基于PLC的污水处理厂自控系统设计

【摘 要】 本文介绍了基于PLC的污水处理厂自控系统的组成，即污水处理厂如何利用PLC实现全厂污水处理的自动控制，同时介绍了该方案在具体实施过程中遇到的问题以及解决方法，通过基于PLC的污水处理厂自控系统的运行，减少了污水处理厂的花费，大大提高了污水处理的效果。

【关键词】 PLC 自控系统 污水处理

1 污水处理流程简介

污水处理厂最初设计的规模污水处理的规模日处理达20万吨。厂区的污水处理流程一般分为三大步骤：污水的一级处理、二级处理、污泥的脱水三大步骤。在污水的一级处理步骤中，其设备主要有栅格较粗的粗格栅、提升泵房、栅格较细的细格栅、沉砂池、去氧池、氧化沟池、终沉砂池、去污泥泵房和接触池等组成。一级处理后的污水再经过深度处理，处理成水叫做污水的二级处理。在污水的二级处理中，主要有配水井、密度较高的沉淀池、上流的流滤池，水泵房和清水池等组成。在污泥脱水步骤中，是正对污水中的污泥进行脱水的工艺，其主要是由污泥泵房、污泥脱水机房和贮泥池组成。

2 系统的结构

污水处理厂的自控系统包括1个调度中心站，1个污水工段控制站和6个PLC控制站组成。自控系统的通信是采用工业以太网的方式，传输速率可达到20Mb/s。系统结构如图1所示。

本研究中所用的PLC是采用西门子中型机S7-300；处理速度0.8～1.2ms；存贮器2k；数字量1024点；模拟量128路；网络PROFIBUS；工业以太网；MPI。在2#、3#、4#、5#、PLC站设置触摸屏，来满足操作人员的现场需求。在污水控制站配置一台工控机，来监测污水一级处理和二级处理过程实况，并在控制范围适时控制参数。在调度中心也安置两台（或四台）工控机，以防备用。污水控制站和调度中心的服务器采用windows XP操作系统，监测软件为iDIX4.5，调度中心内部的数据库使用SQL-Server2003分析汇总污水处理过程的数据，并及时生成报表。

3 监控功能

该自控系统主要包括以下四级控制模式。即：现场手动控制、现场触屏控制、污水控制站控制和调度中心集中控制。调动中心的主要功能是决定现场自动控制的启动和停止，若现场采用自动控制时，调度中心发出指令决定现场的控制方式。这时，系统中的其他控制方式只能实现监测功能。调度中心和污水控制站安装功能强大的HMI系统，主要功能是采集生成过程的各种数据，并透过清晰直观的图呈现出以下几方面内容。（1）显示实时的设备运行状态及各数据参数。（2）呈现参数变化的趋势图。（3）报警历史查询及显示实时报警信号。（4）生成并输出各种报表。（5）呈现现场设备的开/听符号。（6）设置各个自动控制的参数。

4 控制实现

4.1 PLC1回用水泵房

（1）使用粗、细格栅进行控制；对污水中污物的捞取采用粗细格栅来控制。在确保格栅不被堵塞情况下尽可能减少电量的损耗，根据现场的要求减少格栅的使用时间。所以，依据前后格栅形成的液位差，分析格栅的堵塞情况并进行开停的操作。还可以设置时间间隔和运行时间对格栅实行控制。也可借助人机交互方式设定格栅的运行液位、运行方式（液位差、时间）、运行时间、等参数。（2）提升泵的控制；污水厂提升泵房内共有5台提升泵、2台变频泵（一用一备）、3台工频泵。变频泵可根据工艺要求设定为液位控制方式和流量控制方式。在液位控制方式中，因为提升泵房的存水量大，在对液位进行调整时，会使液位的响应变迟缓，进而引起变频泵的频率出现震荡。（3）旋流沉砂控制；旋流沉砂系统的运行主要是依据时间来控制，提砂阀、洗砂阀、鼓风机、砂水分离器等依靠整个工艺流程设置的时间间隔和运行时间来调整或启停。（4）回用水泵控制；回用水泵房一共有4台泵，2台变频泵（一用一备），2台软启动泵组成。由PID来调节确保出口压力在合理的范围下。

4.2 PLC2配电室1

污水处理主要采用微孔曝气氧化沟模式，PLC2#站的主要用于控制曝气鼓风机，依据氧化沟中的氧的含量来控制送风量，以确保氧的含量在合理的范围内。若送风量与含氧量之间存在较大的延时，也就是增加或减少送气量所花费的时间影响到氧气沟的含氧值，这种状况下，传统的PLD无法停止鼓风机频率产生的振荡，所以需要借助溶氧值进行调节。

4.3 PLC3配电室2和配电室3

PLC3#站和PLC4#的用途是对回流泵和剩余泵进行控制。污水处理过程设置4组终沉池，在没一组终沉池设置一台回流泵和一台剩余泵，并安置流量计来计量所需数据，剩余泵是依据时间进行控制。

4.4 PLC4脱水机房

PLC#站主要是控制4台脱水机和二级处理提升泵。脱水机控制的是脱水机、水平和倾斜输送机之间的联动，来确保水平输送机不存在污泥。如水平输送机出现停止的警示时，则其它输送机也停止。二级处理提升泵包括三台，变频泵一台，工频泵两台。二级处理提升泵采用PLD进行控制，并确保进水量在所要求的合理范围下。

4.5 PLC6加氯加药

PLC6主要是对二级处理的厂区和工艺加氯加药。其中加氯的方式我们采用比例追加的方式进行控制加氯。加药泵根据二级处理进水量和水源进水进行不同药的追加控制。其追加方式同样采用比例追加方式。在加药前，我们需要对加药泵频率进行控制。我们可以确定当前加药泵的充程最大为多少，其频率同样采用PID方式控制，根据进水的多少，工业应该投加的量来计算出药液的总体含量，并把它作为PID的比较量，PID的调节输出量就是加药泵频率。

5 结语

PLC的污水处理自控设计系统，很大程度上减少了工人的劳动强度，提高了污水处理的运行的效益和效率，实现了科学性污水处理。

参考文献：

[1]崔付友，王健.污水处理自动控制系统的应用设计[J].中国仪器仪表，2007（06）.

[2]张培山.基于PLC的污水处理厂自控系统的实现[J].控制系统，2007（07）.