基于PLC控制的生活污水处理控制系统设计探讨

邓富文

摘 要：随着我国经济和社会的飞速发展，对环境保护工作提出了新的要求，生活污水处理作为其中重要的一环，需要对传统的手工控制过程进行有效改善，从而提高污水处理质量，提升工作效率。基于此，PLC控制技术的引入，可以有效解决这一问题。因此，文章结合作者的实践工作经验，对基于PLC控制的生活污水处理控制系统进行了设计和开发。

关键词：PLC控制；生活污水处理；控制系统；开发；上位机；下位机

引言

近几年，我国经济飞速发展的同时也带来了环境保护的巨大挑战，而在环境保护中生活污水处理又是重要的一环。随着当前城市化进程的加快，生活污水处理的需求也在逐年增加，而伴随着计算机技术和污水处理工程的发展，对生活污水处理的自动化程度也在不断提高。当前，采用先进的计算机控制技术对生活污水处理过程进行实时监控非常有必要。在生活污水的处理过程中，存在着非线性、多变量等突出问题，在传统的生活污水处理控制过程中，采用手动对常规的仪表进行控制是比较常见的现象，在人工的控制过程中，主观经验和知识占了绝对的比例。通过手工控制的生活污水处理质量显然是不稳定的，而且劳动效率很低，信息分散。根据实践发现，采用先进的控制技术对生活污水进行处理，可以有效提升生活污水的处理质量，降低污水处理的成本。基于此，文章在分析了生活污水处理系统和PLC控制关键技术基本理论的基础上，对基于PLC控制的生活污水处理控制系统的详细开发进行了探讨。

1 基于PLC控制的生活污水处理控制系统关键技术

1.1 生活污水处理系统概述

人们进行生产和生活的过程中，水是不可或缺的，经过人类的活动影响，物理和化学性质都发生着变化从而形成了污水。对于生活污水来说，其实人们在正常的生活过程中，被生活废料所污染过的水，主要包括厨房和卫生间的废水。在生活污水中，存在着泥沙、纸屑、食物残渣、粪便等无机物和有机物成分。其和工业污水相比，污染的程度较低。当前通常采用的生活污水处理工艺主要由格栅间、隔油沉淀池、调节池、事故池、A/O池、鼓风机房、二次沉淀池、混凝反应池、混凝沉淀池、综合工房、综合泵房这几个环节组成，相应的示意图如图1所示：

1.2 PLC概述

PLC是可编程序控制器的英文简称，其设计之初的理念便是用于工业现场，PLC采用着和计算机类似的基本结构，主要由中央处理器（CPU）、编程器、I/O模块以及电源等部分组成。在生活污水的处理的过程中明显带有单向运行的特征，开关量和模拟量是两种常见的控制方式。针对不同的现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流等，有相应的I/O模块与现场设备，如按钮、行程开关、传感器和控制阀等直接连接。在当前很多的应用现场，都是采用开发友好的人机界面（HMI）进行有效的人-机对话接口模块的方式来提升操作的性能。

2 基于PLC控制的生活污水处理控制系统的具体设计

2.1 控制系统的总体设计

基于PLC控制的生活污水处理控制系统的开发设计基础为PLC以及工业控制计算机。长期的实践经验发现，PLC在稳定性、可靠性以及抗干扰的能力方面是非常强，尤其在现场控制的场合中。但是PLC也有它的不足之处，便是它没有一个良好的人机交互界面，而对于工业控制计算机来说，虽然其灵活性和方便性是很好的，但是缺乏必要的抗干扰能力。因此，文章对基于PLC控制的生活污水处理控制系统的开发设计上采用的上位机、下位机结合的主从式的结构，将上位机和下位机有机的开发有机地结合在一起，综合了PLC和工业控制计算机的共同优点。文章设计的控制系统总图如图2所示：

2.2 主控PLC

主控PLC是和生活污水處理设备直接相连的，一般采用主从两个PLC的结构，一主一备。采用这种硬件冗余的结构，可以保证主PLC在出现故障的时候，不影响整个系统的处理过程。主控PLC主要完成生活污水处理底层设备现场数据的实时采集和分站控制、状态判别、本地报警以及控制等。

2.3 上位机组态

HMI也即是人机界面，其是组态之后在工业控制计算机上实时显示的监控画面，其是采用组态软件进行开发的。在人机界面中，可以完成对整个生活污水处理系统用户权限管理、系统设置、处理模式的管理、故障、事件和报警的记录和实时显示，还可以完成报表的统计功能。在HMI的设计开发中，要本着操作画面友好、风格统一、层次明确等原则进行。在上位机中，其和打印机等设备直接相连，必要时，可以对实时或者历史信息进行相应格式的打印输出等。

在本系统的开发中，采用的WinCC组态软件，作为微软和西门子联合开发的监控系统软件，是当前最常用的三大SCADA之一。与所有SCADA系统一样，WinCC是以计算机为基础的生产过程与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能，比较适合在生活污水处理系统的场合中应用。

2.4 上位机与下位机的通信

在分别设置好主控PLC以及上位机的组态后，如何实现二者的有效数据交换则是非常重要的工作。在当前应用比较广泛的工业现场中，常采用的是串口通信以及I/O卡两种实现方法。在这两种方法中，串口通信对于数据的实时性和可靠性略胜一筹，比较适合在生活污水处理的这一场合中使用。因此，基于这种原因，本系统在设计时选择了RS232通信接口来作为上位机与下位机的数据交换媒介。

3 结束语

综上所述，采用现代先进的PLC控制和工业控制计算机技术对生活污水的处理过程进行监控，相比传统的手工控制常规仪表的方法，有着一系列明显的优势。其不仅提高了污水处理质量、而且提高了工作效率，降低了劳动量。因此，作者认为，由PLC与工业控制计算机组成生活污水处理实时监控系统操作简单、易于维护，值得在当前生活污水处理系统中推广应用。

参考文献

[1]宋青，王文成.基于工业以太网多PLC的污水处理控制系统[J].自动化与仪表，2011，6：28-32.

[2]刘昌鹤.PLC自动控制系统在污水处理中的应用[J].科技信息，2011，27：174+191.

[3]张利.基于西门子PLC技术的污水处理厂控制系统设计与实现[D].西安电子科技大学，2012.