PLC自控系统在污水处理工艺中的应用

刘 倩 杨伟兵

漯河职业技术学院 河南 漯河 462000

在我国，随着人民生活水平的不断提高，生猪养殖也越来越规模化，而养殖过程中的生产污水处理也成为整个环保工作中的重要环节，随着污水处理工程和信息技术的迅猛发展，PLC自控系统在各个领域的应用的比例也在不断提升:污水处理是一个复杂多变的过程，传统的控制工艺多采用仪表控制，以人工手动控制为主，需要操作工人具备丰富的工作经验和专业知识，这种方法生产效率低下，污水处理质量也极不稳定，信息采集也不能集中。想提高工作质量，降低成本，就必须采用先进的技术和设备，构建自动化的污水处理产线或者工厂，基于这一构思，本文将在下文中对PLC自控系统在污水处理工艺中的应用进行分析。

1 污水处理PLC自控系统架构

1.1 监控系统上层分为2套:

1.1.1 场区中控室2台中心监控计算机；

1.1.2 整个集团后台数据中心，手机端APP。

1.2 下层为若干个可编程逻辑控制器(PLC，西门子品牌，S7―200 SMART、S7―1200等系列)，它们分布在污水处理的整个工艺流程的不同位置，分别负责不同设备的控制。现场设备，比如电动阀、水泵、风机及紫外灯等与PLC的I/O端口相连，PLC通过输入和输出控制信号对其进行控制量采集和控制，上位机和PLC之间则借助PLC通信网络来交换数据，并进行监控操作，后台数据中心通过OPC方式获取数据，并进行WEB发布，通过手机APP和移动端可进行访问。

1.3 该自控系统PLC控制系统、仪表检测、上位机监控及远程云端

四部分组成。计算机控制管理系统遵循 “分散控制、集中管理、资源共享、信息同步”的原则；仪表系统遵循 “工艺稳定、功能实用、维护简便”的原则。该自控系统是基于现代先进控制思想的集散型控制系统。

2 PLC自控系统设计

在设计时，选用工业以太网实现数据通信，配以西门子S7系列PLC，具有较高的性价比。

2.1 系统构成 根据该厂的生产工艺，整个污水处理过程可以分为两个控制区域，每个区域设置一套现场控制站。该污水处理厂工艺流程见下图:

图1 污水处理厂工艺流程图

2.1.1 现场控制站一 该控制站测控管理区域为收集池缓冲池、固液分离。

2.1.2 现场控制站二 该控制站管理区域为沼液储存池、AO池。

2.1.3 现场控制站三 该控制站管理区域为气浮机。

2.1.4 现场控制站四 该控制站管理区域为MBR池、UF超滤。

2.1.5 现场控制站五 该控制站管理区域为臭氧发生器、水氧混合器。

2.2 控制方式 主要自控设备的控制方式共三种:

2.2.1 本地手动控制:通过就地控制箱的控制按钮和PLC控制柜的触摸屏虚拟按钮实现对设备的启停操作；

2.2.2 远程手动控制:操作人员通过中控室的监控画面，用鼠标和键盘来控制现场设备；

2.2.3 自动控制:由各PLC根据污水处理流程中各环节的工况和工艺参数反馈值自动完成对设备的控制，不需要人工干预。这三种方式的控制级别由高到低依次为本地手动控制、远程手动控制、自动控制。

2.3 通讯网络 以太网通讯用于控制现场设备，西门子S7系列PLC自带以太网通信端口，无须外界模块即可进行通信，各个环节水质检测数据均可发送至上位机。上位机软件(西门子WINCC)可将所有数据及控制按钮等展示在自行组态的画面上，更可以将PLC监测到的数据直接保存至数据库，方便后台调用，及时展示在WEB端(可使用浏览器及移动设备APP等访问)。

2.4 软件选型 使用西门子S7―1200(博图)、S7―200 SMART(STEP 7―Micro WIN SMART)等控制器编程软件和WINCC上位机组态软件。PLC编程软件可对PLC程序进行修改，WINCC软件可使操作员在正常监控、操作的环境下，对上位组态、数据库和操作员界面进行修改。

3 PLC自控系统在生猪养殖场污水处理中的应用

3.1 系统实现功能 PLC自控系统可展示整个工艺流程图，可实时监测设备状态和整个系统的运行状况，在线检测各个环节的工艺参数；可通过调整运行参数实现远程调控；可通过在线的工艺参数反馈值自动控制设备运行；可进行能耗的实时监控；可自动生成生产报表；可自动提示和推送报警信息。

3.2 具体应用

3.2.1 收集池缓冲池、固液分离区:通过液位高低和时间进行自动控制。

3.2.2 沼液储存池和AO池:通过液位控制水泵、电动阀启停，通过在线检测溶解氧和实际需氧量来调整曝气风机的转速，从而调节总的充氧量。

3.2.3 气浮机:通过液位和空气压力来控制自动启停，并通过监测流量来计算实际需要的加药量，自动控制计量泵加入所需化学药剂。

3.2.4 MBR池和UF超滤:通过液位、压力、PH值、浊度、时间、滤膜两侧压差等完成自动控制。

3.2.5 污泥回流量自动控制采用的是时间控制和手动控制。

3.2.6 臭氧发生器、水样混合器:根据水质检测参数(PH值、浊度等)控制臭氧与水的混合比例，完成自动控制。

3.3 在线仪表的应用经验 在线仪表(各种传感器及其变送器等)在污水处理工艺中占据着重要的地位，对工艺调整和运行起着指导作用。如液位计是否准确关系到设备(泵，阀门等)的安全，溶解氧仪是否正常关系到出水的水质等。因此，在线仪表的正确安装是十分重要的。

3.3.1 该厂进气浮机2台流量计，由于安装的位置过于靠近出水口，这使得检测位置的管道水量总是达不到满管，并处于波动状态，导致流量数据与实际流量出入较大，失去了实际参考意义。这种情况可能导致的后果是，根据该流量计算后加入的次氯酸钠等化学药剂数量不对，达不到工艺所需的处理标准。发现此问题后，立即联系厂家对仪表安装位置进行了调整，现使用情况良好。

3.3.2 该厂用于测量AO池好氧段溶解氧的溶解氧传感器，安装时未按照完全浸没水下的安装要求进行安装，导致溶解氧测量数据不准确，从而影响对曝气风机的控制，致使下游工艺环节多次检测水质不合格，浪费了大量人力。后对其安装方式进行更改，完全按照安装要求进行安装，解决了下游环节的原水水质问题。

3.4 系统设计方面建议 在PLC自控系统设计时，需考虑到系统扩展和兼容性的问题。例如，该污水处理工艺中的除臭系统为集成在固液处理区的，前期PLC系统设计时并未考虑到其他环节也需要添加除臭系统并进行自动化控制，如果要实现新增除臭系统的自动化控制，需将新添加的除臭系统单独作为一个控制站，并将各种参数、数据信号等传输到中控室，以便运行人员远程操作，而现场并无足够空间安装对各控制站，导致了现场出现安装困难的问题。该厂后期扩大产能，其PLC自控系统新增部分其他厂家设备，也存在信号输出和兼容性不好等问题。

4 结束语

综上所述 ，该PLC自控系统的所有设备均符合该养殖场生产污水处理的日常工作要求，并在整个污水处理行业有着广泛的适用性。该系统不仅使运行成本降低，而且反应灵敏，准确度高，对提高污水处理的效率、节约成本及相应的管理都具有积极的意义。因此，可以将其广泛地应用于污水处理系统当中。