梁陽升

海南省水務集團有限公司 海南 海口 571126

PLC具有較強穩(wěn)定性，其在水處理工作中的應用具有實現(xiàn)自動化控制水處理目標以及提升處理效率的作用，既可以有效降低外部環(huán)境產(chǎn)生的不良影響，又可以完成對電氣自動化控制水處理系統(tǒng)的修改，不僅應用較為靈活，且使用范圍較為廣泛，具體控制效果良好。隨著科學技術的不斷發(fā)展，自動化已成為生產(chǎn)主流，在電氣行業(yè)，各企業(yè)應該向自動化以及智能化的方向轉型，注重應用PLC的同時，還需要加強對電氣自動化控制水處理系統(tǒng)的研究，重在提高系統(tǒng)的自動化以及智能化水平。

1 PLC相關內(nèi)容介紹

1.1 PLC介紹

PLC（Programmable Logic Controller）是可編程邏輯控制器的英文簡寫，屬于是一種現(xiàn)代自動化控制技術，其集成了大數(shù)據(jù)技術、計算機技術以及通信技術等優(yōu)點，具有可編程、處理數(shù)據(jù)、控制順序、定時、自動控制、存儲以及邏輯運算等功能，工作人員可以通過編寫程序的方式實現(xiàn)對電氣自動化的控制，進而可以完成對水處理系統(tǒng)的聯(lián)動控制，以此有助于人工控制誤差的降低，有助于水處理效率的提升[1]。程序設計，電氣自動化控制水處理系統(tǒng)是由多種程序構成，例如在污水處理的過程中因為污水中含有著較多的微生物，而且其中一部分微生物的代謝需要消耗氧氣，因此有必要開展對污水的曝氣工作。相關工作的完成主要涉及到以下重點環(huán)節(jié)：首先要對污水進行好氧處理，通過將曝氣池中污水與活性污泥混合的方式加速其中有機物的降解。其次，在第一步完成之后污水里面的有機物會附著于細胞上，從而進一步提升曝氣池中的好氧成分，這樣的環(huán)境給污水中微生物的代謝提供了良好的條件，幫助微生物可以處在一個最佳的儲存狀態(tài)；最后，要針對污水處理的曝氣量加以模糊控制，完成曝氣池氧氣濃度的檢測工作以及有機物的評估工作，進而準確計算出污水處理需要的各項信息數(shù)據(jù)。

1.2 應用優(yōu)勢

水處理較為復雜，部分企業(yè)在水處理方面選擇使用繼電器對水處理系統(tǒng)進行控制，針對于繼電器的安裝，其會涉及較為復雜的線路鋪設問題，如若線路鋪設完畢，又或者是程序設定完成之后，再進行修改與調(diào)整的難度較大，且后期的運維難度系數(shù)較高，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障，不僅故障的排查難度較大，故障的處理難度更大，可能會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不良影響。PLC的應用，可以提升水處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定性以及安全性的同時，還可以實現(xiàn)無線通信傳輸，可以有效避免線路故障造成的運行問題。不僅如此，PLC中的傳感器具有實時監(jiān)控水處理系統(tǒng)運行的作用，可以減少系統(tǒng)運行能耗，降低系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障的概率，進而有助于后期運維成本的節(jié)約。此外，PLC的應用可以逐步優(yōu)化水處理系統(tǒng)，促進水處理向自動化以及智能化方向發(fā)展，進而有助于提高電氣自動化控制水處理系統(tǒng)運行的信息化水平，并降低其運行能耗。

2 基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)研究分析

2.1 系統(tǒng)控制要求

電氣自動化控制水處理系統(tǒng)控制要求主要包括系統(tǒng)報警保護、控制要求以及操作方式等，從系統(tǒng)參數(shù)顯示功能的角度進行分析[2]。在手動狀態(tài)下，各類設備的控制根據(jù)對操作面板上的按鈕操作來控制，無邏輯控制，不根據(jù)液位高度傳感器的狀態(tài)和設定的時間進行控制。在自動方式下進行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測的液位高度狀態(tài)和設定的時間來對設備進行啟停控制。設備故障報警功能，當出現(xiàn)故障問題時，系統(tǒng)會自動發(fā)出故障信號并強制故障設備停止工作，此時工作人員需要及時修理故障泵，盡可能恢復設備故障報警系統(tǒng)的正常運行。

2.2 系統(tǒng)控制流程

電氣系統(tǒng)控制流程介紹如下：

1、系統(tǒng)上電電源接通后，按下自動控制按鈕，自動控制方式被啟動，系統(tǒng)中的攪拌機和曝氣風機隨即也被啟動。

2、運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環(huán)進行。

3、進水泵根據(jù)進水池中反饋得到的實際液位與系統(tǒng)控制要求的液位進行比較后再決定其運行或停止。

4、污泥回流泵根據(jù)沉淀池中反饋得到的實際液位與系統(tǒng)控制要求的液位進行比較后再決定其運行或停止。

2.3 設計控制要求

針對于自動控制系統(tǒng)的設計控制要求，設計人員需要設計手動、自動切換功能，以便于在系統(tǒng)運行期間依據(jù)各設備運行情況科學調(diào)整系統(tǒng)控制方式以及相關工藝參數(shù)等。系統(tǒng)運行的主要參數(shù)包括液位以及流量等，其是工作人員實時了解系統(tǒng)各設備運行動態(tài)的重要數(shù)據(jù)。如若是手動控制模式，各單元屬于獨立控制狀態(tài)，例如水泵以及自動閥等；如若是自動控制模式，系統(tǒng)運行全過程無需人工操作，系統(tǒng)可在規(guī)定程序下自動運行。系統(tǒng)運行期間，如若突發(fā)故障，系統(tǒng)應該設有預警、警報發(fā)出及保護功能，其中報警主要包括水泵故障報警、低液位報警、高液位報警以及中液位報警等，而保護功能主要是對水泵高壓及低壓的保護。

2.4 控制系統(tǒng)設計

當前，先進電氣自動化水處理系統(tǒng)使用的多為PLC，PLC具有可編程、定時以及計數(shù)與算數(shù)等作用，工作人員可以利用數(shù)字或模擬式輸入、輸出法對各類設備進行控制。不同于其他可編程邏輯控制器，PLC較為適合電氣自動化控制水處理系統(tǒng)的應用要求，不僅可以實時監(jiān)控水處理系統(tǒng)的運行情況，還可以為系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性提供保障，有助于水處理系統(tǒng)時刻處于最佳運行狀態(tài)。現(xiàn)如今，常見的PLC控制水處理系統(tǒng)主要是由繼電器、壓力傳感器、現(xiàn)場水泵以及PLC組合而成，利用管網(wǎng)壓力可以實現(xiàn)對水泵的切換控制，利用壓力傳感器可以實現(xiàn)對PID計的切換控制[3]。同時，工作人員需要將PID運算值轉變成為水泵變頻器控制頻率，以此實現(xiàn)對水泵自動調(diào)節(jié)水流量的控制，其有助于為水管網(wǎng)壓力的恒定提供保障。隨著科學技術的不斷發(fā)展，水處理系統(tǒng)逐漸優(yōu)化與升級，且PLC的應用更為成熟。事實上，控制系統(tǒng)的設計需要參考電氣原理。

圖1 污水處理系統(tǒng)主回路電氣原理圖

主回路中交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分別控制進水泵、粗格柵機、細格柵機、曝氣風機、攪拌機、污泥回流泵這六個電機的啟動與停止。這六個電機分別由六個相對應的熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6分別實現(xiàn)對各自所在的電路中確保其安全的過載保護功能。

圖2 污水處理系統(tǒng)控制回路電路圖

電路圖的上方部分連接的器件是中間繼電器KA，此繼電器在電路中是具有一定的帶負荷能力，上圖中所示的電路中的中間繼電器KA主要是為了替代小型接觸器來實現(xiàn)其后者的功能。當接觸器KM的線圈在不通電的情況下，與之相對應的KM接觸點也一直保持著電路斷開不導通的狀態(tài)；KM線圈在通電的情況下，相對應的KM觸點也就被接通，從而實現(xiàn)了由控制電路中的送電和斷電來控制主電路中的各個電動機的啟動與停止。電路中的熱繼電器FR在此電路中依舊是保護電路安全起到過載保護的功能[4]。

2.5 PLC程序實現(xiàn)

在PLC編程中，包含五個部分的系統(tǒng)程序：粗格柵系統(tǒng)程序、進水泵程序、細格柵系統(tǒng)程序、曝氣氧化系統(tǒng)程序、污泥回流泵程序。由于自動控制模式下，在整個系統(tǒng)運行過程中，曝氣氧化系統(tǒng)中的曝氣風機和攪拌機持續(xù)運行。

程序實現(xiàn)主要有以下幾個方面：

（1）系統(tǒng)的自動控制模式開啟之后，粗格柵機根據(jù)格柵前、后液位差來進行自動運行。

（2）進水泵主要的功能根據(jù)進水池中的液位檢測傳感器反饋的實際液位對進入系統(tǒng)的污水量的控制。

（3）二沉池若實際液面高于最高要求液面，污泥回流泵持續(xù)運行，若實際液面低于最低要求液面，污泥回流泵停止運行，否則啟動污泥回流泵，如此循環(huán)運行。

（4）曝氣系統(tǒng)啟動后由生化池的溶解氧濃度進行控制，根據(jù)溶解氧儀器反饋的信號對曝氣電動蝶閥進行PID閉環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)風量實現(xiàn)精準曝氣。

3 基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)應用表現(xiàn)

3.1 軟、硬件設計

電氣自動化控制水處理系統(tǒng)主要是由多個軟件以及硬件組合而成，在軟件應用方面，常用的軟件為PCS7Smart，該軟件具體分為操作員系統(tǒng)以及工程組態(tài)系統(tǒng)，其中工程組態(tài)系統(tǒng)應用的基礎是CPU410Smart控制平臺，同時還需要其他軟件進行輔助，例如控制模板以及APL功能庫等，技術人員需要利用編譯自動生產(chǎn)基本數(shù)據(jù)，以此可以獲得畫面操作圖元以及變量數(shù)據(jù)參數(shù)等。此外，污水處理軟件屬于常用軟件，其具有控制污水廠整個工藝流程、各參數(shù)以及設備運行的作用，且具有促進電氣自動化控制水處理系統(tǒng)高效運行的價值。與此同時，該軟件的應用還具有管理功能，可以對已有故障信息以及歷史信息等進行查詢與處理。在硬件應用方面，需要使用西門子CPU410Smart控制器，或是ET200PASmart系列中的IO模塊。其中，CPU410Smart控制器內(nèi)部設有兩個獨立的Profibus IO接口、儲存器以及防護涂層等。

3.2 上、下位機通信

PLC的應用，上位機是MCGS，其可以創(chuàng)建觸摸屏一體機，還可以實時檢測處理現(xiàn)場以及調(diào)整工作狀態(tài)等，針對于工作狀態(tài)的調(diào)整需要借助部分設備的運行，其有助于問題的及早發(fā)現(xiàn)及處理。而下位機主要是CPU410Smart，其具有控制處理現(xiàn)場的作用，通過與編程軟件的合用，可以實現(xiàn)對污水處理系統(tǒng)的控制，以便于后期系統(tǒng)程序的科學設計，且有助于開發(fā)商設計要求的滿足。在實際的通信階段，技術人員需要適當轉換繼電器，還需要通過只讀的讀寫模式完成相關操控，隨后針對于MCGS的控制可以使用PLC。

4 基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)應用措施

4.1 創(chuàng)建故障檢測預警系統(tǒng)

水處理的工藝較為復雜，且實際環(huán)境條件較為特殊，日常的水處理工作會存在諸多不良干擾因素，如若處理不當變會引發(fā)安全故障，影響電氣自動化控制水處理系統(tǒng)的正常運行。為此，電氣企業(yè)需要創(chuàng)建故障檢測預警系統(tǒng)，又或者是增設可視化設備等，以此實現(xiàn)對水處理系統(tǒng)運行的實時監(jiān)管。與此同時，電氣企業(yè)還需要安裝先進的監(jiān)控設備以及定位傳感器等，如若水處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障，監(jiān)控設備的自動監(jiān)測功能以及定位傳感器的定位傳輸功能會將故障信息在第一時間內(nèi)進行發(fā)送，以便于通知技術人員及時進行處理[5]。

4.2 注重解決控制精度問題

電氣自動化控制水處理系統(tǒng)在實際運行的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)精度問題，其產(chǎn)生的原因可能與環(huán)境中存在的不良干擾因素有關，也可能與系統(tǒng)內(nèi)部線路或零部件老化、損壞等有關，最常見的原因是設備接線故障或觸電故障等。如若系統(tǒng)精度偏低，則水處理系統(tǒng)的運行效率會有所降低。電氣自動化控制水處理系統(tǒng)的長時間運行，其內(nèi)部各設備以及零部件等會有損害或老化現(xiàn)象，其是影響系統(tǒng)精度的主要原因之一，加之水處理系統(tǒng)易受腐蝕，所示零部件老化現(xiàn)象較為常見，導致系統(tǒng)在運行期間會出現(xiàn)信號傳輸中斷或停止等問題，引發(fā)通信故障。為此，電氣工作人員需要注重水處理系統(tǒng)的優(yōu)化與升級，重在提升信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

4.3 建立健全科學運維機制

系統(tǒng)或設備的使用具有一定壽命，其壽命長短與運維水平關系密切。水處理系統(tǒng)較為復雜，其運行環(huán)境存在諸多不良干擾因素，運行期間故障的發(fā)生在所難免，為減少故障發(fā)生概率，政府相關部門以及電氣企業(yè)等需要注重PLC的應用，還需要加強對電氣自動化控制水處理系統(tǒng)運維工作的重視，建立健全科學運維機制[6]。一方面，注重專業(yè)運維人員的培養(yǎng)，重在提高人員專業(yè)素養(yǎng)以及運維技能水平，同時還需要提高人員責任意識，定期組織人員學習運維機制相關內(nèi)容。另一方面，不斷調(diào)整與完善運維機制，為系統(tǒng)運維提供指導的同時，還可以約束運維人員工作行為。

5 結束語

PLC在電氣自動化控制水處理系統(tǒng)中的應用具有諸多優(yōu)勢，例如提高水處理系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性以及安全性等，還可以有效防止出現(xiàn)線路故障。在PLC背景下，針對于電氣自動化控制水處理系統(tǒng)的研究，可以從系統(tǒng)控制要求、控制流程、控制系統(tǒng)設計以及PLC程序實現(xiàn)等方面入手。為保證電氣自動化控制水處理系統(tǒng)運行質量，電氣企業(yè)需要創(chuàng)建故障檢測預警系統(tǒng)，并建立健全運維機制等。