基于PLC在污水处理厂自动控制的运用

天津市中环系统工程有限责任公司 沈毅铨

水资源是人类赖以生存的基础，在城市化进程愈发加快的背景下，工业行业快速发展，环境污染愈发严重，而其中水资源问题较为突出。对于城市而言，水污染的产生多来自于工业污水，其中含有大量化学物质，既影响生态环境，又威胁民众身体健康，污水处理成为提高人们生活质量和幸福程度的重要工作。而污水处理难度较大、工序较多，期间需要耗费大量人力、财力、物力，单纯的人工及仪表控制无法高效率处理大量污水，且最终工作质量也不高。因此，污水处理厂引进先进仪器设备以提升污水处理效率势在必行。本文以PLC自动控制为突破口，分析PLC在污水处理厂自动控制中的应用，以期为污水处理质量的提升提供资料参考。

时代发展背景下，城镇人口数量显著增加，带来的问题也愈发多元，其中最为突出的就是污水处理问题。尽管我国重视污水处理，且在城市设置了专门的污水处理厂，引用了多种方式方法用以提升处理效率及质量，但是效果却终不尽如人意[1]。而且在污水排放量增加的背景下，相关工作人员工作量增加，高强度的工作难以保证污水处理质量。对此，污水处理厂将PLC技术应用于污水处理中，通过该技术实现设备的自动控制，最大程度节省人力物力，既减轻了人员工作量，也提升了污水处理质量[2]。

1 污水处理流程

1.1 污水三级处理

污水处理要有三大流程，被称为三级处理[3]。首先，一级处理，就是通过多种物理方法去除污水中的固态污染源，坚决避免工厂等将污水直接排放至生态环境中。其次，二级处理，就是处理污水中存在的溶解状态污染物或胶体污染物，保证污水满足国家规定的排放标准，在此过程中污染物已基本得到完全去除。最后，三级处理，污水的三级处理最主要目的就是处理无污水中氮磷为主的无机物及有机物等难降解污染物。

1.2 污水处理顺序

污水处理有固定的顺序，首先是通过污水池对污水进行收集，在收集工作完成后使用格栅电机处理污水，用以过滤污水中的颗粒固体及漂浮物。其次，将处理完的污水输送至于曝气池，通过这一步骤予以沉积处理。然后所得的污水通过离心泵将水运送至生物接触氧化池，在此池中进行氧化处理，去除内部污染物，此步骤可实现污染物的彻底清除，后可得到清液和污泥两种物质，最后将清液输送至斜管沉积池，污泥则运送到脱水机，污泥在经过化学处理后会迅速凝结，后经脱干处理并予以消毒后，便可完成污水处理工作[4]。

2 污水自动控制系统设计原则

2.1 可靠性

有效处理污水是保证城市正常运行的重要步骤，也是维持民众正常用水的重点。设计污水自动控制系统时必须首先确保系统可以在复杂环境下长期稳定运行，具备可靠性，保证民众健康用水，为用水安全提供保障。

2.2 经济性

在设计自动处理系统时相关工作者必须在考虑设备使用价值的同时考虑成本问题，体现经济性。在方案设计时优先选择性价比高的方案，而在设备采购时则要从多方进行考虑，既要考虑性能，也要考虑价格。

2.3 成熟性

所谓成熟性，就是保证设备可长期运行，在进行设计时，相关人员可运用先进设计理念根据污水处理厂及城市发展实际设计出便捷系统。同时安装先进感应装置，以便在之后运行过程中出现问题可及时发现、准确修理，避免意外事件发生，保证设备安全稳定运行[5]。

3 PLC控制系统组成要素及应用优势

3.1 构成要素

3.1.1 软件构成

可编程控制器是污水处理自动控制必不可少的软件一般选择Wondware软件完成程序编辑、编译等各项操作。这一软件优势明显，开发环境优良且通信功能强大，能够实现系统数据的多途径实时传输，在PLC系统设计中作用良好。PLC结构框图如图1所示。

图1 PLC结构框图Fig.1 PLC structure block diagram

3.1.2 硬件构成

PLC主要由中央处理单元、存储器、输入输出单元以及电源和编程器等部分组成（如图2所示）。一般情况下PLC自动控制系统有两大层级，分别为监测器和控制系统[6]。(1)监测层级。该部分主要构成要素为打印机、工控机，此类构件能够实现工作人员对于污水处理厂的实时监控，同时可以实行运行数据的实时传输和打印，为人员各项污水处理工作的实施提供指导，充分了解污水处理厂各项设施的工作状态及运行情况，通过数据制定出最佳的污水处理计划和优化方案；(2)控制层级。此部分主要是可编程控制器。无论是鼓风机房、污泥泵房还是进水泵房、处理车间，各污水处理环节均装备控制装置可实现污水处理各环节的自动化控制。硬件构成是PLC自动控制系统在污水处理工作中的最主要构成要素，故而需要工作人员充分掌握硬件构成，保障自动控制系统的平稳运行。

图2 PLC硬件结构Fig.2 PLC hardware structure

3.2 应用优势

在污水处理工作中运用PLC自动控制系统可以最大程度减轻人员工作量和工作强度，提升污水处理质量。另外，在实际处理污水的过程中通过自控系统能够对各个环节予以及时监控，同时实现数据的实时传输，并在故障发生时自动发出警报。从控制方式上来说，人员在程序设计时可将自动控制系统分为中心控制、站点控制两大类型。这两种系统能够自动选择运行设备，充分满足各状态下的污水处理需求。实时监视系统有效监控各个处理流程，这对于及时处理现场参数、准确了解设备运行状态有关键作用。

4 污水处理中PLC控制系统的应用

4.1 细格栅装置的自动控制

使用细格栅装置过滤污水漂浮物和颗粒物是污水处理的第一环节，在此环节中使用PLC自动控制系统能够实现水位差、处理时间等的合理控制，提升细格栅装置运行质量，实时监控过滤流程并予以控制系统。在设施自动启动下，输送机、脱水机会在指令驱动下按照污水处理需求自动运转，有序处理污泥[7]。需要注意的是，在细格栅停止运转后不能立刻停止输送机及脱水机，这样会造成污水处理完整性受损。另外，处理各项管理工作也可以通过自动控制系统完成，自动收集运行过程中的各项数据并予以分析，同时按照现场状况，以数据为依托进行合理的管理操作，落实各项管理措施，其中包括运行时间调整、水位查设定等，对于提高运行效率和管理质量均能起到积极作用。

4.2 泵房自动控制

在进水泵房环节使用PLC自动化控制系统能够更大程度上提高污水处理效率，充分发挥水泵房性能，保证进水量、进水速度等更好满足污水处理需求，达到更好更佳污水处理效果。自动控制流程在进水泵装置中的最主要作用是对于水位置的自动测定，按照所测得的数据自动进行各项进水操作。若检测到进水泵房水位升高且已达到可处理量时，PLC自动控制系统自动设置水泵运行时间，开始水泵房装置运作，过程中合理控制启动顺序，保证污水处理质量，同时保障各个装置运行良好。若监测到水位降低，则表明进水环节完成，自动控制系统将停止控制按钮。在自动控制系统运作下可自动记录运行时间，使水泵按照所记录时间自动轮值，在保证水泵装置状态良好的前提下最大程度发挥水泵作用。另外，在进水泵房工作过程中自动运行数据可能检测到水位降至最低保护线的情况，此时，PRC也将停止装置运行，人员要重新对水位值予以设定。总而言之，水泵控制中的自动控制系统运用能够自动执行一系列操作，提升水量控制的有效性，提高处理自动化程度。

4.3 沉砂池自动控制

沉砂池是执行污水沉淀的场所，在此过程中将自动控制系统运用其中能够按照污水处理需求定时启动排砂装置，高效完成污水处理工作，减少甚至避免沉砂堆积致死的搅拌叶轮运行不畅。不仅如此，自动控制系统还将贯穿于污水沉积的各个环节，全面提升自控效果。以泥沙沉积装置为例，自动控制系统的运用能够控制排沙泵、冲洗水以及沉砂池等，针对性控制各环节运行状态，保证装置按实际污水处理需求运作，最大程度提升污水处理质量。

4.4 氧化沟曝气量的自动控制

在污水处理时需要在各环节中按需求输入氧气，这一环节直接影响最终污水处理成效。因此将自动控制系统运用至氧化沟曝气量控制中可以提升氧气输入的灵活性。自动控制系统可按污水处理需求对氧气输入量予以严格控制，在满足系统负荷的情况下达到最佳污水处理效果。PLC自动系统在此环节中的运用就是通过自动控制技术合理控制曝气及运转速度，满足污水处理环节中的氧气需求[8]。信息收集过程中，自动控制系统可检测到污水处理中的氧气需求量，在科学分析数据后通过装置转速自动调节氧气进量，保证污水处理的高质量完成。不仅如此，自动控制系统的运用还能够最大程度节约资源，这是因为自动控制系统严格按照所检测的信息供给氧气，使得充氧量与实际需求量相符合，减少了资源浪费。

4.5 污泥回流量的自动控制

在污泥量控制中合理使用污泥脱水系统能够更好完成污水处理作业，保证污泥处理质量。而在脱水系统中运用PLC自动控制系统可通过主动控制、时间控制等途径自动控制污泥回流量，通过回流量控制水平的提升达到最佳污水处理效果。在接到控制指令后各污水处理设备将按顺序依次启动，而在监测到内部存在系统故障时自动控制系统也将立刻停止运行，此时相关工作人员需要对问题加以检查和处理。

5 结语

实现绿色可持续发展是我国现阶段重要战略目标，污水处理就是其中最为关键的问题之一。在污水处理环节使用PLC自动控制技术能够有效提升污水处理自动化程度，在提高污水处理效率的同时减少人员工作量，减少污水处理厂成本。而在科学技术不断推动下，PLC自动控制技术也将不断得到迭代更新，更好完成污水处理工作。

引用

[1] 陈盈,董金治,吴郑垚,等.自动化控制系统在污水处理厂的应用[J].科技创新与应用,2021,11(20):170-172.

[2] 安思恒.西门子PLC控制系统在污水处理控制中的应用[J].现代物业(中旬刊),2019(03):58.

[3] 贺萍,刘颖,席国赟.改良型AAO+D型滤池三级处理工艺在污水处理高排放标准下的应用[J].净水技术,2021,40(S2):28-31.

[3] 刘晓悦,王泰达,王兴楠,等.基于工业物联网的污水处理厂远程监控技术研究[J].电气传动,2020,50(11):60-64+71.

[4] 徐浩东,邱雁,田强,等.工业园区污水处理厂工艺流程及主要参数设计[J].化工设计通讯,2021,47(08):88-89+94.

[5] 白雪宁.基于分布式控制的污水处理自动控制系统设计[J].电子设计工程,2020,28(23):5.

[6] 叶彩霞.基于PLC与WinCC的污水处理监控系统设计研究[J].科技经济导刊,2020,28(05):105.

[7] 成家佳.基于PLC的污水处理控制系统设计和应用[J].决策探索(中),2020(11):96.

[8] 林鹏.基于IPC+PLC的集散控制系统在污水处理控制中的应用[J].机电信息,2019(15):124-127.