摘要：介绍了祁东县污水处理厂的污水处理工艺流程及工艺设备自动控制设计。通过PLC和计算机控制，实现了对污水处理全过程的自动控制和数据共享，为小城市污水处理厂实现自动化控制管理提供了一套经济适用、简便实用的方法。
关键词：PLC，污水处理，自动控制系统
近些年来，为了满足新的环保要求，我国的污水处理事业迎来了高速的发展阶段，不仅在许多大城市而且在许多小县城都开始修建了大量的污水处理厂。PLC控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、扩展方便、性价比高等一系列优点，在污水处理自控系统的设计中得到了越来越广泛的应用。本文以祁东县污水处理厂为例，介绍了PLC控制系统在污水处理厂的应用情况。
一.污水处理工艺流程及设备控制要求
1.1 污水处理工艺流程
如图1所示，为本工程的污水处理工艺流程图。县城西北片区的污水通过进水管流入粗、细格栅间，以去除污水的漂浮物以及水内的大颗粒杂质，再经过曝气沉砂池去除砂粒等大的颗粒后，进入生物反应池，完成预处理过程。在生物反应池中依靠活性污泥降解去除有机物后，进行沉淀分离后送至二沉池，其中污泥送至污泥泵房进行处理，一部分回流至生物反应池，剩余污泥由污泥泵送至贮泥池，再经脱水机脱水处理及石灰搅拌干燥后使含水率小于60%后，外运至县外垃圾处理场进行卫生填埋；二沉池上清液送至出水池和紫外线消毒池，在紫外线消毒池中投入各种药剂后，尾水达标，排放至湘江。
图1 祁东县污水处理厂工艺流程图
1.2 主要工艺设备控制要求
1.2.1 粗格栅、细格栅。使粗、细格栅按照预先设定好的时间控制周期进行周期运行，时间控制周期可在污水处理厂中心控制室操作平台或PLC现场控制终端上进行人工设定或修改，但现场控制终端优先级最高。
1.2.2 曝气沉砂池。在曝气沉砂池设置静压式液位检测仪，对池内污水液位进行检测、超限报警；同时在池内设COD在线检测设施及PH检测仪，测量进水CODcr及PH值。
1.2.3 生物反应池工艺监测及控制要求。在生物反应池内设置溶解氧检测仪，检测其内溶解氧量；同时设置超声波液位检测仪及污泥浓度计，对池内污水液位和浓度进行检测。
1.2.4 紫外线消毒池。出水在线检测PH值、COD。
1.2.5 污泥浓缩池。在污泥浓缩池设超声波液位计对污水液位进行检测、超限报警。
1.2.6 鼓风机房。在每台鼓风机的出风管设置压力检测仪表，测量出口风压。每台鼓风机设温度检测仪表，对鼓风机轴承温度和油温进行检测、超限报警。
二、自动控制系统的设计
2.1 控制系统的结构
2.1.1根据污水处理厂的实际情况及工艺要求，祁东县的污水处理厂的自动控制系统主要采用由中央控制室、计算机和现场级PLC控制单元组成的“集中监测管理、分散控制、数据共享”的集散型控制方式。中央监控系统的监控计算机通过工业以太网交换机与现场控制站PLC进行通讯。本工程的控制系统结构图如图2所示。
图2 祁东县污水处理厂控制系统结构图
2.2 中央控制系统
2.2.1 中央监控系统配置2套监控操作计算机、报警和报表打印机、工业网络交换机和UPS电源等设备。监控计算机采用工业级计算机，内装实时监控操作软件，以保证系统稳定、可靠运行。
2.2.2 中央监控系统的主要功能有：（1）实时读取PLC采集到现场设备运行状态及工艺参数；（2）实时、动态地显示生产工艺主流程和各个生产环节子流程画面；（3）对控制方式和控制参数进行选择或修改；（4）对各PLC站和设备单元进行远程控制；（5）事故记录、报警和报警打印（6）打印日报表、月报表和年度报表。
2.3 现场控制站
本工程在污水处理厂主厂区的现场控制站一共设置了PLC站3套（内含CPU、电源模块、DI/DO模块、AI/AO模块和通信接口适配器），光纤通信工业网络交换机，UPS电源，控制柜以及配套的断路器，继电器，隔离器，浪涌保护器等。
2.3.1 预处理工作站（1#PLC）
主要监控格栅清污机、潜水泵、砂水分离器、超声波液位计、PH检测仪、电磁流量计、浊度仪等。其主要测控功能包括：（1）控制粗细格栅的自动运行；（2）检测进厂污水的PH参数和进水流量；（3）控制砂水分离器的时刻运行；（4）进行I/O点统计，共包括DI:122点，DO:52点，AI:16点，AO：5点，并预留20%的点位余量。
2.3.2 变配电房工作站（2#PLC）
主要监控生物反应池、鼓风机房、紫外线消毒池、加药间、变配电房等。其主要测控功能包括：（1）生物反应池的潜水搅拌器、液位计、DO检测仪、SS检测仪等；（2）鼓风机房的罗茨风机、压力计等；（3）紫外线消毒池的二氧化氯发生器、卸酸泵等；（4）高低压变配电系统参数等。（5）进行I/O点统计，共包括DI:136点，DO:72点，AI:19点，AO：7点，并预留20%的点位余量。
加药间设备自带PLC预留以太网通信接口，并提供开放的OPC数据格式，以便进行数据交换。PLC预留RS485接口，并支持Modbus的通信协议。
2.3.3 污泥脱水机房工作站（3#PLC）
污泥脱水机房内的PLC为设备配套提供，本工程仅提供光纤通信通道，将站内的监测信息上传至中央控制站。
2.3.4 现场仪表设备
根据工艺需要，现场配置了大量的监测仪表，包括SS、PHDO检测仪以及超声波液位计、电磁流量计、空气流量计、压力计等，其信号类型为标准电信号DC4~20mA，本工程仅采用两线制接法。
现场设备控制箱设有手动和自动2种控制方式：现场手动操作为最高操作优先级，只有状态开关为自动挡时，远程控制程序才能进行操作。
2.3.5 通信系统
管理计算机网络采用快速以太网，采用Windows7作为应用系统的网络操作系统以及Internet服务和数据库服务器的操作平台。根据本工程的实际情况，主设备的中心交换机采用千兆交换机，并选用千兆光纤模板。网络服务器采用冗余设计、双电源备份等技术，实现企业级的安全保证。
本工程的通讯方式主要支持Modbus和Modbus Plus两种通讯协议。
2.3.5 管理系统
本工程的管理系统由三部分组成，分别为生产经营决策子系统、生产调度管理指挥子系统和设备管理子系统。系统通过收集污水处理现场的各种信息，进行数据回归和趋势分析，建立全厂的综合数据库，动态地显示各生产过程中的主要技术参数，显示所有设备的运行状态等。使厂方能准确地掌握各设备的技术状况，为正确使用设备，对各设备及时的进行保养与维护。
三、监控软件
3.1 上位机自动化监控软件采用西门子公司的S7-300组态软件。该软件属高度集成的，基于组件的HMI人机界面监控软件，用于监视和控制自动化设备和生产过程。具有在线组态功能，可以对被控设备进行实时控制和监测，以及对现场工作站PLC的参数进行设定和修改；可以记录和保存重要电气设备的启/停、重要操作；灵活的定义报表、报警和管理；可扩展的组态向导和各种操作功能；可针对不同的操作者设置相应的加密等级，记录操作员及其操作信息。
四、结语
祁东县污水处理厂PLC自动控制系统在结构设计上采用分散控制、集中管理的集散控制系统模式，具有安全可靠、可扩展、便于维护的特点，保证了出水水质，实现了污水处理厂工艺流程设备的自动化、现代化管理和控制。
参考文献
[1]《城市污水处理技术及工程实例》 陶俊杰 主编
[2]《污水处理工程设计》黄维菊 主编
[3]《S7-300可编程控制器（PLC）教程》 刘艳梅 主编
论文作者:黄伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/5
标签：污水处理论文; 祁东县论文; 污泥论文; 现场论文; 设备论文; 检测仪论文; 格栅论文; 《建筑学研究前沿》2017年第29期论文;