唐如龙

（南华大学创新创业学院，湖南衡阳421001）

基于PLC的污水控制系统设计

唐如龙

（南华大学创新创业学院，湖南衡阳421001）

为了提高污水处理效率，解决当前的水资源污染问题。设计了PLC控制的污水控制系统，对目前我国在污水处理系统化方面存在的问题，利用先进的控制技术，实现对污水处理系统的自动控制。把此技术用于污水控制系统中，不仅可以增强系统的稳定性，还能进一步提高污水处理效率，从而改善水资源。

PLC；污水控制系统；设计

水是生命的源泉，是生命存在和经济发展的必要条件，但我国的水资源现状却不容乐观[1]。此外，一些现代企业对水资源的保护不加以重视，因此也导致一些水资源造成了污染，使原本稀缺的水资源面临更加艰难的境地，这些无疑构成了我国未来经济发展道路上的一大绊脚石[2]。而如今，不少企业开始着力于污水的治理，应和国家提出的环境保护的方针，不仅加大污水治理的力度，且对治理的工艺予以更高的要求。就目前技术来说，采用基于PLC控制的污水处理系统无疑是个较好的方式，这种方法，不仅能够对污水进行治理，节约水资源，且能通过水的治理来降低企业的成本，从而为企业未来的发展积蓄更多的动力。

1 污水处理系统

1.1 常用的污水控制技术

（1）A2/O法。为生物脱氮除磷方法，在脱氮除磷方面，为应用较广泛的工艺方法。A2其中一个A代表Anaerobic（厌氧的），另外一个A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的），工艺流程如图1所示。A2/O是一种厌氧—缺氧—好氧工业污水处理工艺。该方法除磷脱氮的效果较好，适用于对除磷脱氮有要求的工业污水处理。

图1 A2/O法工艺流程图

（2）AB法。该方法为吸附生物降解法。对于高浓度的工业污水处理，该方法有较高的节能效益，适用性较高。但是此方法在高负荷段以生物絮凝吸附为主，在反应过程中产生污泥较多，所以还要添加对高负荷段中反应物的处理，从而增加了污水处理的成本。

（3）SBR法。SBR法是歇式活性污泥法，又称序批式活性污泥法。该方法的反应原理和与传统的活性污泥法基本相同，不同的只是运行操作方式。

1.2 污水控制系统总体架构设计

本研究污水处理系统的工艺流程分为两道工序，分别为滤水工序和反洗工序。滤水的工艺，实质上是指将进水阀和出水阀同时开启，并在中间安置磁滤器的磁铁，在污水流入出水阀的过程中，杂质被磁铁吸附，故而流出为净化水。

滤水一段时间后，磁滤器的磁铁上已经吸附了相当多的污水杂质，此时必须清洗这些杂质，该过程为反洗工序。进行该工序时需要切断磁滤器的电源，关闭进水阀和出水阀，同时打开排污阀和压缩空气阀，压缩空气会把水推入磁滤器中，可以冲洗掉磁铁上的杂质，而此过程中产生的污水会流入污水池，等待二次处理。与滤水工序不同的是，反洗工序同一时间内只能有一组机组运行，当1号机组反洗时，若2号机组也需要反洗，那么2号机组要等待1号反洗结束之后才可以进入反洗工序；当两台机组同时需要进入反洗工序时，那么1号机组优先反洗。

这种系统当中，机组的官道上应被装上压差检测仪表，在其发出相关信号时，系统便会停止当前工艺的进行并自动开启另一项工艺，从而保证滤水工艺能够正常运行。在这期间，利用PLC控制端来接收一些外界信号，一旦显示信号有误，便会自动停止以等待接下来的维修。而这一过程，也很大程度上提升了系统的安全性。

根据以上工艺要求和控制任务，可以设计系统的顺序功能图如图2所示。

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图2 污水处理的控制系统顺序功能图

1.3 系统控制形式

PLC系统起初是上个世纪六十年代由美国推出的，它以一种可编程逻辑控制器全然取代了传统的装置[4]。由于PLC系统内置污水处理系统，因而能够实现通过网络来对处理过程进行监控。此外，这种程序开发周期短，易维护，且升级方便。总体上来看，不论是操作简易性上，还是扩展能力上，PLC系统都有较为明显的优势。

现场总线控制系统是一种基于现场总线的实时网络控制系统，它能按照规范的通信协议，通过自动化控制，实现现场控制装置与现场智能仪表的互连，从而实现设备之间、设备与计算机之间的数据传输和交换。该系统综合成本和安装费用比其他控制系统少很多，具有较高的性价比，而且在使用过程中可以使用网络上丰富的资源，不仅能实时传输，而且不同产品可互连。

1.4 功能设计

就污水处理系统的目的来说，主要是污水得到净化，实现再次利用的功效。对比多重控制形式，在处理系统里加入PLC核心控制器更加可行，这种方式不但能够实现污水的处理，且能节约一定的成本。

就污水处理系统的优势来说，它不仅仅秉承着化繁为简的理念，将繁琐的设计过程化为相对简单的方式，且能以更多的功能呈现在用户面前，如对系统进行一种实时监视等[5]。

系统对信号输入的控制主要表现在对信号输入的检测，检测可分为四部分内容。其中按钮输入检测多为人工控制；液位差输入检测用来启动和停止清污机；液位高低输入检测；含氧量输入检测是要维持污水中的溶解氧含量，这部分检测是通过控制曝气机的转速信号来完成的，PLC对其的控制是通过溶解氧仪反馈的检测值实现。前三种信号输入检测均为数字量输入，而含氧量输入检测为模拟量输入。

系统对控制输出信号的控制表现为数字量输出和模拟量输出。其中前者控制的是各类仪器和设备，主要控制的是这些仪器和设备的接触器，包括仪器和设备的启动和停止。模拟量输出主要是通过控制曝气机变频器实现的，最终目的是要控制污水中的含氧量，PLC对其的控制表现在控制变频器的输出频率，从而对曝气机的转速进行有效控制，最终达到对模拟量输出的控制。

2 调试和运行

在调试和运行环节，应该在污水处理系统的设计完成之后便开展，通过这种调试，发现可能出现的问题，并及时处理。

首先，要对硬件进行调试。在将各硬件拼接完成之后，检查供电和电气控制是否正常，能否正常打开和关闭阀门。此外，还要对仪表等硬件进行检查，在确认所有硬件都没有问题的情况下才能定义为调试结果正常。

接下来是对软件进行调试。软件调试的过程当中，是在PLC中运行编好的程序中进行的，且要将每一个子程序进行调试，把运行得出的结果同预期中的来作对比，再开展相应的举措。此外，调试还可以根据各类程序的功能差异来进行分类，在进行分别的调试结束之后，汇总到一起来进行总体的调试。

对该污水处理系统调试的结果显示：硬件配置正常，不但能够满足运行的需要，且能发挥PLC的控制作用。各个模块在调试的过程中，也能对相应功能实现一定的控制，与此同时，也一定程度上实现了污水处理系统的功效。

该系统的特点主要是采用PLC作为控制器，减少了系统的复杂度，增加了可靠性。投入使用后大大降低了维护成本。

3 结束语

该污水控制系统采用PLC作为控制器，不仅其结构更简单，而且可靠性高。系统设计了自诊断程序，使系统带有一定的自诊断功能，在系统出故障时会警报并立即停机，减少了机器损毁的可能性，而且能保证系统工作能够稳定和可靠的进行。而且本文在反洗工序中采用了延时和互锁的算法，有效解决了两组机组在反洗工序中的竞争问题。

[1]崔晓英.污水再利用是实现水资源可持续利用的有效途径[J].内蒙古石油化工，2014（2）：28-30.

[2]陈龙.基于PLC的煤矿污水处理自动控制系统的设计与实现[D].青岛：山东科技大学，2013.

[3]黄杭昌.基于PLC的软水处理控制系统改造的设计[J].自动化技术与应用，2004，24（4）：31-32.

[4]张海斌，童胜.浅谈V型滤池的工艺设计[J].工业安全与环保，2009（1）：24-26.

[5]杨丰.PLC在反渗透工艺控钥系统中的应用[J].黑龙江自动化技术与应用，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

唐如龙（1979-），男，湖南衡阳人，实验师，硕士，主要从事电子技术理论和工程实践教育的研究。