PLC系統(tǒng)在污水處理廠自動化控制中的應用

PLC系統(tǒng)在污水處理廠自動化控制中的應用【摘要】本文就plc系統(tǒng)在污水處理廠自動化控制中的應用進行了探討，詳細介紹了該系統(tǒng)的構建、控制方式及性能特點，并結合某具體實例工程，證明了plc系統(tǒng)具有可靠性高、操作靈活、經濟實用等優(yōu)點，旨在為更好的將plc系統(tǒng)應用于污水處理廠自動化控制中。

【關鍵詞】plc系統(tǒng)；污水處理廠自動化控制；應用

我國現(xiàn)有污水處理廠多數(shù)設計標準低，工藝技術和設備落后，污水處理的可變因素很多，水量、濃度、溫度、氣量、微生物狀態(tài)、系統(tǒng)控制和機械運行情況等，都影響污水處理的功能和效率。近幾年來，我國新建城市污水處理廠和新增污水處理站大都采用了plc技術，并取得了很好的污水處理效果。

1.污水處理plc系統(tǒng)構架

污水處理常用的一般監(jiān)控系統(tǒng)可分為兩層，上層為中央控制室內的兩臺中心監(jiān)控計算機，即上位機，通常是設置為兩臺計算機互為備用的形式，下層則為若干現(xiàn)場可編程控制器（plc），它們分布在污水處理廠中不同位置，分別負責一部分設備的控制，被控制設備如閥門、水泵、風機等與plc的i/o相連，plc通過輸入和輸出控制信號對其進行控制量采集和控制，上位機和現(xiàn)場plc之間則借助plc通信網絡來交換數(shù)據。

該污水處理廠的自控系統(tǒng)由plc/計算機控制管理系統(tǒng)、儀表檢測和電視監(jiān)控三部分組成。計算機控制管理系統(tǒng)遵循“集中管理、分散控制、資源共享”的原則；儀表系統(tǒng)遵循“工藝必需、先進實用、維護簡便”的原則。全廠的自控系統(tǒng)是基于現(xiàn)代先進控制思想的分布式計算機控制系統(tǒng)（即集散型控制系統(tǒng)）。

2.plc自控系統(tǒng)設計

選用工業(yè)環(huán)形以太網和冗余controlnet現(xiàn)場總線，配以controllogix系列plc控制站，具有較高的性價比。

2.1系統(tǒng)構成

某污水處理廠工藝流程見圖1。根據該廠的生產工藝，整個污水處理過程可以分為兩個控制區(qū)域，每個區(qū)域設置一套現(xiàn)場控制站。

2.2控制方式

該污水處理廠主要自控設備的控制方式共三種：①手動控制方式。通過就地控制箱或mcc上的按鈕實現(xiàn)對設備的啟停操作。②軟手動控制方式。即遠程手動控制方式，操作人員通過工作站的監(jiān)控畫面用鼠標或鍵盤來控制現(xiàn)場設備。③自動控制方式。由各plc根據污水廠的工況及工藝參數(shù)來完成對設備的啟?？刂贫恍枰斯じ深A。

三種方式的控制級別由高到低依次為：手動控制、軟手動控制、自動控制。

2.3通訊網絡

以太網通訊用于控制輸入輸出模塊，在以太網鏈路上作為適配器連接分布式輸入輸出，用消息方式在以太網上與其他設備通訊，作為網橋將消息傳輸?shù)狡渌W絡，上下層通信可以直接通過插在上位監(jiān)控機和各plc中的網絡模塊，設置相應的地址表，并借助簡單的內部命令進行數(shù)據交換。

2.4軟件

采用logix5000控制器編程軟件和rsview32works操作員站監(jiān)控組態(tài)軟件。logix5000可在線對plc程序進行修改，rsview32works軟件可在操作員正常監(jiān)控操作的環(huán)境下，對上位組態(tài)、數(shù)據庫及操作員界面進行修改。

2.5controlnet現(xiàn)場總線

controlnet總線現(xiàn)場用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸，它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務。作為控制器和i/o設備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現(xiàn)有各種網絡的能力。controlnet提供了簡單、高度確定而且靈活的傳輸數(shù)據方式，在執(zhí)行程序的上載/下載操作、數(shù)據實時監(jiān)控時不會影響到i/o控制的性能。

3.該污水廠plc自控系統(tǒng)應用

3.1系統(tǒng)功能

對工藝流程圖可實時顯示，可監(jiān)測設備的運行狀況和觀察各工藝參數(shù)；可通過調整設備的運行參數(shù)實現(xiàn)設備遠程調控；可通過在線儀表反映的工藝參數(shù)值自動控制設備運行；可進行配電室內的電力監(jiān)控；可自動生成報表。

3.2具體應用

3.2.1細格柵自動控制

細格柵自動控制采用水位差控制和時間控制。啟動除污耙時，運行螺旋式輸送機和柵渣壓實脫水機，格柵停止后延遲一段時間再停運螺旋式輸送機和柵渣壓實脫水機。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏可以設定水位差值、格柵距上次運行的時間間隔及格柵的運行周期。

3.2.2進水泵房的自動控制

進水泵自動控制是通過水位測量儀檢測水位值，當水位升高時，控制水泵依次逐臺啟動，水泵啟動順序按累計的水泵運行時間從小到大排列。當水位降低時，控制水泵依次逐臺停止，順序與之相反。通過自動累計水泵運行時間，實現(xiàn)水泵的自動輪值，保證水泵總是處在最佳運行狀態(tài)。

當水位降低到最低保護水位時，水泵全停。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏，可以設定水位值。

3.2.3旋流沉砂池的自動控制

旋流沉砂池自動運行時，其攪拌葉輪連續(xù)運行，由控制系統(tǒng)定時啟動排砂過程，同時控制砂水分離器等設備的聯(lián)動運行。旋流沉砂池、排砂泵、沖洗水、排砂閥門、砂水分離器等由隨設備提供的現(xiàn)場控制柜自帶plc進行聯(lián)鎖控制，自動順序啟動或順序停止，并通過現(xiàn)場總線與plc現(xiàn)場控制站通訊。

3.2.4氧化溝曝氣量自動控制

為達到最大程度的程序靈活性，依據實際需氧量和負荷條件調節(jié)動力輸入。系統(tǒng)可以通過調節(jié)曝氣機的轉速來調節(jié)總的充氧量。將實際測得的溶解氧（do）濃度與氧化還原電位等作為增減氧化溝曝氣量的指標，調整曝氣機的轉速而控制調節(jié)充氧能力。采用此種方式，實現(xiàn)了充氧能力與實際需氧量的匹配，從而節(jié)省了能源。

3.2.5污泥回流量自動控制

污泥濃縮脫水系統(tǒng)控制采用時間控制和手動控制。該系統(tǒng)中設備的啟動順序依次為傾斜式螺旋輸送機、水平螺旋輸送機、濃縮脫水機、加藥泵、進泥泵，停止順序與之相反。當藥液制備段溶液罐的液位低、進泥泵的進泥流量低、系統(tǒng)中任何一臺設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)停止運行。

3.2.6加氯（藥）量控制

根據進水流量的大小按照比例投加的原則自動控制加氯量，同時測定接觸消毒池出水余氯作為修正值，自動修正加氯量，此為流量、余氯復合環(huán)控制。

根據進水流量的大小按照比例投加的原則自動控制投藥量。

3.3在線儀表的應用經驗

在線儀表在污水廠運行中有著重要的地位，對工藝調整和運行起著指導作用，液位計的準確與否關系到設備安全，溶解氧儀是否運行正常關系到出水水質，因此在線儀表的安裝位置顯得至關重要。

①該廠進水泵房和污泥泵房處的兩臺液位計，由于安裝的位置均過于接近進水口，使得顯示的數(shù)值為進水口處的液位而非泵房內真實的液位值。

②該廠用于測量氧化溝好氧段溶解氧的do儀由于安裝在表曝機下游出口的導流墻邊，該處水流速度快，對探桿的沖擊過大，使探桿受力不均，易從中間折斷。該廠技術人員分析原因尋找對策，最終采用增設不銹鋼內膽的方式來增強探桿強度，并聯(lián)系廠家進行了改造。

③該廠大部分儀表探頭內有膜部件，若日常維護不當，使其長期處于干燥的環(huán)境中極易造成破裂，需重新更換探頭。

3.4建議

①設計方面

plc設計時需考慮到今后新技術應用及污水處理廠的后期構筑物增建問題，在現(xiàn)場控制站預留更多的信號通道。例如，該污水廠除臭系統(tǒng)為單獨設計及建造，前期plc系統(tǒng)設計時并未考慮到除臭系統(tǒng)的自動化控制，若要實現(xiàn)該處的自動化控制，需在原有現(xiàn)場控制站內接入除臭系統(tǒng)的設備及儀表信號，并將該信號傳輸?shù)街锌厥遥惯\行人員能夠遠程操作；該廠后期增建尾水泵房，其plc自控系統(tǒng)由尾水泵房的施工方負責設計安裝，也存在信號輸出及兼容等問題。

綜上，污水處理廠的plc系統(tǒng)設計時需考慮到“增容”的需要，預留出滿足需要的信號通道及新增模塊的放置空位，滿足污水處理廠的發(fā)展需求。

②功能完善方面

a.報警及報警記錄功能。當設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)將在計算機、馬賽克大屏幕、就地控制箱上進行報警指示。同時計算機將對所發(fā)生的報警內容、時間及確認時間進行記錄。在計算機上還可進行語音報警，警示運行人員及時采取相關故障的應急處理，減小不利因素對設備的沖擊，保障設備的安全。

b.聯(lián)鎖保護功能。當系統(tǒng)檢測到局部故障后啟動相應的聯(lián)鎖保護程序，減小由于故障造成的損失。

c.數(shù)據記錄存儲功能。對重要數(shù)據如工藝參數(shù)、工況、設備運行時間等進行記錄儲存，以備調用。

d.廠級plc管理功能。設計廠級管理終端，使系統(tǒng)能及時對各處理現(xiàn)場的生產信息進行收集、儲存、分析和加工處理，以方便領導層對生產管理準確決策。主要功能包括：生產過程的全面查詢，如各種進、出水流量，能耗等；生產過程的分析報告、報表和圖形；設備運行管理數(shù)據庫；化驗數(shù)據；建立與上級單位的雙向連接，便于發(fā)布及獲取信息。

4.結論

綜上所述，plc系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)在污水處理廠自動化控制中的應用相比，具有功能齊全、高度智能化、運行可靠、見效快等優(yōu)點。所以，若能將plc系統(tǒng)很好的應用于污水處理廠自動化控制中，不僅可以保證污水生產運行的