探究污水处理中PLC自动控制系统的应用

摘要：目前城市生活污水排放已是我国城市水的主要污染源，城市生活污水处理是当前和今后城市节水和城市水环境保护工作的重中之重，这就要求我们要把处理生活污水设施的建设作为城市基础设施的重要内容来抓。为确保污水处理工艺和设备能够长期安全可靠地运行，需要建立一套集管理和控制为一体的智能控制系统。

关键词：自动控制；污水处理；PLC

随着社会的发展水资源的逐步匮乏，污水处理达标排放已不能作为污水处理的最终目的，污水处理的最终目的应该是水资源再生和在利用。生活区生活污水不同于包括部分工业废水的城市污水，其质量特征是：水质、水量变化系数较大，污染物浓度通常比城市城市污水低，污水可生性好，处理难度小，且由于其污染来源比较简单，从处理技术和处理成本角度考虑，具有相当的技术可行性和很高的会用价值。

污水处理工艺流程简介针对生活污水中含氮、磷较多的特点，采用A2/O处理工艺，A2/O处理工艺是一种传统活性污泥工艺，即脱氮除磷工艺。A2/O处理工艺的原理为：1.1将废水和二沉池回流的含磷污泥混合，聚磷菌在厌氧条件下将过量吸收的磷释放，同时将有机氮氧化，除去少部分BOD；1.2好氧段回流污泥中含有大量的NO-N反硝化细菌在缺氧条件下将NO-N还原，产生的N释放到空气中，达到脱氮目的；1.3通过曝气装置充氧，聚磷菌将水中磷过量吸收，进入污泥达到固定磷的作用，通过二沉池排泥达到除磷效果，同时硝化细菌在好氧条件下被活性污泥进行吸附、氧化、分解，从而将水中的有机底物浓度大幅度降低。

一、污水处理自动控制系统设计原则

污水处理自动控制系统为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和出水水质，在设计控制系统时应遵循以下基本原则：

（1）可靠性原则：污水处理关系到一个城市居民的身体健康和居住投资环境，因此设计的可靠性原则为各原则之首。

（2）技术成熟性原则：在设计中，既要考虑满足设计的需要，又要注重采用成熟、先进、便于日后维护的设备和技术。

（3）技术经济性原则：注重现在及将来技术发展的需要，选用实用强、兼容性好、性价比高的方案和设备配置。

二、自动控制系统的功能

为了提高处理效率，减轻工人的劳动强度，保证设备正常运行，PLC控制系统具有生产过程自动控制、时实监控、时实管理、时实在线监视、故障显示报警、联锁保护、自动生成报表等基本功能。

1.控制方式的选择

整个系统设计为两种控制，中心控制和站点控制，在中心控制和站点控制系统中均可对各个设备进行手动或自动选择，手动操作方式作为自动控制方式的一种补充为控制系统人为介入提供了灵活性，同时为系统的维护提供了便利

2.在线监视功能

我们对工控软件进行二次开发，在中控室的计算机屏幕上可以显示动态的工艺流程图和11个子界面，在这些界面上可以显示现场设备运行状态，仪表检测数据和一些重要工艺参数的变化趋势图，操作人员可以直接在PC屏幕上了解处理系统的工作情况，并且可以通过键盘和鼠标对自控系统进行干预，另外我们在中控室内设置了一面模拟屏，其上显示设备运行状况、重要工艺参数，可以让操作人员对生产情况一目了然。

2.1时实监控。在中控室可以对现场过程参数、阀位状态、各种越权报警信号进行时实监测、处理、记录和显示。

（1）工艺图的切换。控制中心监控程序提供11幅与污水处理厂工艺相关的动态显示界面，用以了解污水处理厂全线设备的运行状况和各部分设备的详细运行状况，这些界面可以很方便地进行切换。

（2）工作流程的自动监测。控制中心的操作人员可以通过鼠标设制各项参数，操作阀门，用于实现流程的控制，选择流程的启动和停止。

（3）显示运行设备的工作电流。监控程序时实现显示运行设备的工作电流、电压及相关功率，供操作人员了解负载运行状态。

2.2时实管理。对管线工艺资料及处理数据进行归类，分别放入历史数据库进行管理。

（1）显示管线状态参数，包括污水处理厂全线线路走向图，全线设备一览表和全线工艺流程图，方便了系统的维护。

（2）时实记录操作过程，按时间顺序记录各种操作行为，存入历史数据库，并按时进行打印，做到凡事有据可查，确保安全操作，责任到人。

（3）设置操作级别，用户帐号和密码。对SCADA系统的所有操作及查询均设置了两个保密级别，分别为操作员级别和系统维护员级别。

不同的操作员和系统维护员分别具有各自的登录帐号和密码，并由系统记录进入系统人员的级别、登录帐号和密码及所进行的相关操作，这样可分层屏蔽可操作信息，防止非法人员对系统的破坏，同时，也可对生产区域进行区域性屏蔽，防止无关人员进入。

三、整体方案设计

污水处理厂的设备量大、信号类型多、控制地点分散，采用以继电器和各种控制开关为主的就地控制方式，故障率高且控制精度低，很难实现集中监控和统一管理。为了提高生产率，稳定出水质量，自动控制系统一般采用DCS方式，在中央控制室对整个下况进行监视并调试命令，各工序采用独立原理进行系统配置和运行。自动控制系统采用开放式工业以太网结构，通过中央控制室完成对MCCl、MCC2控制站的远程控制，对每个控制点提供3种控制方式，实现各个工艺单元的逻辑控制功能，并实现与MCC4的数据交换和监测功能。

1、WINCC组态

中央控制室利用WINCC进行上位机系统组态生成上位机监控系统，对PLC采集到的数据进行数据处理，并实时显示设备的运行状态、运行时间，故障报警处理，报表输出等，实现全厂所有设备的监控。本系统包括监控主界而和多个控制站子界面，主界面包括全厂所有设备及管线，为了反映各设备的运行情况并反映污水流动工艺过程，分别制作了MCCl、MCC2、MCC4子界面，还有报表打印、交接班登录界面等辅助界而。WINCC标准化的组态界而，人机接口能力强，易于掌握，方便设计、调试和现场运行。

2、PLC控制系统

根据工艺要求，PLC上电自检无误后，根据上位机监控系统的信号来控制全厂设备的启停、正反转等动作。PLC完成污水处理厂全部设备如进水泵、粗格栅、皮带输送机等的数据采集，简单运算处理后上传给上位机监控系统。当电路发生断路、短路或过载等时，PLC采集的数据就会超过设定的阈值，PLC将控制设备停止，同时给上位机监控系统发送报警信号。全部传感器均采用在线仪表，变送器将采样数据转换成4～20mA标准电流信号，直接传人SM331、332（模拟量输入、输出模块），经模数变换成0～27648的数字量。开关量的输入输出传人SM321、322（数字量输入、输出模块）。

2.1、污水处理控制系统的PLC配置

2.1.1控制系统构成图

PLC选型控制器。它有以下优点：极高的可靠性、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩张模块 主控PLC 进水阀门 远程I/O 出水。

2.1.2模块功能概述

1.CPU模块

集成的24V负载电源6可直接连接到传感器和变送器2执行器34CPU 221 222具有180mA输出；CPU 224 CPU 224XP CPU226分别输