【摘 要】当前，环境保护是人们关注的热点问题，而污水处理是环境保护中的一项重要工作，对其自动化控制系统的设计展开研究具有十分重要的意义。本文详细介绍了污水处理系统，并对PLC在污水处理自动化控制系统中的应用进行了分析，为有关需要提供参考借鉴。
【关键词】PLC；污水处理；自动化控制系统
0 引言
随着我国社会经济的快速发展以及工业化进程的不断加快，环境污染问题日益突出，环境保护越来越受人们重视。在环境保护中，保护水资源是其中的一项重要的内容，而污水处理作为最有效、最直接的水资源保护措施，对其进行研究具有重要的现实意义。在传统的污水处理系统中，多采用手动操作与人工经验来进行控制，这种方式存在着运行效率低、处理效果不理想等问题。对此，应用PLC设计污水处理自动化控制系统，提高污水处理的质量和效率十分必要。
1 污水处理系统介绍
1.1 常用的污水处理工艺
污水处理现在被广泛应用于建筑、工业、能源、环保等各个领域，是为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其净化的一个过程，本文涉及的污水处理主要是对工业污水的处理。工业污水处理按照作用原理，主要处理方法有四种，为物理法、化学法、物理化学法和生物法。在这四种方法中，利用率最高的为生物法，由于污水处理工艺复杂，一种方法往往不能满足污水处理的需要，所以在处理过程中还会加以物理法和化学法。其常用工艺有以下几种:
(1)传统活性污泥法。又称为活性污泥法，该方法常用于活性污泥废水生物处理系统，是一种较传统的方式，其关键组成部分为曝气池和沉淀池，工艺流程图如图1所示。该方法的主要机理是微生物代谢，沉淀池容量较小，投入成本自然较低，而且通过微生物的代谢和繁殖，能有效地降低污水中有机物的含量。但是该方法也有着不可忽视的缺点:曝气池进水有机物负荷不能过高，所以需要曝气池有较大的容积，导致基建费用较高；运行效果取决于进水水质、水量的变化。
(2)A/O法。也被称为厌氧好氧工艺法。其中的A指的是厌氧部分，O指的是好氧部分，该方法是基于第一种方法发展的，在去除污水中的有机物之外，还可以有效去除污水中的氮和磷，较之活性污泥处理工艺，可以显著提高污水的可利用率。该工艺流程简单，在反应中形成了反硝化和硝化的内循环，能有效处理污水中的氮。但是此系统对管理要求较高。
1.2 污水处理系统
在滤水工艺中，打开进水阀和出水阀后，污水进入，流经通电的磁滤器线圈时，污水中的杂质会被吸附在磁滤器的磁铁上，则净化水通过出水阀流出。两台机组的滤水工序，可以同时进行，也可单独运行。
在该系统中，需要再机组的官道上都安装压差检测仪表，当仪表发出压差高的信号时，系统会立即停止滤水工艺的进行，并自动启用反洗工艺，这就能保证滤水工艺能安全运行。同时我们利用PLC控制端，接收机组外部部件的接通信号，一旦控制端显示信号不正常，系统工作也会立即停止，等待检修，这就增加了系统的可靠性。
1.3 控制形式
在我国刚引进污水处理技术时，采用的控制系统为继电器—接触器控制，但是随着工业技术的发展，污水排放量的增多以及污水中杂质的多样性，以往的系统控制方法已经不能满足污水处理需要，所以之前的控制系统开始被逐步淘汰，现如今利用率较高的控制系统可分为以下几大类:
分散控制系统，该系统又称为DCS系统，国内又称之为集散控制系统，它是一个计算机系统，由计算机、信号处理、控制技术和通信网络等技术综合组成。该系统通过网络将现场控制站、通讯系统、控制站、机柜等连接起来，提供开放数据接口，从而实现分散控制和集中操作的功能，可以分散系统的危险性，提高系统的安全性。
PLC系统是从20世纪60年代开始由美国推出的，是可编程逻辑控制器，它已经取代了传统的继电器控制装置。基于PLC系统的污水处理系统，不仅能完成对控制系统的基本要求，还可以通过网络连接PLC对处理过程进行实时监控。该系统编程方便，开发周期短，容易维护，而且可联网，方便升级。总体来说，该系统通用性强、操作简单易行、控制功能和扩展能力都较强。
1.4 功能要求
设计污水处理系统的目的是使排出的污水经过处理后，输出可再次利用的水质，从而实现对污水的净化作用。长期以来，随着污水治理技术的不断发展，我国污水处理发展到了一个崭新的阶段，但是污水的处理技术仍然赶不上城市发展的需要，仍然存在污水处理率低、设备运转率低等问题。伴随经济的快速发展，解决这些问题已经迫在眉睫，基于以上问题，对比列出的三种控制形式，在污水处理系统中加入PLC核心控制器较为方便可行，不仅能实现对污水的有效再利用，还能有效节约成本。
PLC应用于污水处理系统可以把设计过程变得更加简单，而且可以实现更多的功能。这些功能包括对系统的实时监视，还拥有简便易操作的操作界面，方便用户控制PLC系统。PLC应用于污水处理系统可以实现对信号输入和控制输出信号的控制。
2 污水处理系统设计
2.1 硬件配置
污水处理系统的硬件配置包含PLC的选择以及压差检测仪表的选择。其中在选择PLC控制器时，不仅要选择CPU的型号，还要选择其对应的扩展模块型号。
首先是对PLC控制器的选择，在选择控制器时，可以参考下面罗列出的1号机组的输入/输出地址分配表。因为污水处理系统两个机组的工作原理基本相同，对比下表，可以得出污水处理系统的输入点数和输出点数，然后再选择高于此总点数的控制器和扩展模块。由表可知输入和输出点数分别为18点和16点，所以在选择CPU型号时，我们选择的是西门子S7－200系列的CPU224可编程控制器，该控制器的输入和输出点数分别为22点和18点。为了PLC控制器的正常运行，其对应的扩展模块我们选择的是西门子同系列的数字量扩展模块EM223。
2.2 软件配置
根据以上工艺要求和控制任务，我们可以设计系统的顺序功能图如图2所示。
由顺序功能图可以很快得出梯形图，在编制梯形图是，要注意以下几方面的内容:
首先，图2上明确标识出了PLC的其他编程元件的地址，所以不需列表。
其次，阀门和磁滤器的开启和关闭要采用延时顺序动作，这样可以避免系统工序切换造成的冲击。通过压差检测仪器对磁滤器有压差保护，当磁滤器入口和出口的压差大于设定压差时，那么滤水工序立即结束，顺序进入到反洗工序中。
再次，在进入反洗工序时，前文也提到过，如果两组机组同时需要进入反洗工序，1号机组有优先执行权，这是因为在顺序功能图中显示2号机组延时0.1秒。但是如果有一个机组首先进入了反洗工序，那么另一个机组必须等待，因为在顺序功能图中有明确显示，两组机组的反洗工序有互锁功能。
最后，尤其要注意故障诊断子程序。在该污水处理系统中，相对于软件而言，更容易出现故障的通常为外部器件，这些器件主要功能为输出信号。如果不能及时处理这些输出部件出现的故障，容易造成系统工作失常甚至损坏系统。所以要设计故障诊断的子程序，以保证在外部主要输出器件出现故障时，系统停机并且发出警报。本文的污水处理系统共设计了8个故障诊断子程序，它们的故障诊断算法都是类似的，以故障诊断子程序1为例，具体解释即为在滤水工序中，若进水阀和出水阀未打开、磁滤器未通电、排污阀或压缩空气阀显示为打开状态，则诊断为有故障，系统报警并立即停机等待检查。
3 调试和运行
该污水处理系统设计、安装完成后，要进行系统的调试和试运行，以发现并解决出现的问题。
首先是硬件的调试，按照说明先将各硬件接线接好。在调试过程中要检查供电是否正常，然后检查设备的电气控制是否正常，是否可以正常开启和关闭各种阀门，还要检查仪表及控制系统是否正常。测试结果表明各硬件功能均正常。
其次是软件的调试，在软件调试中，要在PLC中运行编好的程序进行调试，对每一个子程序都要运行，看是否能运行得到结果，并对比结果是否与预想结果一致，相应的功能是否可以无差别实现。另外，在软件调试中，还可以根据功能分模块调试，各模块均调试完成之后，再合在一起总体调试。
对该污水处理系统调试结果表明:硬件配置正常，不仅能满足运行需要，而且能够发挥PLC的控制作用。各模块程序在进行调试时也能实现相应功能的控制。基本上达到了污水处理系统的功能设计。
4 结语
综上所述，当前许多污水处理控制系统的自动化程度不高，运行效率低下，且污水处理效果不理想，对此，应用PLC进行污水处理自动化控制系统设计具有重要的现实意义。在污水处理自动化控制系统中应用PLC能够提高污水处理控制系统的自动化水平，有效提高污水处理质量，降低污水处理的成本，实现环境保护、节约用水的目标。本文对基于PLC的污水处理自动化控制系统设计进行了详细的介绍，可供其他污水处理自动化控制系统设计参考。
参考文献:
[1]杨明.PLC自动化控制系统在污水处理厂中的应用[J].电子制作.2014(03)
[2]陈庆江.PLC在污水处理厂自动控制系统中的应用探析[J].科技与企业.2015(11)
论文作者:陈建壮
论文发表刊物:《低碳地产》2016年7月第14期
论文发表时间:2016/11/8
标签：污水处理论文; 系统论文; 污水论文; 机组论文; 功能论文; 控制系统论文; 滤器论文; 《低碳地产》2016年7月第14期论文;