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        PLC 自動化控制系統(tǒng)在污水廠中的應(yīng)用

        2021-11-28 12:55:16鄭為濤
        魅力中國 2021年3期

        鄭為濤

        (溫州市排水有限公司,浙江 溫州 325000)

        引言

        根據(jù)許多相關(guān)研究人員的實(shí)際統(tǒng)計(jì),基于PLC 自動化控制系統(tǒng)技術(shù),采集廠內(nèi)設(shè)備和水質(zhì)儀表運(yùn)行信息,實(shí)現(xiàn)污水處理集成化;搭建了成套的的數(shù)字化監(jiān)控SCADA 平臺,實(shí)現(xiàn)了污水處理的可視化;根據(jù)儀表采集水質(zhì)水量數(shù)據(jù)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),精準(zhǔn)計(jì)算出藥劑投加量,實(shí)現(xiàn)污水處理自動化。因此,合理地搭建污水廠自動化控制系統(tǒng),可提高自動化控制水平,實(shí)現(xiàn)污水處理能力最大化。

        一、PLC 控制組成及原理

        (一)自控系統(tǒng)組成

        污水廠自動化控制系統(tǒng)分為三個層級管理,分別為中控控制、現(xiàn)場控制、就地控制。

        中控控制為污水廠的控制中心,中控SCADA 系統(tǒng)通過光纖、交換機(jī)、以太網(wǎng)模塊等設(shè)備以網(wǎng)絡(luò)通訊方式,將PLC 采集到的設(shè)備信息傳輸?shù)街锌厥遥瑢?shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)可視化;其次,中控工作人員可通過中控系統(tǒng),設(shè)置設(shè)備參數(shù),控制設(shè)備啟停,將控制信號向下傳輸至PLC,實(shí)現(xiàn)污水廠設(shè)備遠(yuǎn)程控制。

        現(xiàn)場控制為現(xiàn)場PLC 站的控制,監(jiān)控操作平臺為現(xiàn)場PLC 站的觸摸屏及各類指示系統(tǒng)?,F(xiàn)場控制可在工作人員在操作設(shè)備及工程人員調(diào)試設(shè)備時,更加了解設(shè)備的運(yùn)行狀況,為設(shè)備安全運(yùn)行提供了保障。

        就地控制為設(shè)備控制方式切至就地方式時,工作人員須通過現(xiàn)場就地柜操作來控制設(shè)備的啟停。就地控制可以在自動化控制系統(tǒng)故障時或現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試時啟用,是水廠正常運(yùn)行的一道保障。

        (二)系統(tǒng)控制方式

        自控系統(tǒng)控制方式為一個閉環(huán)的控制,主要分為數(shù)據(jù)信號采集、數(shù)據(jù)處理、信號發(fā)送三個部分。第一步系統(tǒng)通過PLC 數(shù)字量輸入、模擬量輸入、232、485 等模塊,采集現(xiàn)場設(shè)備及各類水質(zhì)儀表的數(shù)據(jù);第二步程序員根據(jù)污水廠工藝要求,編制邏輯控制程序,PLC 根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理,計(jì)算得出需要調(diào)整的參數(shù)、需要開啟的設(shè)備;第三步則為根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)通過PLC 的數(shù)字量輸出、模擬量輸出、232、485 等模塊來控制現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行,三步形成一個循環(huán)的閉環(huán)過程。如曝氣系統(tǒng)中,鼓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量的控制,PLC 根據(jù)現(xiàn)場溶解氧調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口導(dǎo)葉控制氣量,根據(jù)運(yùn)行溫度來控制風(fēng)機(jī)的冷卻系統(tǒng),調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)所處環(huán)境的溫度。

        (三)自動化控制供電

        自控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,需要一個穩(wěn)定的電源進(jìn)行供電。目前大部分供電為通過在污水廠控制電源中串接UPS 控制器給自控系統(tǒng)供電,通過UPS 給自控系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源,若出現(xiàn)斷電時,為自控系統(tǒng)提供若干小時的電源,做好污水廠斷電后的數(shù)據(jù)采集及存儲工作。

        二、現(xiàn)狀與問題

        (一)自動化控制水平不高

        截止目前,大部分污水廠已實(shí)現(xiàn)基于PLC 自控系統(tǒng)的自動控制,但必須說明的是,污水處理的自動化程度有待提高,大部分自控系統(tǒng)基本上處于對設(shè)備監(jiān)控的狀態(tài),設(shè)備的運(yùn)行指令大部分為中控室運(yùn)行值班人員進(jìn)行手動操作,污水處理的參數(shù)由值班人員手動給與;其次,污水廠各個工藝段的聯(lián)動性有待提高,目前為工藝管理人員根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)工藝段之間的聯(lián)動,控制系統(tǒng)還是比較依賴于工藝管理人員。從以上兩點(diǎn)看出目前污水廠的自控系統(tǒng)未完全達(dá)到全自動化控制的水平。

        (二)自動化設(shè)備使用情況及現(xiàn)狀

        經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析,目前大部分污水廠只完成了PLC 部分的計(jì)算能力,比如計(jì)時器,PID 等功能,PLC 使用最多的為數(shù)據(jù)監(jiān)控和傳遞工作人員控制信息功能。相對于以前原始的半自動控制電路只多了一項(xiàng)監(jiān)控功能,其中計(jì)時器,PID 等功能離開PLC,使用外部的控制設(shè)備也可完成。而PLC 中通訊、數(shù)據(jù)處理計(jì)算等功能用的比較少,程序的自動化程度有待提高。其次,基于污水廠惡劣的運(yùn)行環(huán)境,需要穩(wěn)定性較高的自控設(shè)備支持,部分自控設(shè)備由于國內(nèi)現(xiàn)有科學(xué)設(shè)備的局限性,許多相關(guān)設(shè)備都是從國外進(jìn)口的,相對于國內(nèi)的品牌成本較高[1]。

        三、污水廠PLC 自動化系統(tǒng)的應(yīng)用

        (一)基礎(chǔ)設(shè)備控制

        污水廠基礎(chǔ)設(shè)備包括粗細(xì)格柵、螺旋輸送機(jī)、刮泥機(jī)等設(shè)備,這些設(shè)備一般通過一定條件來觸發(fā)啟停條件,比如設(shè)定運(yùn)行周期,液位、泥位等,控制方式較為簡單,也比較常見。

        (二)恒流量控制

        恒流量控制主要用于水泵、風(fēng)機(jī)的控制,以水泵為例,實(shí)現(xiàn)恒流量控制,實(shí)際上為實(shí)現(xiàn)控制水泵的轉(zhuǎn)速。要達(dá)到恒流量控制,需要形成一個閉環(huán)的系統(tǒng),由PLC 模擬量輸入模塊采集水泵出水管路上的流量計(jì)的流量信號,在PLC 系統(tǒng)中與人為給定的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,通過PID 算法指令,計(jì)算出水泵下一步需要的轉(zhuǎn)速,經(jīng)過PLC 模擬量輸出模塊輸出值變頻器,調(diào)節(jié)頻率,控制水泵轉(zhuǎn)速,從而調(diào)節(jié)流量。

        (三)藥劑自動投加系統(tǒng)

        大部分污水廠的正常運(yùn)行需要通過投加藥劑來分解污水中的化學(xué)物質(zhì),在缺少自動化設(shè)備情況下,藥劑投加需要依賴于工藝管理員手動計(jì)算得出投加量,然后人為到現(xiàn)場投加。目前大部分藥劑投加是通過計(jì)量泵,經(jīng)過藥劑管路投加至需要加藥的工藝段。因此,如何完成藥劑的精準(zhǔn)投加也涉及到一個閉環(huán)的控制系統(tǒng),藥劑投加系統(tǒng)根據(jù)水質(zhì)水量的數(shù)據(jù),自動計(jì)算出投加量,然后計(jì)量泵根據(jù)投加量進(jìn)行恒流量運(yùn)行。相對于水泵的恒流量控制,藥劑自動投加的自動化程度更高一些,水泵恒流量控制的條件為人為給定而藥劑的條件為自動計(jì)算得出。

        (四)工藝聯(lián)動控制

        實(shí)現(xiàn)污水廠各個工藝段的聯(lián)動控制,需要各個站的PLC 進(jìn)行通訊,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,根據(jù)污水廠的實(shí)時水質(zhì)水量,得出每個工藝段的設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù),要實(shí)現(xiàn)污水處理正常穩(wěn)定運(yùn)行,提升自動化控制水平,工藝段的聯(lián)動控制起到了非常重要的作用。由于污水的水質(zhì)水量變化比較大,水處理具有一定時限性,這一塊比較難把握,自控程序方面需要慢慢摸索。

        四、結(jié)束語

        綜上所述,PLC 自動化污水處理系統(tǒng)如何展示出很多優(yōu)勢和特點(diǎn),提升污水處理效率,保證水質(zhì)水量,是一項(xiàng)需要經(jīng)過長期摸索的過程。在接下來的工作中,我們要進(jìn)一步完善污水自動處理系統(tǒng),提供更好的污水處理方法,提升城市居民生活質(zhì)量,賦予水處理行業(yè)更多可持續(xù)發(fā)展機(jī)會。

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