基于PLC 的滤站自动控制系统设计

南丽霞

（扬州市职业大学，扬州 225001）

随着社会的不断发展，人们的生活水平逐渐提高，用水量随之增加，产生的污水不仅会严重影响环境的稳定性，还会影响人们的正常生活[1]。在污水量不断增加的背景下，传统的滤站难以负担繁重的污水处理任务。传统的滤站多采用单一控制的工作模式，主要由继电器和接触器共同控制，由工作人员记录控制系统的运行数据，实现人工系统控制。这样的控制方式在科技不断发展的新时代显然已经较为落后[2]。因此，必须应用更为先进的污水处理技术，设计出更为出色的滤站控制系统，才能提升污水过滤工作的实用性和有效性。因此，文章基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）设计一款自动化控制系统，实现滤站运行的自动控制。

1 PLC 相关概述

1.1 PLC 的概念

PLC 是一种工业自动控制装置，具有控制功能强大、使用方便、可靠性高等优势，广泛应用于各种自动化系统。在工业领域中，PLC 主要用于储存数据、处理内部信息以及控制各种系统及生产程序。PLC 的有效应用使控制系统形成一个整体，有利于实现自动化控制[3]。PLC 主要由中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、储存器、输入输出接口、通信接口和电源等组成。其中，CPU 是PLC 的控制中心，起到类似神经中枢的作用。在每个PLC 中至少存在1 个CPU。储存器主要用于存放软件，输入输出接口是电气回路与PLC 的接口，集成PLC 的多个电路。通信接口的作用是连接PLC 与外部设备，实现数据交换和通信交换。而电源则为PLC 电路的工作提供电力。将计算机技术应用于PLC 中，能够不断扩展和完善PLC 的功能。目前，PLC 除了具有基础的顺序控制、逻辑控制功能，还具备过程控制、模拟控制、远程通信等功能[4]。

1.2 PLC 的特点

PLC 具有如下特点。第一，编程软件简单易学。PLC 的编程流程大多与继电器控制线路相关，采用如同梯形图形的呈现形式，专业人士很容易掌握和理解[5]。第二，抗干扰能力强、可靠性高。PLC 不会经常发生故障，而且故障间隔时间较长。PLC 在硬件上具有隔离、抗干扰以及滤波等优势，在软件上具备故障检测、问题诊断、系统保护等功能。第三，适应性良好。PLC 产品种类较多，大多采用模块化的硬件结构，扩展和组合较为方便，可进行联网控制，也可进行单机控制[6]。第四，功能完善。PLC 的功能较为完善，具有控制、运算、转换、计数以及处理等多项功能。第五，维护方便、操作简单。PLC 上有卡扣，可以使用螺丝刀完成不同设备与PLC 的连接，操作简单。随着PLC 的广泛应用，其功能越来越强大。带有输出输入接口、储存器的PLC 是一种综合性控制装置，功能更加丰富，全面整合了自动控制技术、计算机技术以及微电子技术。

2 基于PLC 的滤站自动控制系统设计

2.1 自动控制流程设计

污水经过过滤，过滤掉的固体垃圾被输送到滤站垃圾箱中进行进一步处理。完成滤过后的污水全部汇集在集中池中进行储存，当污水达到规定容量后将污水排出，开启滤站的污水处理工作[7]。

滤站在PLC 的控制下自动进行污水处理，全部工作流程由PLC 指挥，并实现远程监控和遥控。污水进入滤站后，通过格栅过滤掉固体垃圾，然后进入启闭机。当水位达到一定标准后启动排污泵，初步处理后的污水经过出水总管道进入滤过池。滤站的自动控制系统主要控制过滤、反洗2 个过程，其中过滤就是将污水引入过滤池，通过填充过滤材料去除杂质。过滤后的水经过水阀门进入反洗阶段。反洗是清洗滤料中杂质的程序，在此过程中关闭出水阀和入水阀，同时打开反洗阀和排污阀，通过反洗去除水中的杂质，最后通过排污阀门排出废水[8]。

2.2 硬件系统设计

电气控制系统由多个部件组成，其中PLC 选择常规型号的CPU，并配备有数字输出模块、数字输入模块、模拟输出模块、模拟输入模块等。蝶阀、离心泵则采用接触器进行开关控制，并使用继电器、断路器进行过载保护和短路保护。控制手段分为就地控制和远程控制2 种。其中：就地控制指在现场按下启动、暂停按钮，以此切换启动和暂停状态，此时PLC输出的信号无效[9]；远程控制指采用PLC 控制启动、停止状态，此时使用现场控制箱控制启动、停止无效。滤头、液位传感器以及压力传感器主要通过电流模式进行转换，将信号传输到PLC 中，以采集信号。调节阀同样采用电流模式进行输出控制。

2.3 软件系统设计

2.3.1 过滤程序设计

根据滤站自动控制系统的相关控制要求，设计如下过滤自动控制流程。启动滤站自动控制系统的过滤过程，系统判定电机、阀门是否处于远程控制状态，同时判定滤头、液位是否存在报警情况。若符合系统的运行条件，则打开滤站的进水阀，关闭反洗阀和排污阀。通过控制出水阀的开度来控制水位的液位，具体的流程如下。首先，设置出水阀以每秒1.5%的增量开启，进行污水处理工作，直至污水水位达到65%[10]。其次，将出水阀按照每秒0.15%的增量关闭，等待污水水位达到设定值的95%，若没有到达标准，则按照每秒0.15%的速度关闭调节阀，直至污水水位达到95%。最后，当污水水位达到95%后，开启污水过滤比例-积分-微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）调节，以此保持水位恒定。完成上述程序后，结束自动控制系统的运行。具体过滤流程如图1 所示。

图1 自动过滤流程图

2.3.2 反洗程序设计

根据滤站自动控制系统，设计反洗程序，具体流程如下。在确定反洗操作现场无特殊情况后，选择需要反洗的滤池，开启反洗流程。开启反洗启动按钮，系统自动判断电机、阀门是否处于远程控制状态，观察是否有报警，同时判断液体位是否有报警，若符合程序的运行条件，则进入下一步程序。下一步程序包括2 个子程序。第一，打开高位水箱的进水系统，观察高位水箱的液体位置是否达到基本设定值，并进行实时监控。当液位达到设定值后，自行关闭高位水箱进水系统[11]。第二，关闭进水阀、反洗阀和排污阀，保持出水阀开度不变。在此条件下，将滤池中的污染水过滤完毕，即可准备进行反洗。当高位水箱液体位达到原本设定值后，系统打开反洗阀，关闭出水阀和进水阀，再打开排污阀，并观察反洗时间是否达到设定值。达到设定值后，关闭反洗阀、出水阀和排污阀，并打开进水阀，以此结束反洗流程[12]。具体反洗流程如图2 所示。

反洗过程中首先要注意设备的安装方向，设备之间的距离不应小于15 cm。其次，要定期清洗滤芯杂质。在运行过程中滤芯会堆积杂质，杂质过多会影响废水处理效率。再次，要定期检查并更换容易损坏的零部件，并始终保持机器处于干燥清洁状态，避免出现意外情况。最后，需要按照额定功率进行使用，不得随意调节功率。

3 应用实例分析

某滤站位于我国平原地区，主要用于处理污水，提高水质。在该滤站中应用文章设计的PLC 自动控制系统。该系统稳定性高、性能优越，具有牢固的结构、强大的功能和优秀的耐腐蚀性能、耐震性能，更换各种零件设施较为方便，能很好地适应恶劣环境，优势明显。通过网络电缆，将现场滤站与PLC 自动控制系统进行整合，连接后开始实施过滤污水工作。

该滤站基于PLC 自动控制系统的工作流程如下。第一，过滤。在恒水位过滤过程中，采用PID 功能块来控制调节阀。每格滤池均有水位检测仪与水头损失传感器，目的是控制单格滤池恒水位过滤及气水反冲。第二，滤池反冲洗。关闭待冲洗滤格的进水阀，全开出水阀，待滤格水位下降到设定值时关闭出水阀，打开排污阀，启动鼓风机，开气冲阀开始气冲。5 min 后打开冲洗水泵，开始气水混合冲。气水混合冲4 min后，关气冲阀，停鼓风机，开放空排气阀，进行全水洗。然后关闭冲洗水阀，停止冲洗水泵，关闭排污阀，打开进水阀。清水出水阀的开闭由水位信号控制，水位到达设定值后，开始恒水位过滤。

4 结语

传统的滤站污水过滤过程多由人工控制，工作效率较低，在监控方面有所欠缺。在滤站中应用PLC自动控制系统，实现了滤站的自动化控制，降低了滤站的日常运行成本，减少了人工支出、能源支出，为滤站的稳定、安全运行提供了保障。