毛業(yè)驥

摘? 要：分析表明，PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)污水處理的自動(dòng)化，促進(jìn)工作效率與處理質(zhì)量的提升。重工業(yè)廢水和城市生活廢水會(huì)造成重大生態(tài)污染，要重點(diǎn)關(guān)注城市污水處理，引入先進(jìn)的PLC（可編程邏輯控制器）技術(shù)和方法，設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)，結(jié)合污水處理控制的實(shí)際需求，進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)污水處理的自動(dòng)控制功能。

關(guān)鍵詞：PLC的污水處理;自動(dòng)控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)

引言

工業(yè)化進(jìn)程的加快，使得我國(guó)企業(yè)數(shù)量逐年增加，做好污水處理工作，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，同時(shí)也能夠?yàn)槠髽I(yè)的未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前我國(guó)環(huán)境狀況不容樂觀，很多污水的處理效果不佳，難以達(dá)到國(guó)家和行業(yè)相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致水資源、空氣和土壤等遭到破壞，威脅人類生存健康。在信息化時(shí)代下，傳統(tǒng)處理技術(shù)難以適應(yīng)當(dāng)前污水處理的實(shí)際要求，必須對(duì)其進(jìn)行不斷創(chuàng)新與改進(jìn)。應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化和智能化，現(xiàn)場(chǎng)污水處理設(shè)備的控制更加可靠，減輕工作人員負(fù)擔(dān)的同時(shí)，提升了污水處理效果，降低對(duì)環(huán)境的污染。該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在實(shí)踐工作當(dāng)中對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用時(shí)應(yīng)該做好系統(tǒng)架構(gòu)，充分發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，切實(shí)解決水污染問題。

1.污水處理工藝流程

活性污泥法在污水處理中的應(yīng)用較多，包括了微生物群體以及無機(jī)物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)等，可以對(duì)污水中的有害成分進(jìn)行分解吸收，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。尤其是在處理污水中的有機(jī)物時(shí)，主要依靠好氧微生物和原生動(dòng)物等，增強(qiáng)其生物化學(xué)活性。通過預(yù)處理和一級(jí)處理后，經(jīng)過沉淀池出水進(jìn)入到調(diào)節(jié)池，對(duì)于污水進(jìn)行厭氧和好氧生物降解處理，快速分解污水當(dāng)中的有機(jī)物。固液分離處理則在沉淀池當(dāng)中實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)池收集上層清水，板框壓濾機(jī)對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理后外運(yùn)。調(diào)節(jié)池對(duì)上清液和濾液進(jìn)行下一步處理。

2.PLC控制系統(tǒng)

在企業(yè)污水處理中應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，能夠滿足在線監(jiān)控的工作要求，及時(shí)了解設(shè)備與系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其處于最佳工作狀態(tài)當(dāng)中，提升污水處理工作效率，保障系統(tǒng)運(yùn)行安全性。對(duì)于其中存在的問題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，判定系統(tǒng)的參數(shù)變化情況以及未來發(fā)展趨勢(shì)，防止重大故障的發(fā)生。該系統(tǒng)的應(yīng)用，也為污水處理的動(dòng)態(tài)化管理奠定了基礎(chǔ)。尤其是隨著處理工藝的逐漸復(fù)雜化與多樣化，對(duì)于處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求更高。PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，明確當(dāng)前污水處理效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的整合分析，解決突發(fā)狀況。數(shù)據(jù)分析軟件應(yīng)用于PLC系統(tǒng)中，可以滿足數(shù)據(jù)采集與分析的工作要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)處理過程的可視化監(jiān)管。因此，通過數(shù)據(jù)分析與處理，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)與優(yōu)化，使其更加適應(yīng)當(dāng)前污水處理的特點(diǎn)。同時(shí)，故障報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用，也能夠在發(fā)現(xiàn)故障的第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，幫助故障人員進(jìn)行處理，消除系統(tǒng)運(yùn)行的安全隱患，保障污水處理工作的連續(xù)性。

3.基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

第一，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)采用雙環(huán)網(wǎng)（A網(wǎng)/B網(wǎng)）進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過雙網(wǎng)冗余光纖環(huán)網(wǎng)為用戶同步提供相同類型的服務(wù)，若某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)的通信傳輸。考慮到系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的要求，在設(shè)計(jì)中添加一條C網(wǎng)，利用C網(wǎng)這個(gè)非實(shí)時(shí)信息網(wǎng)獲取非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡i S-Net負(fù)荷，增強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

第二，PLC及擴(kuò)展模塊設(shè)計(jì)。首先要選擇適宜的CPU（中央處理器），結(jié)合污水處理廠PLC控制系統(tǒng)的實(shí)際要求，選擇S7-1500系列PLC作為核心控制器，根據(jù)污水處理的進(jìn)水、生物反應(yīng)、消毒、沉淀、脫水等要求，在此前提下設(shè)計(jì)相關(guān)模塊，包括數(shù)字量擴(kuò)展、模擬量擴(kuò)展、通信等模塊。其中，數(shù)字量擴(kuò)展模塊的數(shù)字量輸入為24VDC輸入，輸入遲延為4.5ms，現(xiàn)場(chǎng)隔離和邏輯隔離線路采用一一對(duì)應(yīng)的連接方式，形成相對(duì)完整的數(shù)字量擴(kuò)展模塊。并且，當(dāng)對(duì)數(shù)字量擴(kuò)展模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之后，即可以生成模擬量，并通過合理設(shè)置增益量和偏移量，可以有效存儲(chǔ)和處理進(jìn)水、生物反應(yīng)、消毒、沉淀、脫水等信號(hào)。觸摸屏模塊則選取性價(jià)比較高的SIMATIC HMI KP8觸摸屏，與PLC相連接，實(shí)時(shí)顯示污水處理系統(tǒng)的進(jìn)水、生物反應(yīng)、消毒、沉淀、脫水等信息，便于污水處理廠設(shè)備運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)管理與控制。

第三，傳感器?？紤]基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)的使用需求，選取性價(jià)比較高的霍尼韋爾液位傳感器作為水位信號(hào)采集器，實(shí)時(shí)采集污水處理的液位信號(hào)，根據(jù)不同介質(zhì)表面的反射或折射特性，計(jì)算光照強(qiáng)度和角度，從而獲悉液位變化情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線閥門動(dòng)態(tài)調(diào)整和控制，完成脫水、進(jìn)水等操作過程，體現(xiàn)出快速便捷、高精度的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。在具體運(yùn)行過程中，該液位傳感器進(jìn)行采集信號(hào)的放大處理、濾波處理和傳輸，使監(jiān)控中心獲取相關(guān)信號(hào)，準(zhǔn)確下達(dá)控制命令。

4.基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

第一，粗格柵設(shè)計(jì)。污水處理的首要步驟是粗格柵過濾，濾除樹葉、枝條、包裝紙等垃圾，在系統(tǒng)初始化之后，進(jìn)行液位控制，并開啟皮帶輸送機(jī)和延時(shí)器，30s后啟動(dòng)粗格柵，并再次啟動(dòng)延時(shí)器，2min后關(guān)閉粗格柵，計(jì)時(shí)60s后再關(guān)閉皮帶傳輸機(jī)。細(xì)格柵設(shè)計(jì)與粗格柵設(shè)計(jì)流程相同。

第二，進(jìn)水泵房設(shè)計(jì)。污水經(jīng)由粗格柵過濾處理之后，流入進(jìn)水泵房。首先，在系統(tǒng)初始化后判斷液位，當(dāng)液位低于-2.50m時(shí)，關(guān)閉2號(hào)水泵;當(dāng)液位高于-2.50m時(shí)，開啟1號(hào)水泵變頻器，并在5min后達(dá)到全速運(yùn)行狀態(tài)。然后判斷液位情況，當(dāng)液位在-3.00m以內(nèi)時(shí)，則關(guān)閉3號(hào)水泵;當(dāng)液位超過-3.00m時(shí)，開啟延時(shí)計(jì)時(shí)器，全速提升2號(hào)水泵的運(yùn)行速度。然后再判斷液位情況，當(dāng)液位低于-3.50m時(shí)，保持等待狀態(tài);當(dāng)液位超出-3.50m，則開啟延時(shí)計(jì)時(shí)器，3000s之后提升3號(hào)水泵至全速運(yùn)行狀態(tài)。最后再判斷液位狀態(tài)，當(dāng)液位在-3.95m以內(nèi)時(shí)，保持等待;當(dāng)液位超出-3.95m時(shí)，要啟動(dòng)報(bào)警裝置;當(dāng)液位在-2.00m時(shí)，則關(guān)閉所有水泵。

第三，沉砂機(jī)設(shè)計(jì)。設(shè)置兩臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)，一臺(tái)處于變頻使用狀態(tài)，另一臺(tái)則為備用裝置，保持羅茨風(fēng)機(jī)的不間斷運(yùn)行，并配置流量計(jì)，合理調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的變頻。排砂機(jī)依循一定時(shí)間間隔定時(shí)運(yùn)行，并使砂水分離器與其進(jìn)行連鎖運(yùn)行。

第四，出水模塊設(shè)計(jì)。在進(jìn)行系統(tǒng)初始化之后，判斷液位狀態(tài)，當(dāng)液位在-9.25m以內(nèi)，則關(guān)閉2號(hào)水泵;當(dāng)液位超出-9.25m時(shí)，則開啟1號(hào)水泵變頻器，使之在5min內(nèi)達(dá)到全速運(yùn)行狀態(tài)。繼而判斷液位狀態(tài)，當(dāng)其在-8.90m以內(nèi)時(shí)，則關(guān)閉3號(hào)水泵;當(dāng)液位超出-8.90m時(shí)，則開啟延時(shí)計(jì)時(shí)器，使2號(hào)水泵在5min內(nèi)達(dá)到全速運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)液位在-8.55m以內(nèi)時(shí)，保持等待;當(dāng)液位超出-8.55m，則在3000s時(shí)全速運(yùn)行3號(hào)水泵。當(dāng)液位超出-8.20m時(shí)，則啟動(dòng)報(bào)警裝置;當(dāng)液位在-2.00m以內(nèi)時(shí)，關(guān)閉所有水泵。

第五，污泥泵設(shè)計(jì)。通過離心脫泥機(jī)和污泥泵兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行污泥脫水，當(dāng)污水濃度超出2000mg/L時(shí)，開啟1號(hào)泵;當(dāng)污水濃度超出3000mg/L時(shí)，開啟2號(hào)泵;當(dāng)污水濃度超出4000mg/L時(shí)，開啟3號(hào)泵。

結(jié)語(yǔ)

基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)結(jié)合污水處理控制的實(shí)際要求，進(jìn)行相關(guān)軟硬件設(shè)計(jì)和應(yīng)用，實(shí)時(shí)自動(dòng)控制污水處理各個(gè)環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和安全性。

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