施 皓，李伯偉

中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 東莞 523000

隨著我國(guó)人口數(shù)量的不斷攀升，城市用水需求量日益增加，人們生產(chǎn)生活所產(chǎn)生的污水也越來越多。傳統(tǒng)污水處理方法具有自動(dòng)化程度低、操作難度大、成本高、效率低等缺點(diǎn)，因此需要對(duì)其進(jìn)行有效的改革和創(chuàng)新。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用水平更加成熟，其在各行業(yè)中的應(yīng)用也更加的深入和廣泛，污水處理也應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，加大對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的使用。

傳統(tǒng)污水處理廠控制系統(tǒng)以繼電器為主，當(dāng)變更設(shè)計(jì)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)需要重新制作，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還由于繼電器存在的接點(diǎn)接觸不良、磨損、體積大等缺點(diǎn)，造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題。可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)是一種即時(shí)系統(tǒng)，有別于個(gè)人計(jì)算機(jī)，具有控制能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備連接簡(jiǎn)便、維修使用方便、能在線維修等優(yōu)點(diǎn)，因此在污水處理廠中得以廣泛應(yīng)用。

1 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述

PLC控制系統(tǒng)是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。

2 污水處理廠PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

污水處理廠控制系統(tǒng)按分層分布式原則布置，系統(tǒng)分為信息層、控制層和設(shè)備層。其中，信息層設(shè)置在中央控制室，在中控室能集中監(jiān)視廠內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，并通過PLC獨(dú)立實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)視和控制功能?？刂茖酉到y(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)置針對(duì)單體或局部控制任務(wù)的就地控制站，采用光纖網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)就地控制站相互連接，并連接到信息層系統(tǒng)。設(shè)備層系統(tǒng)采用數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程I/O裝置連接設(shè)備控制箱和檢測(cè)儀表。根據(jù)污水處理廠工藝特點(diǎn)及廠區(qū)平面布置，通常設(shè)置一個(gè)中央控制室和若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站。

2.1 中央控制室

中央控制室一般設(shè)置于廠區(qū)綜合樓內(nèi)，控制室內(nèi)設(shè)的監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)全廠的自動(dòng)化運(yùn)行和生產(chǎn)管理。同時(shí)，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)控制中心也設(shè)在中央控制室，對(duì)全廠的生產(chǎn)及安保工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制站

現(xiàn)場(chǎng)控制站配置包括顯示操作終端和用于該站自動(dòng)控制、工藝參數(shù)采集和網(wǎng)絡(luò)連接的PLC系統(tǒng)（CPU、電源、DI、DO、AI、AO等模塊與各種網(wǎng)絡(luò)通信接口適配器等）、不間斷電源，以及光纖環(huán)網(wǎng)通信的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、電源、信號(hào)防雷器和各種隔離器。

現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備除了可由操作人員通過就地箱控制，還可交給PLC進(jìn)行自動(dòng)控制。顯示操作屏是現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)接口，操作人員可通過對(duì)屏上按鈕的操作，由PLC完成對(duì)相關(guān)設(shè)備的控制。操作人員也可以在屏上修改相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。

3 污水處理廠PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能

第一，信息實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。在污水處理過程中，污水的流量、酸堿度、總磷總氮、氨氮，以及其他有機(jī)、無機(jī)污染物的濃度會(huì)隨著污水處理工序的逐一完成發(fā)生瞬時(shí)變化，如果不能對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)把握，將影響污水的后續(xù)處理工序。為此，在污水處理廠中使用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以充分發(fā)揮信息監(jiān)視系統(tǒng)的作用，對(duì)污水水體的變化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，并將收集得到的信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，從而使控制中心能有效把握和監(jiān)控污水水體的變化。第二，信息處理功能?？刂浦行慕邮招畔⒈O(jiān)控系統(tǒng)所收集到的污水水體實(shí)時(shí)信息，利用相關(guān)的軟件，綜合分析這些數(shù)據(jù)信息并得出相關(guān)結(jié)論，這些結(jié)論將成為控制人員進(jìn)行調(diào)控的數(shù)據(jù)依據(jù)。第三，自動(dòng)完成指令功能?？刂迫藛T在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中輸入調(diào)控命令后，中央控制系統(tǒng)可以自主下達(dá)命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門、攪拌器、推流器、水泵等設(shè)備的自動(dòng)調(diào)控。

4 污水處理廠PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控內(nèi)容

以某常規(guī)工藝流程的污水處理廠為例，各單體設(shè)備監(jiān)控情況如下。第一，粗格柵及進(jìn)水泵房：水泵運(yùn)行狀態(tài)、故障及滲漏監(jiān)視；格柵除污機(jī)、螺旋輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障監(jiān)視與運(yùn)行控制；電動(dòng)閘門（閥門）位置、狀態(tài)、故障監(jiān)視與運(yùn)行控制。第二，細(xì)格柵及旋流沉砂池：電動(dòng)閘門（閥門）位置、狀態(tài)、故障監(jiān)視與運(yùn)行控制；格柵除污機(jī)、螺旋輸送機(jī)、砂水分離器、提砂系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障監(jiān)視與運(yùn)行控制。第三，生物池：電動(dòng)閘門（閥門）位置、狀態(tài)、故障監(jiān)視及運(yùn)行控制；回流泵、攪拌機(jī)、推流器運(yùn)行狀態(tài)、故障監(jiān)視與運(yùn)行控制。第四，鼓風(fēng)機(jī)房：鼓風(fēng)機(jī)及出口電動(dòng)閥門運(yùn)行狀態(tài)、故障監(jiān)視與運(yùn)行控制。第五，污泥濃縮脫水機(jī)房：脫水機(jī)（組）、進(jìn)料泵、加藥泵、絮凝劑制備裝置、壓榨泵、空壓機(jī)、冷干機(jī)、污泥輸送機(jī)、電動(dòng)儲(chǔ)泥斗等設(shè)備的監(jiān)視與運(yùn)行控制。第六，維轉(zhuǎn)盤過濾及紫外消毒渠：濾池旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、水泵、閘門等設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及運(yùn)行控制；消毒裝置的監(jiān)視與控制。第七，電力系統(tǒng)監(jiān)控：配電間高壓柜及變壓器電力參數(shù)監(jiān)測(cè)、主配電間各主要設(shè)備及工藝單體出線回路電力參數(shù)監(jiān)測(cè)、各單體進(jìn)線及主要設(shè)備出線回路電力參數(shù)監(jiān)測(cè)。

5 污水處理廠PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

5.1 PLC在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施過程中使用PLC可以對(duì)電力系統(tǒng)中的設(shè)備以及機(jī)房的環(huán)境溫度、濕度、交流電壓、直流電壓、電流、煙霧報(bào)警、空調(diào)、除濕機(jī)等模擬量和開關(guān)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用其數(shù)據(jù)處理的功能，加強(qiáng)電力系統(tǒng)的開關(guān)量控制和安全回路控制，通過工作站計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)查看機(jī)房環(huán)境以及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控等功能。

5.2 PLC在污水處理廠運(yùn)行過程中的應(yīng)用

（1）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)格柵的自動(dòng)控制。格柵自動(dòng)控制一般是對(duì)水位差和時(shí)間進(jìn)行控制。啟動(dòng)除污耙時(shí)，螺旋式輸送機(jī)和柵渣壓實(shí)脫水機(jī)會(huì)被啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)格柵停止以后要延長(zhǎng)一段螺旋式輸送機(jī)和柵渣壓實(shí)脫水機(jī)運(yùn)行的時(shí)間。水位差值、格柵距上次運(yùn)行的時(shí)間間隔、格柵的運(yùn)行周期等數(shù)值可以利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的操作屏進(jìn)行設(shè)定。（2）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)進(jìn)水泵房的自動(dòng)控制。進(jìn)水泵是利用超聲波液位計(jì)對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。當(dāng)水位升高時(shí)，控制水泵根據(jù)累計(jì)的水泵運(yùn)行時(shí)間從小到大依次逐臺(tái)啟動(dòng)；當(dāng)水位降低時(shí)，控制水泵根據(jù)累計(jì)的水泵運(yùn)行時(shí)間從大到小依次逐臺(tái)停止。系統(tǒng)可以對(duì)水泵運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)累計(jì)，讓水泵進(jìn)行自動(dòng)輪值，以達(dá)到使所有的水泵始終都處于最佳運(yùn)行狀態(tài)的目的。當(dāng)水位降低到系統(tǒng)設(shè)置的最低保護(hù)水位時(shí)，所有水泵停止運(yùn)行。最低保護(hù)水位的數(shù)值可以通過PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的操作屏進(jìn)行設(shè)定。（3）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)旋流沉砂池的自動(dòng)控制。當(dāng)旋流沉砂池自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，其攪拌葉輪也會(huì)跟著連續(xù)運(yùn)行，此時(shí)PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)定時(shí)啟動(dòng)排砂程序，并控制砂水分離器等設(shè)備聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。（4）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)充氧量的自動(dòng)控制。系統(tǒng)充氧量可以利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。實(shí)際測(cè)得的溶解氧（DO）濃度與氧化還原電位等數(shù)據(jù)是系統(tǒng)調(diào)節(jié)曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速的主要指標(biāo)，以達(dá)到充氧能力與實(shí)際需氧量相匹配的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。（5）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污泥回流量的自動(dòng)控制。污泥濃縮脫水系統(tǒng)控制有時(shí)間控制和手動(dòng)控制兩種方式。污泥濃縮脫水系統(tǒng)設(shè)備啟動(dòng)的順序依次為傾斜式螺旋輸送機(jī)、水平螺旋輸送機(jī)、濃縮脫水機(jī)、加藥泵、進(jìn)泥泵。如果要停止污泥濃縮脫水系統(tǒng)，這些設(shè)備要按相反的順序逐一停止。當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)，污泥濃縮脫水系統(tǒng)需立即停止運(yùn)行：溶液罐在藥液制備段出現(xiàn)液位低的情況；進(jìn)泥泵出現(xiàn)進(jìn)泥流量低的情況；污泥濃縮脫水系統(tǒng)中有設(shè)備出現(xiàn)故障的情況。通過PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的操作屏，可以設(shè)定污泥濃縮脫水系統(tǒng)每天的允許運(yùn)行次數(shù)及每次運(yùn)行時(shí)間。（6）PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加藥量的自動(dòng)控制。加藥控制系統(tǒng)主要由PLC、在線儀表、變頻器、計(jì)量投加泵、攪拌器、采樣泵、流量計(jì)和若干電動(dòng)閥門組成。在加藥間內(nèi)設(shè)置1臺(tái)PLC控制柜，可以實(shí)時(shí)收集在線儀表輸出的信號(hào)和原水流量信號(hào)，再根據(jù)運(yùn)行工藝參數(shù)和確定的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)PID運(yùn)算后控制計(jì)量泵的沖程與頻率，從而調(diào)節(jié)加藥量，使出水水質(zhì)保持在合格范圍內(nèi)。

6 結(jié)束語(yǔ)

污水處理廠擔(dān)負(fù)著城市污水處理的重要任務(wù)，PLC自動(dòng)化技術(shù)在污水處理廠中的有效應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和作用，可以推動(dòng)污水處理行業(yè)的快速發(fā)展，進(jìn)一步提高污水處理的質(zhì)量和效率，保障污水處理設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，降低污水處理廠的運(yùn)營(yíng)成本。