）口令保护功能。传统污水控制系统容易受到木马病毒的威胁，而PLC 控制器具有多级口令保护功能，将这项功能应用于控制系统中，可以保证数据和技术的安全。

3.2.2选择合适的通信卡。本系统将CP 5613 通信卡作为了主要选择，通信卡的作用是将计算机和的编程设备与MPI 相连接。据了解得知，该通信卡可以连接的设备为32 台，并在此基础上，完成一个网段的建立。

3.2.3接口模块选择。本系统选择了西门子公司生产的IM系列接口模块，提供多种形式的总线接口是接口模块的基本功能。并且在机架拓展时，同样需要应用接口模块。

3.3控制系统的结构

将企业污水处理控制系统设计要求作为依据，并遵循设计原则，本文所设计的PLC 控制系统，在结构上选择了分布式结构。设备控制的实现方式为三级，第一级是中央控制层；第二级为控制主站；第三级为控制从站。三者的关系为递进关系，通常情况下，三者会通过ET200 和接口连接为一个整体。而控制主站选择了S7-400 PLC 控制器。通过上述分析可知，该控制器具有丰富的功能，与系统设计要求相符。

污水处理控制系统采取的控制方式有如下两种：（1）自动控制；（2）远程PLC 控制。污水处理控制系统中的污水处理设备所产生的信号，都会通过通信接口传输到PLC 控制器之中，并在上位机上显示，工作人员通过观察，即可实现对设备运行参数的监管。控制站在接收信号后会通过模块对设备动作进行准确的控制。

4 污水处理控制方法

本文所设计的污水处理PLC 控制系统由多个功能模块组成，且每个功能模块都具有不同的控制方法。

4.1提升泵站车间现场总线模块。该模块可以对提升泵、格栅、仪表等设施的信号进行采集，由于污水来自不同的车间，故控制系统会将污水的实际情况作为依据，对提升泵进行合理的控制，以提升污水处理效率，控制污水成本，同时，这种污水处理控制方法，还能使提升泵与下游设备相连接，自动化控制也得以实现。

4.2除砂车间现场总线模块。该模块可以采集本车间内的设备电机信号，最终实现对工业污水的除砂处理，之后将污水排放到至下游设备。

4.3澄清和过滤车间现场总线模块。该模块的控制方法与上述两个模块的控制方法相同，都是通过采集本车间设备电机信号，实现自动化处理污水的目标，故不再做过多的赘述。

综上所述，与传统污水处理控制系统相比，PLC 控制系统具有更加丰富的功能，可以实现自动化控制的目的。实践应用结果表明，污水处理PLC 控制系统，有利于提升污水处理效率，并节省污水处理成本。因此，工业企业应积极响应政府部门的号召，充分发挥PLC 控制系统在污水处理中的作用。