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。