天津市中環(huán)系統(tǒng)工程有限責(zé)任公司 沈毅銓

水資源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，在城市化進(jìn)程愈發(fā)加快的背景下，工業(yè)行業(yè)快速發(fā)展，環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重，而其中水資源問題較為突出。對于城市而言，水污染的產(chǎn)生多來自于工業(yè)污水，其中含有大量化學(xué)物質(zhì)，既影響生態(tài)環(huán)境，又威脅民眾身體健康，污水處理成為提高人們生活質(zhì)量和幸福程度的重要工作。而污水處理難度較大、工序較多，期間需要耗費(fèi)大量人力、財(cái)力、物力，單純的人工及儀表控制無法高效率處理大量污水，且最終工作質(zhì)量也不高。因此，污水處理廠引進(jìn)先進(jìn)儀器設(shè)備以提升污水處理效率勢在必行。本文以PLC自動(dòng)控制為突破口，分析PLC在污水處理廠自動(dòng)控制中的應(yīng)用，以期為污水處理質(zhì)量的提升提供資料參考。

時(shí)代發(fā)展背景下，城鎮(zhèn)人口數(shù)量顯著增加，帶來的問題也愈發(fā)多元，其中最為突出的就是污水處理問題。盡管我國重視污水處理，且在城市設(shè)置了專門的污水處理廠，引用了多種方式方法用以提升處理效率及質(zhì)量，但是效果卻終不盡如人意[1]。而且在污水排放量增加的背景下，相關(guān)工作人員工作量增加，高強(qiáng)度的工作難以保證污水處理質(zhì)量。對此，污水處理廠將PLC技術(shù)應(yīng)用于污水處理中，通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制，最大程度節(jié)省人力物力，既減輕了人員工作量，也提升了污水處理質(zhì)量[2]。

1 污水處理流程

1.1 污水三級處理

污水處理要有三大流程，被稱為三級處理[3]。首先，一級處理，就是通過多種物理方法去除污水中的固態(tài)污染源，堅(jiān)決避免工廠等將污水直接排放至生態(tài)環(huán)境中。其次，二級處理，就是處理污水中存在的溶解狀態(tài)污染物或膠體污染物，保證污水滿足國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，在此過程中污染物已基本得到完全去除。最后，三級處理，污水的三級處理最主要目的就是處理無污水中氮磷為主的無機(jī)物及有機(jī)物等難降解污染物。

1.2 污水處理順序

污水處理有固定的順序，首先是通過污水池對污水進(jìn)行收集，在收集工作完成后使用格柵電機(jī)處理污水，用以過濾污水中的顆粒固體及漂浮物。其次，將處理完的污水輸送至于曝氣池，通過這一步驟予以沉積處理。然后所得的污水通過離心泵將水運(yùn)送至生物接觸氧化池，在此池中進(jìn)行氧化處理，去除內(nèi)部污染物，此步驟可實(shí)現(xiàn)污染物的徹底清除，后可得到清液和污泥兩種物質(zhì)，最后將清液輸送至斜管沉積池，污泥則運(yùn)送到脫水機(jī)，污泥在經(jīng)過化學(xué)處理后會(huì)迅速凝結(jié)，后經(jīng)脫干處理并予以消毒后，便可完成污水處理工作[4]。

2 污水自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1 可靠性

有效處理污水是保證城市正常運(yùn)行的重要步驟，也是維持民眾正常用水的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)污水自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)必須首先確保系統(tǒng)可以在復(fù)雜環(huán)境下長期穩(wěn)定運(yùn)行，具備可靠性，保證民眾健康用水，為用水安全提供保障。

2.2 經(jīng)濟(jì)性

在設(shè)計(jì)自動(dòng)處理系統(tǒng)時(shí)相關(guān)工作者必須在考慮設(shè)備使用價(jià)值的同時(shí)考慮成本問題，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。在方案設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先選擇性價(jià)比高的方案，而在設(shè)備采購時(shí)則要從多方進(jìn)行考慮，既要考慮性能，也要考慮價(jià)格。

2.3 成熟性

所謂成熟性，就是保證設(shè)備可長期運(yùn)行，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員可運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念根據(jù)污水處理廠及城市發(fā)展實(shí)際設(shè)計(jì)出便捷系統(tǒng)。同時(shí)安裝先進(jìn)感應(yīng)裝置，以便在之后運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題可及時(shí)發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確修理，避免意外事件發(fā)生，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

3 PLC控制系統(tǒng)組成要素及應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 構(gòu)成要素

3.1.1 軟件構(gòu)成

可編程控制器是污水處理自動(dòng)控制必不可少的軟件一般選擇Wondware軟件完成程序編輯、編譯等各項(xiàng)操作。這一軟件優(yōu)勢明顯，開發(fā)環(huán)境優(yōu)良且通信功能強(qiáng)大，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的多途徑實(shí)時(shí)傳輸，在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作用良好。PLC結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 PLC結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 PLC structure block diagram

3.1.2 硬件構(gòu)成

PLC主要由中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出單元以及電源和編程器等部分組成（如圖2所示）。一般情況下PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩大層級，分別為監(jiān)測器和控制系統(tǒng)[6]。(1)監(jiān)測層級。該部分主要構(gòu)成要素為打印機(jī)、工控機(jī)，此類構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)工作人員對于污水處理廠的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)可以實(shí)行運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和打印，為人員各項(xiàng)污水處理工作的實(shí)施提供指導(dǎo)，充分了解污水處理廠各項(xiàng)設(shè)施的工作狀態(tài)及運(yùn)行情況，通過數(shù)據(jù)制定出最佳的污水處理計(jì)劃和優(yōu)化方案；(2)控制層級。此部分主要是可編程控制器。無論是鼓風(fēng)機(jī)房、污泥泵房還是進(jìn)水泵房、處理車間，各污水處理環(huán)節(jié)均裝備控制裝置可實(shí)現(xiàn)污水處理各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控制。硬件構(gòu)成是PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理工作中的最主要構(gòu)成要素，故而需要工作人員充分掌握硬件構(gòu)成，保障自動(dòng)控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

圖2 PLC硬件結(jié)構(gòu)Fig.2 PLC hardware structure

3.2 應(yīng)用優(yōu)勢

在污水處理工作中運(yùn)用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可以最大程度減輕人員工作量和工作強(qiáng)度，提升污水處理質(zhì)量。另外，在實(shí)際處理污水的過程中通過自控系統(tǒng)能夠?qū)Ω鱾€(gè)環(huán)節(jié)予以及時(shí)監(jiān)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，并在故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。從控制方式上來說，人員在程序設(shè)計(jì)時(shí)可將自動(dòng)控制系統(tǒng)分為中心控制、站點(diǎn)控制兩大類型。這兩種系統(tǒng)能夠自動(dòng)選擇運(yùn)行設(shè)備，充分滿足各狀態(tài)下的污水處理需求。實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)有效監(jiān)控各個(gè)處理流程，這對于及時(shí)處理現(xiàn)場參數(shù)、準(zhǔn)確了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)鍵作用。

4 污水處理中PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 細(xì)格柵裝置的自動(dòng)控制

使用細(xì)格柵裝置過濾污水漂浮物和顆粒物是污水處理的第一環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)中使用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水位差、處理時(shí)間等的合理控制，提升細(xì)格柵裝置運(yùn)行質(zhì)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控過濾流程并予以控制系統(tǒng)。在設(shè)施自動(dòng)啟動(dòng)下，輸送機(jī)、脫水機(jī)會(huì)在指令驅(qū)動(dòng)下按照污水處理需求自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，有序處理污泥[7]。需要注意的是，在細(xì)格柵停止運(yùn)轉(zhuǎn)后不能立刻停止輸送機(jī)及脫水機(jī)，這樣會(huì)造成污水處理完整性受損。另外，處理各項(xiàng)管理工作也可以通過自動(dòng)控制系統(tǒng)完成，自動(dòng)收集運(yùn)行過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)并予以分析，同時(shí)按照現(xiàn)場狀況，以數(shù)據(jù)為依托進(jìn)行合理的管理操作，落實(shí)各項(xiàng)管理措施，其中包括運(yùn)行時(shí)間調(diào)整、水位查設(shè)定等，對于提高運(yùn)行效率和管理質(zhì)量均能起到積極作用。

4.2 泵房自動(dòng)控制

在進(jìn)水泵房環(huán)節(jié)使用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠更大程度上提高污水處理效率，充分發(fā)揮水泵房性能，保證進(jìn)水量、進(jìn)水速度等更好滿足污水處理需求，達(dá)到更好更佳污水處理效果。自動(dòng)控制流程在進(jìn)水泵裝置中的最主要作用是對于水位置的自動(dòng)測定，按照所測得的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行各項(xiàng)進(jìn)水操作。若檢測到進(jìn)水泵房水位升高且已達(dá)到可處理量時(shí)，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置水泵運(yùn)行時(shí)間，開始水泵房裝置運(yùn)作，過程中合理控制啟動(dòng)順序，保證污水處理質(zhì)量，同時(shí)保障各個(gè)裝置運(yùn)行良好。若監(jiān)測到水位降低，則表明進(jìn)水環(huán)節(jié)完成，自動(dòng)控制系統(tǒng)將停止控制按鈕。在自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)作下可自動(dòng)記錄運(yùn)行時(shí)間，使水泵按照所記錄時(shí)間自動(dòng)輪值，在保證水泵裝置狀態(tài)良好的前提下最大程度發(fā)揮水泵作用。另外，在進(jìn)水泵房工作過程中自動(dòng)運(yùn)行數(shù)據(jù)可能檢測到水位降至最低保護(hù)線的情況，此時(shí)，PRC也將停止裝置運(yùn)行，人員要重新對水位值予以設(shè)定?？偠灾每刂浦械淖詣?dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用能夠自動(dòng)執(zhí)行一系列操作，提升水量控制的有效性，提高處理自動(dòng)化程度。

4.3 沉砂池自動(dòng)控制

沉砂池是執(zhí)行污水沉淀的場所，在此過程中將自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用其中能夠按照污水處理需求定時(shí)啟動(dòng)排砂裝置，高效完成污水處理工作，減少甚至避免沉砂堆積致死的攪拌葉輪運(yùn)行不暢。不僅如此，自動(dòng)控制系統(tǒng)還將貫穿于污水沉積的各個(gè)環(huán)節(jié)，全面提升自控效果。以泥沙沉積裝置為例，自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)用能夠控制排沙泵、沖洗水以及沉砂池等，針對性控制各環(huán)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，保證裝置按實(shí)際污水處理需求運(yùn)作，最大程度提升污水處理質(zhì)量。

4.4 氧化溝曝氣量的自動(dòng)控制

在污水處理時(shí)需要在各環(huán)節(jié)中按需求輸入氧氣，這一環(huán)節(jié)直接影響最終污水處理成效。因此將自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用至氧化溝曝氣量控制中可以提升氧氣輸入的靈活性。自動(dòng)控制系統(tǒng)可按污水處理需求對氧氣輸入量予以嚴(yán)格控制，在滿足系統(tǒng)負(fù)荷的情況下達(dá)到最佳污水處理效果。PLC自動(dòng)系統(tǒng)在此環(huán)節(jié)中的運(yùn)用就是通過自動(dòng)控制技術(shù)合理控制曝氣及運(yùn)轉(zhuǎn)速度，滿足污水處理環(huán)節(jié)中的氧氣需求[8]。信息收集過程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)可檢測到污水處理中的氧氣需求量，在科學(xué)分析數(shù)據(jù)后通過裝置轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)氧氣進(jìn)量，保證污水處理的高質(zhì)量完成。不僅如此，自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)用還能夠最大程度節(jié)約資源，這是因?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)嚴(yán)格按照所檢測的信息供給氧氣，使得充氧量與實(shí)際需求量相符合，減少了資源浪費(fèi)。

4.5 污泥回流量的自動(dòng)控制

在污泥量控制中合理使用污泥脫水系統(tǒng)能夠更好完成污水處理作業(yè)，保證污泥處理質(zhì)量。而在脫水系統(tǒng)中運(yùn)用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可通過主動(dòng)控制、時(shí)間控制等途徑自動(dòng)控制污泥回流量，通過回流量控制水平的提升達(dá)到最佳污水處理效果。在接到控制指令后各污水處理設(shè)備將按順序依次啟動(dòng)，而在監(jiān)測到內(nèi)部存在系統(tǒng)故障時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)也將立刻停止運(yùn)行，此時(shí)相關(guān)工作人員需要對問題加以檢查和處理。

5 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展是我國現(xiàn)階段重要戰(zhàn)略目標(biāo)，污水處理就是其中最為關(guān)鍵的問題之一。在污水處理環(huán)節(jié)使用PLC自動(dòng)控制技術(shù)能夠有效提升污水處理自動(dòng)化程度，在提高污水處理效率的同時(shí)減少人員工作量，減少污水處理廠成本。而在科學(xué)技術(shù)不斷推動(dòng)下，PLC自動(dòng)控制技術(shù)也將不斷得到迭代更新，更好完成污水處理工作。

引用

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