可编程控制器在污水处理控制系统中的应用

高孝旺

（镇江技师学院，江苏 镇江 212003）

随着社会经济的飞速发展，生活、企业生产、医疗等每天产生的污水越来越多。随着国家对生态环境保护工作的日益重视，污水排放和污水治理等问题越来越受到关注，要加强污水处理力度，减少水资源的消耗，改善生态环境。焦化企业是水资源消耗大户，同时也是污水排放大户，能否对企业每天产生的污水进行及时处理，对焦化企业的生存空间提出了越来越严格的要求，能否做好污水处理工作，是焦化企业生死存亡的关键。

某焦化企业原有采用继电控制的老式水净化处理器两套，负责全厂工业用水，由于企业规模不断地扩大，现有污水处理能力已不能满足企业每天生产生活污水排放处理需求。同时现有污水控制系统未进行技术升级改造，依然沿用老旧控制系统，在实际工作中，由于电气限位经常出现失灵故障，造成电动阀电机烧坏，无形中增加了维修时间和维修费用，延误了企业的污水处理，给正常生产带来了不利影响。针对现实存在的问题，作为校企深度合作单位，镇江技师学院教师联合企业技术能手，结合企业污水处理系统实际存在的问题，在不影响企业生产和降低维修成本的基础上，对现有污水处理系统进行升级改造。

针对国家、省、市对生产经营企业的环保要求和企业降低人力资源成本的实际情况，建议采用目前自动控制系统中技术成熟的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC） 对老式污水处理系统进行电气设备自动控制。PLC 是一种以微处理器为主的工业控制器，它应用了微电子技术和计算机技术等高新技术，具有编程简单、运行可靠、定位精准、功能强大、调节灵活等特点，在工作运行过程中可以进行实时监控，具有较强的适应性和实用性[1]。

1 污水处理系统的工艺要求

焦化企业污水中含有大量的悬浮物和炼焦过程中所产生的化学物质。基于环保的要求，此类污水严禁直排，考虑到节能的因素，污水经过处理合格后可再次作为企业工业用水的主要来源。目前企业所用的污水处理方法是通过化学药剂和污水混合，通过絮凝澄清和过滤工艺的合理组合，去除悬浮杂质及胶质，能大大地改善工业用水水质，经过污水处理后，水浊度小于3 mg/L，完全满足企业生产经营用水。污水处理装置采用同时过滤、分格反洗、反洗时不断产水、保证连续供水，处理过程工艺见图1。

图1 污水处理过程工艺图

根据处理工艺的要求，对现有2 套污水处理控制系统进行升级改造，同时新增1 套污水处理系统，可满足企业日常污水处理需求，经过技术升级改造后，可以实现3 台净水器同时运行，也可以实现1 套使用2 套备用或2 套使用1 套备用的灵活组合，3 套污水处理系统共用1 台反冲洗电动机。通过污水处理控制系统进行升级改造可以实现自动控制、手动控制、保护和故障报警、3 台独立的净水器在反冲洗时实现联锁[2]。

2 PLC 运行程序的编制

2.1 控制系统的控制要求

1） 上电检测。当PLC 上电后，检测所有的电动阀是否回至原始位置。

2） 混凝反应。设备启动前，打开进水电动阀，全开出水阀，提升泵将污水和混凝剂混合，混凝反应后通过进水阀流进净水器进行沉淀。

3） 反冲洗控制。每台净水器过滤区分3 格，当某格滤池的液位达到高液位时（液位由浮球控制），滤格池的反进水电动阀打开，出水阀关闭，反冲洗泵启动，反洗时间根据需要由时间控制器控制。反冲洗后的污水送回至过滤格进行再次过滤。反冲洗时其余滤室无法进行冲洗，需延时至冲洗结束后方可冲洗，反冲洗结束后格栅的进水阀关闭，出水阀打开，一个格栅的动作结束。

4） 自动排泥程序。每组设排泥阀3 个。根据原水的水质设定时间，一般为4~12 h 排泥一次，每次排泥由1 号至3 号顺序进行，每次排泥时间为2~5 min。改造后的净水器具有手动和自动控制功能，手动操作同自动操作过程一致。

5） 保护和故障报警。要求具有故障报警功能，当电动阀电气限位失灵时，电机自动保护，并发出报警信号，同时停止该格的反冲洗过程，净水装置停止时不影响其他两台净水器的正常工作。

2.2 设备的选型

综合考虑企业生产经营实际和降低企业技改成本，从运行的可靠性和今后的维修工的技术水平上考虑，选用了3 台日本三菱公司生产的FX1N-60MR-001 型PLC，分别对3 台净水器进行控制，实现对净水器的自动控制，其中每一台PLC 对应一套污水处理系统，每台PLC 之间当反冲洗时实现联锁控制。

FX1N-60MR 型PLC 主要技术特点：工作电源220 V，I/O 点数为36/24，基本指令和步进指令共29 个、应用指令89 种，采用光电耦合继电器输出方式进行隔离，输入电压使用内部提供的直流24 V，输出电压为交流220 V，输出采用继电器控制电动阀的动作，输入和输出均采用JZX-22F/Z 型继电器进行隔离，做到了外围设备和PLC 本体的双重隔离，从而保证PLC 的安全运行。根据其I/O 配置，6 个点控制3 台净水器进水阀开，6 个点控制3 台净水器进水阀关，3 个点控制3 台净水器排泥阀开，3 个点控制3 台净水器排泥阀关，1 个点为故障报警，1 个点为联锁控制[3]。

2.3 控制程序设计

市场上出售的污水处理系统也有使用PLC 控制的，但是在电机保护能力和报警功能上并不完善，经过在生产过程中不断实践和改进，升级后的污水控制系统在电机保护和报警方面取得了较好的效果，下面分析一个格栅反冲洗装置动作过程及其保护功能。

1） 反冲洗程序（见图2）。S20 置位将反冲洗进水阀打开和反冲洗出水阀关闭，X6 和X7 为限位。以限位动作切断电动阀电机的动作，T0 和T1作为电动阀开关的时间控制，经过测试电动阀动作时间约为25 s，时间继电器保护时间设为30 s，可以有效保护电机不会限位失灵而卡死烧坏（三菱内部时间继电器T0~T199 为100 ms 的定时器），限位失灵时间继电器动作将置位故障报警的信号给中央控制器发出声光报警信号，切断此PLC 的动作。当1 号浮子信号（X2） 动作置位M1 保证其在反冲洗状态时将其他格栅的动作屏蔽。S21 置位的条件是自身的电动阀在工作位置没有其他格栅和PLC 的反冲洗动作。X27 和X30 是2 号和3 号PLC 的联锁信号，M2 和M3 是本机中其他格栅的反冲洗装置，其次是本格栅浮子水位要处于高位。这样就保证了只能有一个格栅的反冲洗动作。

图2 反冲洗程序的梯形图

2） 反冲洗出水阀控制程序（见第82 页图3）。当S21 置位后，将反冲洗进水阀打开，反冲洗出水阀关闭；电动阀动作完成后置位S22。Y24 保证其他PLC 进行反冲洗过程。

图3 反冲洗出水阀控制程序的梯形图

3） 反冲洗泵进行反冲洗程序（见图4）。S22使Y0 打开，反冲洗泵进行反冲洗，T4 控制反冲洗的时间。

图4 反冲洗泵进行反冲洗程序的梯形图

4） 电动阀控制程序（见图5）。当反冲洗过程结束通过时间继电器的触点，使电动阀返回初始位置，T5 时间的设置保证其余格栅反冲洗过程之间的间隔，保证反冲洗泵不会频繁工作。同时返回到S20 等待下一次的反冲洗过程。

以上程序为一个格栅内反冲洗过程控制程序。

5） 排泥过程较为简单，采用顺序控制电动阀的打开和关闭，M8014 和计数器的配合保证了8 h排泥一次。

由于净水装置均可以实现手动和自动控制，所以在需要手动时只要将PLC 停止，手动电源为PLC输出电源，通过转换开关直接驱动所需动作电动阀的继电器即可。

图5 电动阀控制程序的梯形图

3 结束语

污水处理控制系统经过一段时间的运行，与老式继电动作的污水处理装置和市场上净化水装置相比较，实现了控制动作灵敏可靠，设备故障率降低，电机烧坏率为零。通过自动控制系统改造有效降低了企业的人力资源成本和维修成本，污水处理系统运行可靠，出水量大，保证了企业正常污水处理和工业用水供水。