基于PLC的智能污水处理控制系统设计

李 宁 靳 娜

（江苏联合职业技术学院盐城生物工程分院，江苏 盐城 224000）

近年来，国内各个领域的建设都取得了卓越成效，但也产生了大量工业与生活污水，对生态环境与经济发展产生了不良影响。为解决生活污水处理方面的问题，各个地区都设立了一定数量的污水处理厂，但由于自动化水平较低，即使在处理过程中投入了大量人力资源，也难以保证处理效率。同时，也有部分污水处理系统稳定性不达标，低效现象普遍存在。因此，要对当前的污水处理与控制系统进行升级，增强其稳定性、提高处理效率，这是一项短期内需要完成的任务。本文在综合考虑各方面因素的基础上，构建了基于PLC的智能污水处理控制系统，既能够保证不同站点之间进行实时通讯，也可以实现对系统控制过程的动态化、持续化、实时化监控。

1 污水处理系统总体方案设计

按照系统控制要求，控制系统处理污水过程主要涉及3个环节：预处理环节、生化反应环节、污泥处理环节。本设计运用分布式控制系统，总体设计方案如图1所示。

结合污水处理需求，本次设计的控制系统主要由3 部分构成：PLC 主站；PLC 从站；上位机控制。其中，上位机的主要功能是实时监控处理系统的运行情况。PLC 控制主站通过PROFIBUS-DP 网络与各从站保持稳定持续的通信关系，PLC 主站通过PROFINET 网络和操作员站、工程师站保持良好联系，依托上位机的强大监控功能确保系统一直保持稳定安全的运行状态。

操作员站能够利用WinCC 监控软件对系统的实际运行状态进行实时高效地监控，支持人机对话，可以在第一时间发现异常，快速调控现场设备，保证各个设备运行正常。

2 污水处理控制系统硬件设计

2.1 流量检测回路设计

在污水处理过程中，每个环节都应进行流量检测，根据检测结果推算每日污水处理量，由此确定各流程水量，同时根据检测结果推测有无漏水现象。

在污水处理的每个环节都配备了专门的流量检测回路，通过一体化电磁流量计将其接收到的电流信号快速传输至隔离器，再将4～20mA 电流信号快速传输至ET200M 的模拟量输入模块，FIQ-101 回路输入接线原理如图2所示。

图2 FIQ-101回路输入接线图

2.2 液位检测控制回路设计

实施液位检测既有助于工作人员随时掌握各水池的液位情况，也能自动调控进水。超声波液位传感器能够准确快速地测定不同时间节点对应的液位，并将其接收到的信息传输至ET200M 的模拟量输入模块。PLC 在运行过程中，可根据设定值实时调控泵的启停状态，以此实现对液位的精准调节，构建成熟有效的闭环控制体系，实现对水量的智能控制。无论是现场显示器，还是上位机，均能够实时显示最新液位值。LIA-101 回路接线原理如图3所示。

图3 LIA-101回路PLC输入接线原理图

2.3 SBR 生化池溶解氧检测控制回路设计

根据SBR 反应池的运行原理设计两路检测控制回路，本设计选用当前应用比较广泛的模糊自适应PID 的控制策略。溶解氧传感器能够将其测定的溶解氧浓度信号快速传输到变送器，经处理后的电流信号利用隔离器传输至ET200M 的模拟量输入模块。PLC 能够按照获取到的溶解氧浓度数据查表并将结果实时传输至G120 变频器，完成对风机运行状态的合理调控，保证溶解氧浓度符合要求。AIC-206 回路的输入原理如图4所示。

图4 AIC-206回路PLC输入原理图

3 污水处理自控系统软件实现

3.1 粗格栅控制方案设计

污水进厂后流经粗格栅，截留尺寸较大的杂质。同时，安装1 台格栅除污机，在粗格栅两侧分别配备一个液位差传感器，若截留了大量的固体物，出水量势必会明显降低，在液位差升高至预设值时，格栅除污机运行，快速清除已截留的大块杂质。控制流程如图5所示。

图5 粗格栅控制流程图

3.2 细格栅控制方案设计

经粗格栅处理后的污水通过提升泵被输送至细格栅，它可以截留小粒径的污染物，其运行原理和粗格栅相似。细格栅的两侧均配备了1 台液位差传感器，如果截留了大量的污染物，出水量锐减，液位差明显升高，在升高至预设值时，格栅除污机运行，快速清除已截留的较大块杂质，清除后的污染物被集中运输至压榨机做进一步压榨处理。细格栅的污水处理流程如图6所示。

图6 细格栅污水处理流程图

3.3 污泥脱水控制方案设计

沉淀后的污泥利用污泥泵传输至污泥池，此池内需配备专门的污泥浓度传感器和液位传感器，如果液位传感器在运行过程中检测到污泥池的液位升高至预设值，需立即开启浓缩机，以此对污泥进行浓缩处理，再将其排入均质池，石灰加药系统能够结合污泥浓度的高低决定是否需要进行加药处理，之后借助低压进泥螺杆泵将污泥传送至隔膜式压榨机进行脱水处理。污泥脱水处理流程如图7所示。

图7 污泥脱水处理流程图

4 结语

为实现对生活污水的高效处理，本文在借鉴前人研究成果的基础上根据个人知识及工作经验的积累构建了基于S7-300PLC 的污水处理控制系统，明确了控制内容及控制要求，制定了系统总体控制方案。本文设计的智能污水处理控制系统，能够实时监控设备运行状态，对上位机及下位机能进行远程通讯，实现了污水处理智能化。