对PLC自动控制系统在污水处理中的运用初探

张思远 李建莉 曾楠

摘   要：目前，基于PLC自动控制系统已经成为污水处理的首选方法，在详细了解其基本内容的基础上，对污水处理中PLC自动控制系统的功能进行分析，最后介绍了该系统在污水处理中的应用。

关键词：PLC技术;自动控制系统;污水处理

近些年，环境管理问题逐渐得到社会的广泛关注，我国受粗放型经济发展模式影响，水污染已经成为制约社会经济可持续发展的重要问题，而污水治理作为改善水污染的有效手段，成为现阶段环境管理的重要课题。同时，现代科学技术的发展进一步简化污水处理环节，尤其是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自动控制系统的出现，让污水处理效率进一步提高，值得关注。

1    对PLC自动控制系统的分析

PLC又被称为可编程逻辑控制器，是面向工业生产设计而推出的一种数字化运算操作系统，在功能设定上采用了一种可编程的储存设备，在内部能够完成多种复杂操作，包括顺序控制、逻辑运算以及数据運算等，在该系统的影响下，能够完成多种数据的集成处理，并通过输入输出接口传递模拟化信号，最终实现了对整个系统处理过程的控制[1]。与传统技术相比，PLC在数据运算等多个数据处理过程实现了技术突破，主要表现在以下几方面：（1）该技术具有理想的数据处理功能，尤其是在收集数据与采集数据上的性能优越，并且能够筛选系统运行中的异常数据，通过对异常数据的独立分析，进而在系统运行中直接针对异常数据进行处置，所以，在PLC技术的支持下，整个系统的智能化水平进一步提高。（2）控制系统顺序。PLC控制系统能够记录系统运行的各种相关数据，并对数据采用模板分析的方法，有效控制系统运行阶段的各个子系统，因此，在功能上能够实现细节的功能划分，具有显著优势。（3）PLC技术还具有控制开关功能，通过直接控制系统的运行开关，实现对整个信号输入、输出过程的控制，不仅让系统的运行更加平稳，也能保证复杂情况下的系统运行效率，这是传统技术所不具备的。

在污水处理中所使用的PLC自动控制系统主要可以分为两种：（1）通过PLC系统所提供的数据采集系统，能够采集污水处理中所形成的各种数据，并依靠识别数据变化来基本判断污水处理效果。（2）采用全自动化控制系统，依靠PLC自动控制系统的全过程数据采集，实现对污水处理过程的全面、自动化控制，使整个系统的运行更加稳定[2]。

2    PLC自动控制系统在污水处理中的应用路径

2.1  系统设计的基本目标

在污水处理过程中应用PLC自动控制系统具有可行性。在系统设计中，为了能够进一步提高污水处理效果，在设计上应该重点考虑以下几方面内容：（1）系统具有成熟的功能体系。在PLC自动控制系统中，应该选择技术可靠、成熟的设备与技术，例如相关的仪器仪表必须要选择质量可靠的;在成本约束上，原则上应该兼顾质量与价格之间的平衡，并确保在未来相当长一段时间内都具有先进性，减少PLC自动控制系统后期维护更新的步骤。（2）应该确保PLC自动控制系统能够高效完成各种情况下的污水处理工作，具有良好的可操作性，且彰显节能、实用的要求。

2.2  基于PLC自动控制系统的网络系统设计

在污水处理环节，为了能够进一步提高PLC自动控制系统的运行效率，可以基于现场污水处理具体情况进行有针对性的控制网络结构设计，一般采用分布式的控制系统，主要包括中央控制室以及若干的PLC控制站，每个PLC控制站分别代表污水处理过程中的一个功能模块，包括污泥脱水、配电间控制主站、滤池操作间控制站等[3];在PLC自动控制系统硬件的选择上，可以选择L3X型控制器实现主站控制，主站之间采用以太网通信方式。同时，为了能够提高自动化控制效果，在每套PLC主站上都需要设置可编程操作员终端，并支持多种协议的操作要求;在中央控制站与各PLC控制站都采用显示接口（DisplayPort，DP）总线连接模式，这种结构模式能够较好地保证通信质量。

在PLC自动控制系统的网络架构设计中，需要按照不同PLC主站的功能要求来进一步界定其中的系统功能，详细资料包括：（1）配电间PLC自动控制主站主要负责污水处理过程中各个关键设备的工艺参数监控与测量，不仅能够实时统计其中的关键运行参数，也能完成格栅系统、进水泵房等构筑物设备检测功能。（2）PLC自动控制系统能够对污水处理过程中污泥脱水过程参数以及泥饼制备工艺进行检测。（3）PLC自动控制系统能够对加药间的运行数据进行检测，包括投药泵的运行参数、聚合氯化铝（Poly Aluminium Chloride，PAC）絮凝剂的配置情况等。（4）PLC自动控制系统检测滤池操作间的相关参数，包括反冲洗、水的计量、活性砂滤池等环节的数据检测。（5）中央控制室。在污水处理的管理大楼内增加工业级PC操作员站，通过上位机组态软件实现对生产过程的远程监控，并具有软件监测、调试等功能;在系统结构设计上使用了上位机监控计算机模式，能够与设备控制层PLC控制站相互独立设计，因此，能够在最大程度上保证污水处理过程的独立性[4]。

2.3  系统的关键功能

在污水处理中，PLC自动控制系统的功能得到进一步完善，其中的关键功能包括以下几个方面。

2.3.1  污水处理的在线监测

在污水处理中，通过PLC自动控制系统能够将污水处理环节的各种数据直接纳入到输入/输出（Input/Output，I/O）模块中，这是系统能够实现在线监测的关键，例如通过各种污水排放的仪表来记录污水处理数据，同时，这些数据能够直接上传到中央控制室中，并在显示屏中显示系统运行的相关指标，使工作人员能够了解污水处理中的参数变化，依照历史数据以及异常数据对比分析的方法，将各项数据实时反映在系统中，提高了工作质量。除此之外，工作人员还能够通过电力计算机来远程调整电子仪表的数据，保证整个污水处理过程顺利完成。

2.3.2  污水处理的动态管理

工作人员能够在PLC自动控制系统的支持下，依据仪表所反馈的数据来统计污水处理过程中的相关参数，尤其是重要设备的生产参数信息以及阀位开度等，通过这些方法能够记录整个污水处理的全部过程。一旦污水处理中出现了非正常数据，系统能够提出警报信息并由工作人员及时查看污水处理过程，针对各种异常数据进行分析，最终确定出现异常数据的原因，保证污水处理正常运行。

2.3.3  数据处理

在污水处理环节，PLC自动控制系统依靠自身强大的功能优势能够完成各种复杂数据的采集与处理，所有的数据在产生之后能够第一时间备份、记录，避免因为重要数据丢失而影响后期的质量管理工作。

2.3.4  数据分析

在污水处理过程中会产生大量复杂数据，通过PLC自动控制系统，在采集相关数据之后能够直接在后台完成关键数據的运算处理，并将运算结果反馈给工作人员，有助于实现对数据处理过程的优化，让工作人员能详细了解污水处理系统的运行过程，并判断系统的后续处理过程，预测未来系统的运行趋势，确保能够尽早针对异常数据进行处理，避免风险发生。

3    PLC自动控制系统在污水处理中的功能展示

3.1  基于PLC自动控制系统的格栅自动控制

在污水处理中，格栅是污水过滤的关键装置，采用PLC自动控制系统，能够采用自动控制方法，实现时间控制或者水位差控制等。一般情况下，当系统启动除污耙时，螺旋式输送机和栅渣压实脱水机开始运行，当格栅停止运行之后，会延迟一段时间再停运螺旋式输送机和栅渣压实脱水机。在这个过程中，通过PLC自动控制系统能够充分发挥现场控制系统以及监控系统的功能，依靠控制操作屏，直接设定格栅距离以及水位差值等，例如根据上一次污水处理过程中的格栅运行周期来设定本次运行数据，有助于提高污水处理效率。

3.2  自动控制进水泵房

在污水处理系统中，进水泵房是测量进水量、进水速度的重要装置，在PLC自动控制系统中，先通过水位测量仪来掌握水位的实时参数，假设污水处理过程中的水位开始升高，这种情况将会自动触发控制按钮，启动水泵。此时，水泵的启动顺序是根据累计运行时间由小到大排序的，在水位不断下降的情况下，控制水泵会依次停止运行。在这个过程中，PLC自动控制系统会记录水泵的运行时间，满足后期水泵自动轮值的要求，确保所有水泵都处于良好的状态;而在污水处理系统中的污水降低到保护水位的情况下，所有的水泵都会停止运行，通过该系统能够在完成现场控制的同时设定水位值。

3.3  自动控制旋流沉砂池

在污水处理过程中，旋流沉砂池是沉淀处理的重要组成部分，能够保证该装置始终处于自动运行状态，搅拌叶轮持续运行，此时通过PLC自动控制系统直接控制排砂过程，包括旋流沉砂池、排砂泵、冲洗水、排砂阀门等设备，均可以采用联锁控制方法，直接通过系统来统筹控制设备处于静止或者启动状态。

3.4  自动控制氧化沟曝气量

一般在污水处理中需要输入氧气，此时为了能够实现资源的合理利用，需要依照系统负荷以及实际需氧量来控制氧气输入。通过PLC自动控制系统能够控制曝气机的运行速率，假设污水处理中的氧气含量不足，系统会提高曝气机的运行效率来保证氧气的供应量;反之会减少氧气供应量。在这个氧气调节过程中，PLC自动控制系统会根据数据采集功能所测量的氧浓度变化来调整系统运行，达到了节约能源、降低成本的目的。

3.5  加药量控制

在污水处理中经常需要使用氯气，而氯气的添加需要根据污水进水流量大小进行控制，包括进气量与进气速度等，不仅要确保氯气能够满足污水处理的要求，还要避免氯气进入量过多等问题。在这个过程中，通过PLC自动控制系统能够对氯气的注入量进行控制，通过测定接触消毒池出水余氯作为修正值，将该指标作为氯气加入量的控制参数，自动修正进入系统中的氯气量，使得氯气与污水量之间的比例保持正常，最终满足污水处理的基本要求。

4    结语

现阶段在污水处理中，PLC自动控制系统具有高性能，该技术的出现进一步提高了污水处理效果，让污水处理环节更加简洁，有助于提升工作效率。因此，在未来工作中，需要积极探索PLC自动控制系统在污水处理中的新路径，持续完善系统的数据处理功能，让系统可以更加详细地采集污水处理数据，最终提高污水处理效果，更好地服务于社会发展。

[参考文献]

[1]胡   斌.试论PLC自动控制系统在污水处理中的运用[J].电子元器件与信息技术，2019（7）：56-58，63.

[2]李   政.PLC自动控制系统在污水处理中的运用分析[J].科技创新与应用，2019（1）：171-172.

[3]赵亚琨.浅谈自动控制系统在污水处理厂中的应用及组成[J].山东工业技术，2018（9）：93.

[4]程   莉.浅谈自动控制系统在污水处理中的应用[J].科技风，2017（11）：150.