PLC自控系统在污水处理厂中的应用

聂兆芬

摘 要：在污水处理厂应用PLC自控系统不仅可以提高工作效率，还可以有效地提高污水处理厂的工作质量。以某污水处理厂采用PLC自控系统实现自动化为例，分析了该系统的工作方式和应用操作特点，并阐述了该系统安全可靠、操作简易、经济实用等优点，为PLC自控系统在污水处理厂中进一步推广、应用提供参考。

关键词：污水处理；PLC；设计；应用；运行操作

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）03-0156-02

随着人口数量不断上升，城市用水需求量明显增多，产生的污水也在增多。传统的污水处理过程不但自动化程度低、操作难度大，而且成本高、效率低。自动化技术在各行业不断发展，污水处理厂的自动化运作也有待提高。如何使用新技术使污水处理厂实现自动化是值得人们思考的问题。下面以某污水处理厂采用PLC自控系统实现自动化为例进行探讨。

1 污水处理PLC自控系统构架

监控系统上层为中央控制室内的2台中心监控计算机，下层为若干现场可编程控制器（PLC），它们分布在污水处理厂中不同的位置，分别负责一部分设备的控制。被控制设备，比如阀门、水泵、风机等与PLC的I/O相连，PLC通过输入和输出控制信号对其进行控制量采集和控制，上位机和现场PLC之间则借助PLC通信网络来交换数据。

某污水处理厂的自控系统由PLC/计算机控制管理系统、仪表检测和电视监控三部分组成。计算机控制管理系统遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则；仪表系统遵循“工艺必需、先进实用、维护简便”的原则。全厂的自控系统是基于现代先进控制思想的分布式——计算机控制系统（即集散型控制系统）。

2 PLC自控系统设计

在设计时，选用工业环形以太网和冗余某网络控制现场总线，配以某系列PLC控制站，具有较高的性价比。

2.1 系统构成

根据该厂的生产工艺，整个污水处理过程可以分为两个控制区域，每个区域设置一套现场控制站。该污水处理厂工艺流程见图1.

图1 该污水处理厂污水处理工艺流程

2.1.1 现场控制站一

测控管理区域分别为粗格栅间、进水泵站、细格栅间、旋流沉砂池、氧化沟、污泥浓缩脱水机房和生物除臭池。

2.1.2 现场控制站二

该控制站设在加氯加药间，测控管理区域分别为接触消毒池、加氯加药间、二沉池、综合井和污泥泵站。同时，二沉池和污泥泵站设置本分控站的3个现场级远程I/O站，即RIO21、RIO22和RIO23。

2.2 控制方式

该污水处理厂主要自控设备的控制方式共三种：①手动控制方式，通过就地控制箱或MCC上的按钮实现对设备的启停操作；②软手动控制方式，即远程手动控制方式，操作人员通过工作站的监控画面，用鼠标或键盘来控制现场设备；③自动控制方式，由各PLC根据污水厂的工况和工艺参数来完成对设备的启停控制，而不需要人工干预。

这三种方式的控制级别由高到低依次为手动控制、软手动控制、自动控制。

2.3 通讯网络

以太网通讯用于控制输入、输出模块，在以太网链路上作为适配器连接分布式输入、输出，以消息方式在以太网上与其他设备通讯作为网桥将消息传输到其他网络。上、下层通信可以直接通过插在上位监控机和各PLC中的网络模块，设置相应的地址表，并借助简单的内部命令进行数据交换。

2.4 软件

采用Logix5000控制器编程软件和Rsview32Works操作员站监控组态软件。Logix5000可在线对PLC程序进行修改，Rsview32Works软件可使操作员在正常监控、操作的环境下，对上位组态、数据库和操作员界面进行修改。

2.5 该网络控制现场总线

网络控制现场总线用于对时间有苛刻要求的应用场合的信息传输，它为对等通信提供实时控制和报文传送服务。作为控制器和I/O设备之间的一条高速通信链路，它综合了现有的各种网络功能。该网络控制提供了简单、高度确定而且灵活的传输数据方式，在执行程序的上载/下载操作、数据实时监控时，不会影响到I/O的控制性能。

3 该污水厂PLC自控系统应用

3.1 系统功能

PLC自控系统对工艺流程图可实时显示，可监测设备的运行状况，观察各工艺的参数；可通过调整设备的运行参数实现设备远程调控；可通过在线仪表反映的工艺参数值自动控制设备运行；可进行配电室内的电力监控；可自动生成报表。

3.2 具体应用

3.2.1 细格栅自动控制

细格栅自动控制采用的是水位差控制和时间控制。

3.2.2 进水泵房的自动控制

通过自动累计水泵运行时间，实现水泵的自动轮值，保证水泵处在最佳的运行状态。

3.2.3 旋流沉砂池的自动控制

旋流沉砂池自动运行时，其搅拌叶轮连续运行，由控制系统定时启动排砂过程，同时，控制砂水分离器等设备的联动运行。

3.2.4 氧化沟曝气量自动控制

为了使程序达到最大程度的灵活性，要依据实际需氧量和负荷条件调节动力输入。系统可以通过调节曝气机的转速来调节总的充氧量。

3.2.5 污泥回流量自动控制

污泥浓缩脱水系统控制采用的是时间控制和手动控制。

3.2.6 加氯（药）量控制

根据进水流量的大小，按照比例投加的原则自动控制加氯量。同时，测定接触消毒池出水余氯作为修正值，自动修正加氯量，这是由流量、余氯复合环控制的。

3.3 在线仪表的应用经验

在线仪表在污水厂运行中占据着重要的地位，对工艺调整和运行起着指导作用。液位计的准确关系到设备的安全，溶解氧仪的正常运行关系到出水的水质，因此，在线仪表的安装位置是十分重要的。

该厂进水泵房和污泥泵房处的2台液位计，由于安装的位置都过于接近进水口，这使得显示的数值为进水口处的液位而非泵房内真实的液位值。这种情况可能导致的后果是，如果泵房内液位低于进水口处液位，则显示的数值是不真实的，容易造成“低液位时该停泵而不停泵”的情况，危害设备的安全。该厂发现此问题后，立即联系厂家对仪表安装位置进行了调整，现使用情况良好。

该厂用于测量氧化沟好氧段溶解氧的DO仪，由于安装在表曝机下游出口的导流墙边，该处水流速度快，对探杆的冲击过大，使探杆受力不均，易从中间折断。该厂技术人员分析原因，寻找对策，最终采用增设不锈钢内胆的方式来增强探杆的强度，并联系厂家对其进行了改造。

该厂大部分仪表探头内有膜部件，如果日常维护不当，使其长期处于干燥的环境中极易造成破裂，需重新更换探头。当遇停产检修或清淤时，探头将暴露在空气中，而由于仪表的特定安装方式，不便将其置于池面进行维护。该厂在考察了相关情况后，为在线仪表量身定做了一套维护装置.该装置由热熔保护筒和牵引固定绳两部分组成，保护筒盛水后直接套于探头外，并由牵引绳固定；不用时直接拆卸，无需移动仪表。

3.4 建议

3.4.1 设计方面

在PLC自控系统设计时，需考虑到今后新技术的应用和污水处理厂的后期构筑物增建的问题，要在现场控制站预留更多的信号通道。例如，该污水厂除臭系统为单独设计和建造的，前期PLC系统设计时并未考虑到除臭系统的自动化控制，如果要实现该处的自动化控制，需在原有的现场控制站内接入除臭系统的设备和仪表信号，并将该信号传输到中控室，使运行人员能够远程操作。该厂后期增建尾水泵房，其PLC自控系统由尾水泵房的施工方负责设计、安装，也存在信号输出和兼容等问题。

3.4.2 功能完善方面

具体从以下几个方面对其进行完善：①报警及报警记录功能。当设备发生故障时，系统将在计算机、马赛克大屏幕和就地控制箱上进行报警指示。②联锁保护功能。当系统检测到局部故障后，启动相应的联锁保护程序，减小由故障造成的损失。③数据记录存储功能。对重要数据，例如工艺参数、工况、设备运行时间等进行记录、储存，以备调用。④厂级PLC管理功能。设计厂级管理终端，使系统可以及时对各处理现场的生产信息进行收集、储存、分析和加工处理，以方便领导层对生产管理作出准确的决策。它的主要功能包括：生产过程的全面查询，比如各种进、出水流量，能耗等；生产过程的分析报告、报表和图形；设备运行管理数据库；化验数据；建立与上级单位的双向连接，便于发布和获取信息。

4 结束语

综上所述，PLC系统的所有设备都符合污水处理厂日常工作的要求，并有较强的适用性。该系统不仅使运行成本降低，而且反应灵敏，准确度高，对提高污水处理的效率和相应的管理具有积极的意义。因此，可以将其广泛地应用于污水处理系统当中。

参考文献

[1]解恒久.污水处理厂PLC自动控制系统应用[J].科技与企业，2012（12）.

[2]杨学伦，吕小玥.PLC在污水处理厂控制系统中的应用[J].城市建设理论研究，2012（7）.

〔编辑：白洁〕

该厂进水泵房和污泥泵房处的2台液位计，由于安装的位置都过于接近进水口，这使得显示的数值为进水口处的液位而非泵房内真实的液位值。这种情况可能导致的后果是，如果泵房内液位低于进水口处液位，则显示的数值是不真实的，容易造成“低液位时该停泵而不停泵”的情况，危害设备的安全。该厂发现此问题后，立即联系厂家对仪表安装位置进行了调整，现使用情况良好。

该厂用于测量氧化沟好氧段溶解氧的DO仪，由于安装在表曝机下游出口的导流墙边，该处水流速度快，对探杆的冲击过大，使探杆受力不均，易从中间折断。该厂技术人员分析原因，寻找对策，最终采用增设不锈钢内胆的方式来增强探杆的强度，并联系厂家对其进行了改造。

该厂大部分仪表探头内有膜部件，如果日常维护不当，使其长期处于干燥的环境中极易造成破裂，需重新更换探头。当遇停产检修或清淤时，探头将暴露在空气中，而由于仪表的特定安装方式，不便将其置于池面进行维护。该厂在考察了相关情况后，为在线仪表量身定做了一套维护装置.该装置由热熔保护筒和牵引固定绳两部分组成，保护筒盛水后直接套于探头外，并由牵引绳固定；不用时直接拆卸，无需移动仪表。

3.4 建议

3.4.1 设计方面

在PLC自控系统设计时，需考虑到今后新技术的应用和污水处理厂的后期构筑物增建的问题，要在现场控制站预留更多的信号通道。例如，该污水厂除臭系统为单独设计和建造的，前期PLC系统设计时并未考虑到除臭系统的自动化控制，如果要实现该处的自动化控制，需在原有的现场控制站内接入除臭系统的设备和仪表信号，并将该信号传输到中控室，使运行人员能够远程操作。该厂后期增建尾水泵房，其PLC自控系统由尾水泵房的施工方负责设计、安装，也存在信号输出和兼容等问题。

3.4.2 功能完善方面

具体从以下几个方面对其进行完善：①报警及报警记录功能。当设备发生故障时，系统将在计算机、马赛克大屏幕和就地控制箱上进行报警指示。②联锁保护功能。当系统检测到局部故障后，启动相应的联锁保护程序，减小由故障造成的损失。③数据记录存储功能。对重要数据，例如工艺参数、工况、设备运行时间等进行记录、储存，以备调用。④厂级PLC管理功能。设计厂级管理终端，使系统可以及时对各处理现场的生产信息进行收集、储存、分析和加工处理，以方便领导层对生产管理作出准确的决策。它的主要功能包括：生产过程的全面查询，比如各种进、出水流量，能耗等；生产过程的分析报告、报表和图形；设备运行管理数据库；化验数据；建立与上级单位的双向连接，便于发布和获取信息。

4 结束语

综上所述，PLC系统的所有设备都符合污水处理厂日常工作的要求，并有较强的适用性。该系统不仅使运行成本降低，而且反应灵敏，准确度高，对提高污水处理的效率和相应的管理具有积极的意义。因此，可以将其广泛地应用于污水处理系统当中。

参考文献

[1]解恒久.污水处理厂PLC自动控制系统应用[J].科技与企业，2012（12）.

[2]杨学伦，吕小玥.PLC在污水处理厂控制系统中的应用[J].城市建设理论研究，2012（7）.

〔编辑：白洁〕

该厂进水泵房和污泥泵房处的2台液位计，由于安装的位置都过于接近进水口，这使得显示的数值为进水口处的液位而非泵房内真实的液位值。这种情况可能导致的后果是，如果泵房内液位低于进水口处液位，则显示的数值是不真实的，容易造成“低液位时该停泵而不停泵”的情况，危害设备的安全。该厂发现此问题后，立即联系厂家对仪表安装位置进行了调整，现使用情况良好。

该厂用于测量氧化沟好氧段溶解氧的DO仪，由于安装在表曝机下游出口的导流墙边，该处水流速度快，对探杆的冲击过大，使探杆受力不均，易从中间折断。该厂技术人员分析原因，寻找对策，最终采用增设不锈钢内胆的方式来增强探杆的强度，并联系厂家对其进行了改造。

该厂大部分仪表探头内有膜部件，如果日常维护不当，使其长期处于干燥的环境中极易造成破裂，需重新更换探头。当遇停产检修或清淤时，探头将暴露在空气中，而由于仪表的特定安装方式，不便将其置于池面进行维护。该厂在考察了相关情况后，为在线仪表量身定做了一套维护装置.该装置由热熔保护筒和牵引固定绳两部分组成，保护筒盛水后直接套于探头外，并由牵引绳固定；不用时直接拆卸，无需移动仪表。

3.4 建议

3.4.1 设计方面

在PLC自控系统设计时，需考虑到今后新技术的应用和污水处理厂的后期构筑物增建的问题，要在现场控制站预留更多的信号通道。例如，该污水厂除臭系统为单独设计和建造的，前期PLC系统设计时并未考虑到除臭系统的自动化控制，如果要实现该处的自动化控制，需在原有的现场控制站内接入除臭系统的设备和仪表信号，并将该信号传输到中控室，使运行人员能够远程操作。该厂后期增建尾水泵房，其PLC自控系统由尾水泵房的施工方负责设计、安装，也存在信号输出和兼容等问题。

3.4.2 功能完善方面

具体从以下几个方面对其进行完善：①报警及报警记录功能。当设备发生故障时，系统将在计算机、马赛克大屏幕和就地控制箱上进行报警指示。②联锁保护功能。当系统检测到局部故障后，启动相应的联锁保护程序，减小由故障造成的损失。③数据记录存储功能。对重要数据，例如工艺参数、工况、设备运行时间等进行记录、储存，以备调用。④厂级PLC管理功能。设计厂级管理终端，使系统可以及时对各处理现场的生产信息进行收集、储存、分析和加工处理，以方便领导层对生产管理作出准确的决策。它的主要功能包括：生产过程的全面查询，比如各种进、出水流量，能耗等；生产过程的分析报告、报表和图形；设备运行管理数据库；化验数据；建立与上级单位的双向连接，便于发布和获取信息。

4 结束语

综上所述，PLC系统的所有设备都符合污水处理厂日常工作的要求，并有较强的适用性。该系统不仅使运行成本降低，而且反应灵敏，准确度高，对提高污水处理的效率和相应的管理具有积极的意义。因此，可以将其广泛地应用于污水处理系统当中。

参考文献

[1]解恒久.污水处理厂PLC自动控制系统应用[J].科技与企业，2012（12）.

[2]杨学伦，吕小玥.PLC在污水处理厂控制系统中的应用[J].城市建设理论研究，2012（7）.

〔编辑：白洁〕