唐如龍

（南華大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院，湖南衡陽421001）

基于PLC的污水控制系統(tǒng)設計

唐如龍

（南華大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院，湖南衡陽421001）

為了提高污水處理效率，解決當前的水資源污染問題。設計了PLC控制的污水控制系統(tǒng)，對目前我國在污水處理系統(tǒng)化方面存在的問題，利用先進的控制技術，實現(xiàn)對污水處理系統(tǒng)的自動控制。把此技術用于污水控制系統(tǒng)中，不僅可以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能進一步提高污水處理效率，從而改善水資源。

PLC；污水控制系統(tǒng)；設計

水是生命的源泉，是生命存在和經(jīng)濟發(fā)展的必要條件，但我國的水資源現(xiàn)狀卻不容樂觀[1]。此外，一些現(xiàn)代企業(yè)對水資源的保護不加以重視，因此也導致一些水資源造成了污染，使原本稀缺的水資源面臨更加艱難的境地，這些無疑構(gòu)成了我國未來經(jīng)濟發(fā)展道路上的一大絆腳石[2]。而如今，不少企業(yè)開始著力于污水的治理，應和國家提出的環(huán)境保護的方針，不僅加大污水治理的力度，且對治理的工藝予以更高的要求。就目前技術來說，采用基于PLC控制的污水處理系統(tǒng)無疑是個較好的方式，這種方法，不僅能夠?qū)ξ鬯M行治理，節(jié)約水資源，且能通過水的治理來降低企業(yè)的成本，從而為企業(yè)未來的發(fā)展積蓄更多的動力。

1 污水處理系統(tǒng)

1.1 常用的污水控制技術

（1）A2/O法。為生物脫氮除磷方法，在脫氮除磷方面，為應用較廣泛的工藝方法。A2其中一個A代表Anaerobic（厭氧的），另外一個A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的），工藝流程如圖1所示。A2/O是一種厭氧—缺氧—好氧工業(yè)污水處理工藝。該方法除磷脫氮的效果較好，適用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。

圖1 A2/O法工藝流程圖

（2）AB法。該方法為吸附生物降解法。對于高濃度的工業(yè)污水處理，該方法有較高的節(jié)能效益，適用性較高。但是此方法在高負荷段以生物絮凝吸附為主，在反應過程中產(chǎn)生污泥較多，所以還要添加對高負荷段中反應物的處理，從而增加了污水處理的成本。

（3）SBR法。SBR法是歇式活性污泥法，又稱序批式活性污泥法。該方法的反應原理和與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，不同的只是運行操作方式。

1.2 污水控制系統(tǒng)總體架構(gòu)設計

本研究污水處理系統(tǒng)的工藝流程分為兩道工序，分別為濾水工序和反洗工序。濾水的工藝，實質(zhì)上是指將進水閥和出水閥同時開啟，并在中間安置磁濾器的磁鐵，在污水流入出水閥的過程中，雜質(zhì)被磁鐵吸附，故而流出為凈化水。

濾水一段時間后，磁濾器的磁鐵上已經(jīng)吸附了相當多的污水雜質(zhì)，此時必須清洗這些雜質(zhì)，該過程為反洗工序。進行該工序時需要切斷磁濾器的電源，關閉進水閥和出水閥，同時打開排污閥和壓縮空氣閥，壓縮空氣會把水推入磁濾器中，可以沖洗掉磁鐵上的雜質(zhì)，而此過程中產(chǎn)生的污水會流入污水池，等待二次處理。與濾水工序不同的是，反洗工序同一時間內(nèi)只能有一組機組運行，當1號機組反洗時，若2號機組也需要反洗，那么2號機組要等待1號反洗結(jié)束之后才可以進入反洗工序；當兩臺機組同時需要進入反洗工序時，那么1號機組優(yōu)先反洗。

這種系統(tǒng)當中，機組的官道上應被裝上壓差檢測儀表，在其發(fā)出相關信號時，系統(tǒng)便會停止當前工藝的進行并自動開啟另一項工藝，從而保證濾水工藝能夠正常運行。在這期間，利用PLC控制端來接收一些外界信號，一旦顯示信號有誤，便會自動停止以等待接下來的維修。而這一過程，也很大程度上提升了系統(tǒng)的安全性。

根據(jù)以上工藝要求和控制任務，可以設計系統(tǒng)的順序功能圖如圖2所示。

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圖2 污水處理的控制系統(tǒng)順序功能圖

1.3 系統(tǒng)控制形式

PLC系統(tǒng)起初是上個世紀六十年代由美國推出的，它以一種可編程邏輯控制器全然取代了傳統(tǒng)的裝置[4]。由于PLC系統(tǒng)內(nèi)置污水處理系統(tǒng)，因而能夠?qū)崿F(xiàn)通過網(wǎng)絡來對處理過程進行監(jiān)控。此外，這種程序開發(fā)周期短，易維護，且升級方便?？傮w上來看，不論是操作簡易性上，還是擴展能力上，PLC系統(tǒng)都有較為明顯的優(yōu)勢。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種基于現(xiàn)場總線的實時網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，它能按照規(guī)范的通信協(xié)議，通過自動化控制，實現(xiàn)現(xiàn)場控制裝置與現(xiàn)場智能儀表的互連，從而實現(xiàn)設備之間、設備與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸和交換。該系統(tǒng)綜合成本和安裝費用比其他控制系統(tǒng)少很多，具有較高的性價比，而且在使用過程中可以使用網(wǎng)絡上豐富的資源，不僅能實時傳輸，而且不同產(chǎn)品可互連。

1.4 功能設計

就污水處理系統(tǒng)的目的來說，主要是污水得到凈化，實現(xiàn)再次利用的功效。對比多重控制形式，在處理系統(tǒng)里加入PLC核心控制器更加可行，這種方式不但能夠?qū)崿F(xiàn)污水的處理，且能節(jié)約一定的成本。

就污水處理系統(tǒng)的優(yōu)勢來說，它不僅僅秉承著化繁為簡的理念，將繁瑣的設計過程化為相對簡單的方式，且能以更多的功能呈現(xiàn)在用戶面前，如對系統(tǒng)進行一種實時監(jiān)視等[5]。

系統(tǒng)對信號輸入的控制主要表現(xiàn)在對信號輸入的檢測，檢測可分為四部分內(nèi)容。其中按鈕輸入檢測多為人工控制；液位差輸入檢測用來啟動和停止清污機；液位高低輸入檢測；含氧量輸入檢測是要維持污水中的溶解氧含量，這部分檢測是通過控制曝氣機的轉(zhuǎn)速信號來完成的，PLC對其的控制是通過溶解氧儀反饋的檢測值實現(xiàn)。前三種信號輸入檢測均為數(shù)字量輸入，而含氧量輸入檢測為模擬量輸入。

系統(tǒng)對控制輸出信號的控制表現(xiàn)為數(shù)字量輸出和模擬量輸出。其中前者控制的是各類儀器和設備，主要控制的是這些儀器和設備的接觸器，包括儀器和設備的啟動和停止。模擬量輸出主要是通過控制曝氣機變頻器實現(xiàn)的，最終目的是要控制污水中的含氧量，PLC對其的控制表現(xiàn)在控制變頻器的輸出頻率，從而對曝氣機的轉(zhuǎn)速進行有效控制，最終達到對模擬量輸出的控制。

2 調(diào)試和運行

在調(diào)試和運行環(huán)節(jié)，應該在污水處理系統(tǒng)的設計完成之后便開展，通過這種調(diào)試，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題，并及時處理。

首先，要對硬件進行調(diào)試。在將各硬件拼接完成之后，檢查供電和電氣控制是否正常，能否正常打開和關閉閥門。此外，還要對儀表等硬件進行檢查，在確認所有硬件都沒有問題的情況下才能定義為調(diào)試結(jié)果正常。

接下來是對軟件進行調(diào)試。軟件調(diào)試的過程當中，是在PLC中運行編好的程序中進行的，且要將每一個子程序進行調(diào)試，把運行得出的結(jié)果同預期中的來作對比，再開展相應的舉措。此外，調(diào)試還可以根據(jù)各類程序的功能差異來進行分類，在進行分別的調(diào)試結(jié)束之后，匯總到一起來進行總體的調(diào)試。

對該污水處理系統(tǒng)調(diào)試的結(jié)果顯示：硬件配置正常，不但能夠滿足運行的需要，且能發(fā)揮PLC的控制作用。各個模塊在調(diào)試的過程中，也能對相應功能實現(xiàn)一定的控制，與此同時，也一定程度上實現(xiàn)了污水處理系統(tǒng)的功效。

該系統(tǒng)的特點主要是采用PLC作為控制器，減少了系統(tǒng)的復雜度，增加了可靠性。投入使用后大大降低了維護成本。

3 結(jié)束語

該污水控制系統(tǒng)采用PLC作為控制器，不僅其結(jié)構(gòu)更簡單，而且可靠性高。系統(tǒng)設計了自診斷程序，使系統(tǒng)帶有一定的自診斷功能，在系統(tǒng)出故障時會警報并立即停機，減少了機器損毀的可能性，而且能保證系統(tǒng)工作能夠穩(wěn)定和可靠的進行。而且本文在反洗工序中采用了延時和互鎖的算法，有效解決了兩組機組在反洗工序中的競爭問題。

[1]崔曉英.污水再利用是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的有效途徑[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014（2）：28-30.

[2]陳龍.基于PLC的煤礦污水處理自動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].青島：山東科技大學，2013.

[3]黃杭昌.基于PLC的軟水處理控制系統(tǒng)改造的設計[J].自動化技術與應用，2004，24（4）：31-32.

[4]張海斌，童勝.淺談V型濾池的工藝設計[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2009（1）：24-26.

[5]楊豐.PLC在反滲透工藝控鑰系統(tǒng)中的應用[J].黑龍江自動化技術與應用，1999，18（2）：32-33.

Design of Sewage ControlSystem Based on PLC

TANG Ru-long
（School of Innovation and Entrepreneurship，University of South China，Hengyang Hunan 421001，China）

In order to improve the efficiency of sewage treatment，to solve the current problem of water pollution. The PLC control of the sewage control system is designed，and the problems existing in the sewage treatment system in our country are analyzed.The advanced control technology is used to realize the automatic control of the wastewater treatment system.It can not only enhance the stability of the system,but also improve the efficiency of wastewater treatment，so as to improve the water resources.

PLC；sewage control system；design

X703

A

1672-545X（2017）04-0031-03

2017-01-10

唐如龍（1979-），男，湖南衡陽人，實驗師，碩士，主要從事電子技術理論和工程實踐教育的研究。