PLC系統(tǒng)在污水處理廠自動化控制中的應(yīng)用

PLC系統(tǒng)在污水處理廠自動化控制中的應(yīng)用【摘要】本文就plc系統(tǒng)在污水處理廠自動化控制中的應(yīng)用進行了探討，詳細介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)建、控制方式及性能特點，并結(jié)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(jīng)濟實用等優(yōu)點，旨在為更好的將plc系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理廠自動化控制中。

【關(guān)鍵詞】plc系統(tǒng)；污水處理廠自動化控制；應(yīng)用

我國現(xiàn)有污水處理廠多數(shù)設(shè)計標準低，工藝技術(shù)和設(shè)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(shù)，并取得了很好的污水處理效果。

1.污水處理plc系統(tǒng)構(gòu)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(nèi)的兩臺中心監(jiān)控計算機，即上位機，通常是設(shè)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(shè)備的控制，被控制設(shè)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(wǎng)絡(luò)來交換數(shù)據(jù)。

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(shè)計

選用工業(yè)環(huán)形以太網(wǎng)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(gòu)成

某污水處理廠工藝流程見圖1。根據(jù)該廠的生產(chǎn)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備。③自動控制方式。由各plc根據(jù)污水廠的工況及工藝參數(shù)來完成對設(shè)備的啟?？刂贫恍枰斯じ深A(yù)。

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(wǎng)絡(luò)

以太網(wǎng)通訊用于控制輸入輸出模塊，在以太網(wǎng)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(wǎng)上與其他設(shè)備通訊，作為網(wǎng)橋?qū)⑾鬏數(shù)狡渌W(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)模塊，設(shè)置相應(yīng)的地址表，并借助簡單的內(nèi)部命令進行數(shù)據(jù)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(jù)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(yīng)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(wù)。作為控制器和i/o設(shè)備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現(xiàn)有各種網(wǎng)絡(luò)的能力。controlnet提供了簡單、高度確定而且靈活的傳輸數(shù)據(jù)方式，在執(zhí)行程序的上載/下載操作、數(shù)據(jù)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(yīng)用

3.1系統(tǒng)功能

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

3.2具體應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(jù)實際需氧量和負荷條件調(diào)節(jié)動力輸入。系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)曝氣機的轉(zhuǎn)速來調(diào)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(diào)整曝氣機的轉(zhuǎn)速而控制調(diào)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(shè)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(shè)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(jù)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(fù)合環(huán)控制。

根據(jù)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(yīng)用經(jīng)驗

在線儀表在污水廠運行中有著重要的地位，對工藝調(diào)整和運行起著指導(dǎo)作用，液位計的準確與否關(guān)系到設(shè)備安全，溶解氧儀是否運行正常關(guān)系到出水水質(zhì)，因此在線儀表的安裝位置顯得至關(guān)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(nèi)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(dǎo)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(shù)人員分析原因?qū)ふ覍Σ?，最終采用增設(shè)不銹鋼內(nèi)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(nèi)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(shè)計方面

plc設(shè)計時需考慮到今后新技術(shù)應(yīng)用及污水處理廠的后期構(gòu)筑物增建問題，在現(xiàn)場控制站預(yù)留更多的信號通道。例如，該污水廠除臭系統(tǒng)為單獨設(shè)計及建造，前期plc系統(tǒng)設(shè)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(nèi)接入除臭系統(tǒng)的設(shè)備及儀表信號，并將該信號傳輸?shù)街锌厥?，使運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(shè)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(shè)計時需考慮到“增容”的需要，預(yù)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(shè)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(nèi)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(guān)故障的應(yīng)急處理，減小不利因素對設(shè)備的沖擊，保障設(shè)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(yīng)的聯(lián)鎖保護程序，減小由于故障造成的損失。

c.數(shù)據(jù)記錄存儲功能。對重要數(shù)據(jù)如工藝參數(shù)、工況、設(shè)備運行時間等進行記錄儲存，以備調(diào)用。

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

4.結(jié)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(yīng)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(yīng)用于污水處理廠自動化控制中，不僅可以保證污水生產(chǎn)運行的