聶兆芬

摘 要：在污水處理廠應(yīng)用PLC自控系統(tǒng)不僅可以提高工作效率，還可以有效地提高污水處理廠的工作質(zhì)量。以某污水處理廠采用PLC自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化為例，分析了該系統(tǒng)的工作方式和應(yīng)用操作特點(diǎn)，并闡述了該系統(tǒng)安全可靠、操作簡易、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，為PLC自控系統(tǒng)在污水處理廠中進(jìn)一步推廣、應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：污水處理；PLC；設(shè)計；應(yīng)用；運(yùn)行操作

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）03-0156-02

隨著人口數(shù)量不斷上升，城市用水需求量明顯增多，產(chǎn)生的污水也在增多。傳統(tǒng)的污水處理過程不但自動化程度低、操作難度大，而且成本高、效率低。自動化技術(shù)在各行業(yè)不斷發(fā)展，污水處理廠的自動化運(yùn)作也有待提高。如何使用新技術(shù)使污水處理廠實(shí)現(xiàn)自動化是值得人們思考的問題。下面以某污水處理廠采用PLC自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化為例進(jìn)行探討。

1 污水處理PLC自控系統(tǒng)構(gòu)架

監(jiān)控系統(tǒng)上層為中央控制室內(nèi)的2臺中心監(jiān)控計算機(jī)，下層為若干現(xiàn)場可編程控制器（PLC），它們分布在污水處理廠中不同的位置，分別負(fù)責(zé)一部分設(shè)備的控制。被控制設(shè)備，比如閥門、水泵、風(fēng)機(jī)等與PLC的I/O相連，PLC通過輸入和輸出控制信號對其進(jìn)行控制量采集和控制，上位機(jī)和現(xiàn)場PLC之間則借助PLC通信網(wǎng)絡(luò)來交換數(shù)據(jù)。

某污水處理廠的自控系統(tǒng)由PLC/計算機(jī)控制管理系統(tǒng)、儀表檢測和電視監(jiān)控三部分組成。計算機(jī)控制管理系統(tǒng)遵循“集中管理、分散控制、資源共享”的原則；儀表系統(tǒng)遵循“工藝必需、先進(jìn)實(shí)用、維護(hù)簡便”的原則。全廠的自控系統(tǒng)是基于現(xiàn)代先進(jìn)控制思想的分布式——計算機(jī)控制系統(tǒng)（即集散型控制系統(tǒng)）。

2 PLC自控系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計時，選用工業(yè)環(huán)形以太網(wǎng)和冗余某網(wǎng)絡(luò)控制現(xiàn)場總線，配以某系列PLC控制站，具有較高的性價比。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)該廠的生產(chǎn)工藝，整個污水處理過程可以分為兩個控制區(qū)域，每個區(qū)域設(shè)置一套現(xiàn)場控制站。該污水處理廠工藝流程見圖1.

圖1 該污水處理廠污水處理工藝流程

2.1.1 現(xiàn)場控制站一

測控管理區(qū)域分別為粗格柵間、進(jìn)水泵站、細(xì)格柵間、旋流沉砂池、氧化溝、污泥濃縮脫水機(jī)房和生物除臭池。

2.1.2 現(xiàn)場控制站二

該控制站設(shè)在加氯加藥間，測控管理區(qū)域分別為接觸消毒池、加氯加藥間、二沉池、綜合井和污泥泵站。同時，二沉池和污泥泵站設(shè)置本分控站的3個現(xiàn)場級遠(yuǎn)程I/O站，即RIO21、RIO22和RIO23。

2.2 控制方式

該污水處理廠主要自控設(shè)備的控制方式共三種：①手動控制方式，通過就地控制箱或MCC上的按鈕實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的啟停操作；②軟手動控制方式，即遠(yuǎn)程手動控制方式，操作人員通過工作站的監(jiān)控畫面，用鼠標(biāo)或鍵盤來控制現(xiàn)場設(shè)備；③自動控制方式，由各PLC根據(jù)污水廠的工況和工藝參數(shù)來完成對設(shè)備的啟?？刂疲恍枰斯じ深A(yù)。

這三種方式的控制級別由高到低依次為手動控制、軟手動控制、自動控制。

2.3 通訊網(wǎng)絡(luò)

以太網(wǎng)通訊用于控制輸入、輸出模塊，在以太網(wǎng)鏈路上作為適配器連接分布式輸入、輸出，以消息方式在以太網(wǎng)上與其他設(shè)備通訊作為網(wǎng)橋?qū)⑾鬏數(shù)狡渌W(wǎng)絡(luò)。上、下層通信可以直接通過插在上位監(jiān)控機(jī)和各PLC中的網(wǎng)絡(luò)模塊，設(shè)置相應(yīng)的地址表，并借助簡單的內(nèi)部命令進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.4 軟件

采用Logix5000控制器編程軟件和Rsview32Works操作員站監(jiān)控組態(tài)軟件。Logix5000可在線對PLC程序進(jìn)行修改，Rsview32Works軟件可使操作員在正常監(jiān)控、操作的環(huán)境下，對上位組態(tài)、數(shù)據(jù)庫和操作員界面進(jìn)行修改。

2.5 該網(wǎng)絡(luò)控制現(xiàn)場總線

網(wǎng)絡(luò)控制現(xiàn)場總線用于對時間有苛刻要求的應(yīng)用場合的信息傳輸，它為對等通信提供實(shí)時控制和報文傳送服務(wù)。作為控制器和I/O設(shè)備之間的一條高速通信鏈路，它綜合了現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)功能。該網(wǎng)絡(luò)控制提供了簡單、高度確定而且靈活的傳輸數(shù)據(jù)方式，在執(zhí)行程序的上載/下載操作、數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控時，不會影響到I/O的控制性能。

3 該污水廠PLC自控系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)功能

PLC自控系統(tǒng)對工藝流程圖可實(shí)時顯示，可監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀況，觀察各工藝的參數(shù)；可通過調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)控；可通過在線儀表反映的工藝參數(shù)值自動控制設(shè)備運(yùn)行；可進(jìn)行配電室內(nèi)的電力監(jiān)控；可自動生成報表。

3.2 具體應(yīng)用

3.2.1 細(xì)格柵自動控制

細(xì)格柵自動控制采用的是水位差控制和時間控制。

3.2.2 進(jìn)水泵房的自動控制

通過自動累計水泵運(yùn)行時間，實(shí)現(xiàn)水泵的自動輪值，保證水泵處在最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.3 旋流沉砂池的自動控制

旋流沉砂池自動運(yùn)行時，其攪拌葉輪連續(xù)運(yùn)行，由控制系統(tǒng)定時啟動排砂過程，同時，控制砂水分離器等設(shè)備的聯(lián)動運(yùn)行。

3.2.4 氧化溝曝氣量自動控制

為了使程序達(dá)到最大程度的靈活性，要依據(jù)實(shí)際需氧量和負(fù)荷條件調(diào)節(jié)動力輸入。系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)總的充氧量。

3.2.5 污泥回流量自動控制

污泥濃縮脫水系統(tǒng)控制采用的是時間控制和手動控制。

3.2.6 加氯（藥）量控制

根據(jù)進(jìn)水流量的大小，按照比例投加的原則自動控制加氯量。同時，測定接觸消毒池出水余氯作為修正值，自動修正加氯量，這是由流量、余氯復(fù)合環(huán)控制的。

3.3 在線儀表的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

在線儀表在污水廠運(yùn)行中占據(jù)著重要的地位，對工藝調(diào)整和運(yùn)行起著指導(dǎo)作用。液位計的準(zhǔn)確關(guān)系到設(shè)備的安全，溶解氧儀的正常運(yùn)行關(guān)系到出水的水質(zhì)，因此，在線儀表的安裝位置是十分重要的。

該廠進(jìn)水泵房和污泥泵房處的2臺液位計，由于安裝的位置都過于接近進(jìn)水口，這使得顯示的數(shù)值為進(jìn)水口處的液位而非泵房內(nèi)真實(shí)的液位值。這種情況可能導(dǎo)致的后果是，如果泵房內(nèi)液位低于進(jìn)水口處液位，則顯示的數(shù)值是不真實(shí)的，容易造成“低液位時該停泵而不停泵”的情況，危害設(shè)備的安全。該廠發(fā)現(xiàn)此問題后，立即聯(lián)系廠家對儀表安裝位置進(jìn)行了調(diào)整，現(xiàn)使用情況良好。

該廠用于測量氧化溝好氧段溶解氧的DO儀，由于安裝在表曝機(jī)下游出口的導(dǎo)流墻邊，該處水流速度快，對探桿的沖擊過大，使探桿受力不均，易從中間折斷。該廠技術(shù)人員分析原因，尋找對策，最終采用增設(shè)不銹鋼內(nèi)膽的方式來增強(qiáng)探桿的強(qiáng)度，并聯(lián)系廠家對其進(jìn)行了改造。

該廠大部分儀表探頭內(nèi)有膜部件，如果日常維護(hù)不當(dāng)，使其長期處于干燥的環(huán)境中極易造成破裂，需重新更換探頭。當(dāng)遇停產(chǎn)檢修或清淤時，探頭將暴露在空氣中，而由于儀表的特定安裝方式，不便將其置于池面進(jìn)行維護(hù)。該廠在考察了相關(guān)情況后，為在線儀表量身定做了一套維護(hù)裝置.該裝置由熱熔保護(hù)筒和牽引固定繩兩部分組成，保護(hù)筒盛水后直接套于探頭外，并由牽引繩固定；不用時直接拆卸，無需移動儀表。

3.4 建議

3.4.1 設(shè)計方面

在PLC自控系統(tǒng)設(shè)計時，需考慮到今后新技術(shù)的應(yīng)用和污水處理廠的后期構(gòu)筑物增建的問題，要在現(xiàn)場控制站預(yù)留更多的信號通道。例如，該污水廠除臭系統(tǒng)為單獨(dú)設(shè)計和建造的，前期PLC系統(tǒng)設(shè)計時并未考慮到除臭系統(tǒng)的自動化控制，如果要實(shí)現(xiàn)該處的自動化控制，需在原有的現(xiàn)場控制站內(nèi)接入除臭系統(tǒng)的設(shè)備和儀表信號，并將該信號傳輸?shù)街锌厥遥惯\(yùn)行人員能夠遠(yuǎn)程操作。該廠后期增建尾水泵房，其PLC自控系統(tǒng)由尾水泵房的施工方負(fù)責(zé)設(shè)計、安裝，也存在信號輸出和兼容等問題。

3.4.2 功能完善方面

具體從以下幾個方面對其進(jìn)行完善：①報警及報警記錄功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)將在計算機(jī)、馬賽克大屏幕和就地控制箱上進(jìn)行報警指示。②聯(lián)鎖保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測到局部故障后，啟動相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)程序，減小由故障造成的損失。③數(shù)據(jù)記錄存儲功能。對重要數(shù)據(jù)，例如工藝參數(shù)、工況、設(shè)備運(yùn)行時間等進(jìn)行記錄、儲存，以備調(diào)用。④廠級PLC管理功能。設(shè)計廠級管理終端，使系統(tǒng)可以及時對各處理現(xiàn)場的生產(chǎn)信息進(jìn)行收集、儲存、分析和加工處理，以方便領(lǐng)導(dǎo)層對生產(chǎn)管理作出準(zhǔn)確的決策。它的主要功能包括：生產(chǎn)過程的全面查詢，比如各種進(jìn)、出水流量，能耗等；生產(chǎn)過程的分析報告、報表和圖形；設(shè)備運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫；化驗(yàn)數(shù)據(jù)；建立與上級單位的雙向連接，便于發(fā)布和獲取信息。

4 結(jié)束語

綜上所述，PLC系統(tǒng)的所有設(shè)備都符合污水處理廠日常工作的要求，并有較強(qiáng)的適用性。該系統(tǒng)不僅使運(yùn)行成本降低，而且反應(yīng)靈敏，準(zhǔn)確度高，對提高污水處理的效率和相應(yīng)的管理具有積極的意義。因此，可以將其廣泛地應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

[1]解恒久.污水處理廠PLC自動控制系統(tǒng)應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2012（12）.

[2]楊學(xué)倫，呂小玥.PLC在污水處理廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2012（7）.

〔編輯：白潔〕

該廠進(jìn)水泵房和污泥泵房處的2臺液位計，由于安裝的位置都過于接近進(jìn)水口，這使得顯示的數(shù)值為進(jìn)水口處的液位而非泵房內(nèi)真實(shí)的液位值。這種情況可能導(dǎo)致的后果是，如果泵房內(nèi)液位低于進(jìn)水口處液位，則顯示的數(shù)值是不真實(shí)的，容易造成“低液位時該停泵而不停泵”的情況，危害設(shè)備的安全。該廠發(fā)現(xiàn)此問題后，立即聯(lián)系廠家對儀表安裝位置進(jìn)行了調(diào)整，現(xiàn)使用情況良好。

該廠用于測量氧化溝好氧段溶解氧的DO儀，由于安裝在表曝機(jī)下游出口的導(dǎo)流墻邊，該處水流速度快，對探桿的沖擊過大，使探桿受力不均，易從中間折斷。該廠技術(shù)人員分析原因，尋找對策，最終采用增設(shè)不銹鋼內(nèi)膽的方式來增強(qiáng)探桿的強(qiáng)度，并聯(lián)系廠家對其進(jìn)行了改造。

該廠大部分儀表探頭內(nèi)有膜部件，如果日常維護(hù)不當(dāng)，使其長期處于干燥的環(huán)境中極易造成破裂，需重新更換探頭。當(dāng)遇停產(chǎn)檢修或清淤時，探頭將暴露在空氣中，而由于儀表的特定安裝方式，不便將其置于池面進(jìn)行維護(hù)。該廠在考察了相關(guān)情況后，為在線儀表量身定做了一套維護(hù)裝置.該裝置由熱熔保護(hù)筒和牽引固定繩兩部分組成，保護(hù)筒盛水后直接套于探頭外，并由牽引繩固定；不用時直接拆卸，無需移動儀表。

3.4 建議

3.4.1 設(shè)計方面

在PLC自控系統(tǒng)設(shè)計時，需考慮到今后新技術(shù)的應(yīng)用和污水處理廠的后期構(gòu)筑物增建的問題，要在現(xiàn)場控制站預(yù)留更多的信號通道。例如，該污水廠除臭系統(tǒng)為單獨(dú)設(shè)計和建造的，前期PLC系統(tǒng)設(shè)計時并未考慮到除臭系統(tǒng)的自動化控制，如果要實(shí)現(xiàn)該處的自動化控制，需在原有的現(xiàn)場控制站內(nèi)接入除臭系統(tǒng)的設(shè)備和儀表信號，并將該信號傳輸?shù)街锌厥遥惯\(yùn)行人員能夠遠(yuǎn)程操作。該廠后期增建尾水泵房，其PLC自控系統(tǒng)由尾水泵房的施工方負(fù)責(zé)設(shè)計、安裝，也存在信號輸出和兼容等問題。

3.4.2 功能完善方面

具體從以下幾個方面對其進(jìn)行完善：①報警及報警記錄功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)將在計算機(jī)、馬賽克大屏幕和就地控制箱上進(jìn)行報警指示。②聯(lián)鎖保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測到局部故障后，啟動相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)程序，減小由故障造成的損失。③數(shù)據(jù)記錄存儲功能。對重要數(shù)據(jù)，例如工藝參數(shù)、工況、設(shè)備運(yùn)行時間等進(jìn)行記錄、儲存，以備調(diào)用。④廠級PLC管理功能。設(shè)計廠級管理終端，使系統(tǒng)可以及時對各處理現(xiàn)場的生產(chǎn)信息進(jìn)行收集、儲存、分析和加工處理，以方便領(lǐng)導(dǎo)層對生產(chǎn)管理作出準(zhǔn)確的決策。它的主要功能包括：生產(chǎn)過程的全面查詢，比如各種進(jìn)、出水流量，能耗等；生產(chǎn)過程的分析報告、報表和圖形；設(shè)備運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫；化驗(yàn)數(shù)據(jù)；建立與上級單位的雙向連接，便于發(fā)布和獲取信息。

4 結(jié)束語

綜上所述，PLC系統(tǒng)的所有設(shè)備都符合污水處理廠日常工作的要求，并有較強(qiáng)的適用性。該系統(tǒng)不僅使運(yùn)行成本降低，而且反應(yīng)靈敏，準(zhǔn)確度高，對提高污水處理的效率和相應(yīng)的管理具有積極的意義。因此，可以將其廣泛地應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

[1]解恒久.污水處理廠PLC自動控制系統(tǒng)應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2012（12）.

[2]楊學(xué)倫，呂小玥.PLC在污水處理廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2012（7）.

〔編輯：白潔〕

該廠進(jìn)水泵房和污泥泵房處的2臺液位計，由于安裝的位置都過于接近進(jìn)水口，這使得顯示的數(shù)值為進(jìn)水口處的液位而非泵房內(nèi)真實(shí)的液位值。這種情況可能導(dǎo)致的后果是，如果泵房內(nèi)液位低于進(jìn)水口處液位，則顯示的數(shù)值是不真實(shí)的，容易造成“低液位時該停泵而不停泵”的情況，危害設(shè)備的安全。該廠發(fā)現(xiàn)此問題后，立即聯(lián)系廠家對儀表安裝位置進(jìn)行了調(diào)整，現(xiàn)使用情況良好。

該廠用于測量氧化溝好氧段溶解氧的DO儀，由于安裝在表曝機(jī)下游出口的導(dǎo)流墻邊，該處水流速度快，對探桿的沖擊過大，使探桿受力不均，易從中間折斷。該廠技術(shù)人員分析原因，尋找對策，最終采用增設(shè)不銹鋼內(nèi)膽的方式來增強(qiáng)探桿的強(qiáng)度，并聯(lián)系廠家對其進(jìn)行了改造。

該廠大部分儀表探頭內(nèi)有膜部件，如果日常維護(hù)不當(dāng)，使其長期處于干燥的環(huán)境中極易造成破裂，需重新更換探頭。當(dāng)遇停產(chǎn)檢修或清淤時，探頭將暴露在空氣中，而由于儀表的特定安裝方式，不便將其置于池面進(jìn)行維護(hù)。該廠在考察了相關(guān)情況后，為在線儀表量身定做了一套維護(hù)裝置.該裝置由熱熔保護(hù)筒和牽引固定繩兩部分組成，保護(hù)筒盛水后直接套于探頭外，并由牽引繩固定；不用時直接拆卸，無需移動儀表。

3.4 建議

3.4.1 設(shè)計方面

在PLC自控系統(tǒng)設(shè)計時，需考慮到今后新技術(shù)的應(yīng)用和污水處理廠的后期構(gòu)筑物增建的問題，要在現(xiàn)場控制站預(yù)留更多的信號通道。例如，該污水廠除臭系統(tǒng)為單獨(dú)設(shè)計和建造的，前期PLC系統(tǒng)設(shè)計時并未考慮到除臭系統(tǒng)的自動化控制，如果要實(shí)現(xiàn)該處的自動化控制，需在原有的現(xiàn)場控制站內(nèi)接入除臭系統(tǒng)的設(shè)備和儀表信號，并將該信號傳輸?shù)街锌厥?，使運(yùn)行人員能夠遠(yuǎn)程操作。該廠后期增建尾水泵房，其PLC自控系統(tǒng)由尾水泵房的施工方負(fù)責(zé)設(shè)計、安裝，也存在信號輸出和兼容等問題。

3.4.2 功能完善方面

具體從以下幾個方面對其進(jìn)行完善：①報警及報警記錄功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)將在計算機(jī)、馬賽克大屏幕和就地控制箱上進(jìn)行報警指示。②聯(lián)鎖保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測到局部故障后，啟動相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)程序，減小由故障造成的損失。③數(shù)據(jù)記錄存儲功能。對重要數(shù)據(jù)，例如工藝參數(shù)、工況、設(shè)備運(yùn)行時間等進(jìn)行記錄、儲存，以備調(diào)用。④廠級PLC管理功能。設(shè)計廠級管理終端，使系統(tǒng)可以及時對各處理現(xiàn)場的生產(chǎn)信息進(jìn)行收集、儲存、分析和加工處理，以方便領(lǐng)導(dǎo)層對生產(chǎn)管理作出準(zhǔn)確的決策。它的主要功能包括：生產(chǎn)過程的全面查詢，比如各種進(jìn)、出水流量，能耗等；生產(chǎn)過程的分析報告、報表和圖形；設(shè)備運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫；化驗(yàn)數(shù)據(jù)；建立與上級單位的雙向連接，便于發(fā)布和獲取信息。

4 結(jié)束語

綜上所述，PLC系統(tǒng)的所有設(shè)備都符合污水處理廠日常工作的要求，并有較強(qiáng)的適用性。該系統(tǒng)不僅使運(yùn)行成本降低，而且反應(yīng)靈敏，準(zhǔn)確度高，對提高污水處理的效率和相應(yīng)的管理具有積極的意義。因此，可以將其廣泛地應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

[1]解恒久.污水處理廠PLC自動控制系統(tǒng)應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2012（12）.

[2]楊學(xué)倫，呂小玥.PLC在污水處理廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2012（7）.

〔編輯：白潔〕