基于PLC自动化控制系统在污水处理厂中的应用探讨

【摘要】随着经济的高速发展，生活污水的排放日益增多，污水处理方面的研究具有广泛和深远的意义。本文介绍了PLC 污水控制系统的工艺流程及系统配置。应用结果表明了该系统的有效性和可靠性。

【关键词】PLC；自动化控制系统；污水处理厂

随着现代工业的不断发展，城市化进程的不断深入，污水问题日益严峻，在此背景下，污水处理引起了社会各界的广泛关注，正因如此，污水处理厂如雨后春笋般纷纷涌现，成了现代城市之中不可或缺的一项基础设施[1]。污水处理厂的运行对自动化控制程度提出了较为严格的要求，所以，有必要针对基于PLC的自动化控制系统进行研究，从而实现对整个污水处理过程的全方位、自动化控制。

1.污水的三级处理

在污水处理过程中，基于处理程度差异，可将其归纳为三级处理：一级处理，即通过相关物理处理法以去除污水之中处于悬浮状态的固体污染物。接受该级处理之后，BOD大约剩下70%，不允许直接排放；二级处理，去除以胶体或者溶解形式存在的有机污染物，通常能够实现90%甚至更多的去除率，让该项指标满足排放规定；三级处理，主要去除两种物质，一种是难降解的有机物，另一种是以氮与磷为代表的具有可溶性特点的无机物。常见的处理方法有混凝沉淀法、砂滤法以及离子交换法等[2]。

2.污水处理流程介绍

第一步，让污水通过下水管道注入污水集水池，先借助格栅电机予以机械预处理，过滤其中的漂浮物以及以颗粒形式存在的固状物。第二步，利用重力原理将污水输送到预曝气池，做沉淀处理。第三步，使用离心泵把水输送至生物接触氧化池予以生物氧化处理，排除其中的部分化学污染物质，最终形成清液和污泥这两大部分，前者被输送至斜管沉淀池，而后者则被输送至脱水机予以固液分离处理，同时投入相应化学药剂让污泥凝结成块，分离水回归沉淀池接受后续处理，而脱干处理后的污泥接受消毒处理之后便会被送出。上清液被输送至滤砂池接受滤砂处理，最终被送出。

3.基于PLC的污水处理自动化控制系统设计

3.1可编程控制器

针对污水处理自动化控制系统的需求和特点，选用三菱FX2n-64MT可编程控制器，其属于一种模块化中小规模的PLC自动化控制系统，广泛应用于污水处理领域，系统拥有良好的稳定性和可靠性，装置容易操作、便于调试、安全系数高、运行效率理想，在提升和保障劳动生产率方面表现出了相当明显的优势，另外，由于软硬件全都使用的是模块化结构，因而给安装工作、调试工作以及维修工作提供了极大的便利。

3.2传感器设备

于系统粗、细格栅位置均配备了一台超声波液位差计，以测量格栅前后所对应的液位差，从而了解格栅当前的阻塞程度，并将该数据提供给PLC控制器，接受后续的分析与计算。如果液位差大于预先设定的数值，将会向格栅提供一个运行信号，对垃圾进行清除，使过水环节始终处于正常状态，同时避免装置过度磨损问题[3]。

为达成自动控制进水提升泵的目的，于进水泵井部位设置两台超声波液位计，以实现对其水位的在线收集，并通过实时传输的方式提供给PLC 控制器，展开相应的系统分析。立足于测量值以启动相应的控制程序，最终完成对提升泵当前运行组合的自动化控制。如此一来，能够结合厂外来水量的具体值，以实时、合理地调节整泵工作状态，一方面能够解决装置疲劳问题，另一方面能够节省大量的人力资源。

3.3电气控制电路

3.3.1格栅电机的电路设计

通过格栅电机以实现对格栅工作状态的自动化控制，截留那些体积相对偏大的悬浮物或者漂流物，从而为接下来的各个工艺段减轻工作量。对于格栅电机，其基本的控制原理如下（如图1所示）：控制包括两种，一种是电控柜就地控制，另一种是PLC 远程控制，借助双向开关SA0进行相应选择，如果SA0被拨向2 时，那么需要按下SB2（代表的是起动按钮），因为SB1（代表的是停机按钮）与FR1（代表的是热继电器按钮）属于常闭状态，电路被接通之后，KM1（代表的是交流接触器）将会执行通电动作，调整到导通状态，如此一来，电机便会进入运行状态。这个时候，松开SB2，因为KM1的一个处于常开状态的触点将发生闭合动作，并使SB2发生短接，因此KM1将处于通电状态，其主触头被导通，从而使电机进行工作状态。停机过程中，按下SB1，因为SB1属于一个处于常闭状态的按钮，因此按下之后将转换为断开状态，交流接触器便会立即执行自动断电动作，使电机进行停运状态。若电机工作于超载状态，一段时间之后，FR1便会动作，KM1紧接着被断开电源，电机停止运行，且不支持自动启动[4]。

电机远程控制指的是，以直流继电器（设置于自控柜中）为对象，控制其吸合动作，以实现控制的目的。如果双向开关被拨向3，电机将进入工作状态，当交流接触器执行断路动作时，同样会执行自动停机动作。3处于导通状态时，PLC能够检测到与之对应的信号，可理解成电机处于远程控制状态之中。如果PLC给出电机应起动的判断，便会向24V 继电器发生指令，使KA1吸合，继而使KM1 吸合，使电机进入工作状态。至于工作信号将会通过KM1的一个处于敞开状态的触点提供给PLC所对应的状态输入端。

图1 格栅电机控制原理 图2 曝气机电气控制原理

3.3.2曝气机电路的设计

对于曝气池处理段，其核心原理是，利用变频器实时调节罗茨风机的运行速度，以实现对曝气池含氧量的有效控制，从而保证微生物可以高效发挥自身降解有机污染物的作用，最终获得净化污水的效果。

变频器R1、S1以及T1 端子全部和外部输入电源相接，U1、V1以及W1均和曝气机相接。PLC将控制信号提供给变频器，由其RUN（表示的是起动端子）来实时控制曝气机的起动与停止。对于曝气机，其电气控制原理详见图2。GOJ 表示的是点动控制，按下时电机执行起动动作，松开时则执行停止动作，一般被用来检验电机工作状态正常与否。A、B、C表示的是故障继电器所对应的输出端，一旦发生故障，AC闭合，而BC断开。A、B 只要有一个被接入PLC控制电路，便能够实现对电路的有效保护[5]。

4.结束语

本文介绍的基于PLC的污水处理自动化控制系统，投资小，能耗不大，运维便捷，可以很好地满足污水处理厂的现实需要。值得一提的是，当系统硬件构成没有出现大规模调整的条件下，可借助调整软件设置的做法以达成不同运行方式有机转换的目的，表现出了较为理想的经济效益以及社会效益。

参考文献：

[1]刘昌鹤. PLC自动控制系统在污水处理中的应用[J]. 科技信息，2011，27：174.

[2]俞红光. PLC自动控制系统在污水处理中的应用[J]. 中国高新技术企业，2013，20：52-53.

[3]杜康. 探讨污水处理厂PLC自动控制系统应用[J]. 现代妇女（下旬），2013，09：190.

[4]商吉祥. 试析PLC自动控制系统在污水处理中的应用[J]. 中国包装工业，2014，10：90.

[5]孙艳萍，谢国. 基于PLC的污水处理厂自动控制系统的设计[J]. 新技术新工艺，2012，12：46-49.