基于PLC的刮吸泥机污水处理控制系统的研究

2021-07-28白振华

机械管理开发 2021年6期

白振华

（神达洁源环境科技集团宁武水净化有限公司，山西忻州 036700）

1 污水处理工艺流程

根据污水处理系统的功能需求，列举污水处理系统工艺技术环节，污水处理工艺流程如图1所示。现对处理系统中的关键环节进行介绍：K3调节池的主要作用是调节水质，便于后续水处理。污水经PH调和处理，即可进行高压脉冲电凝，此过程可以将污水中的绝大部分微小固体颗粒物进行沉淀。PH处理之后，可加入氢氧化钙或氢氧化钠等碱盐实现对污水中酸性离子交换[1-2]。

图1 污水处理工艺流程

污水经过一系列生化池集中清理，污水进入沉淀池进行自然沉淀过滤，此时主要依靠刮吸泥机对池底的沉淀进行抽取。由刮吸泥机实现对水体中杂质的分离，污水通过液位控制离心泵提升至厌氧发酵池、微生物发酵池中，进行后续的处理，并最终达到排放要求。污水处理过程复杂且环节众多，因此控制系统可通过对关注信息的采集与判断，集约化管理去污过程，对提高污水处理能力具有重要帮助。

2 控制系统方案设计

2.1 设计原则

研究以往污水处理控制系统设计，需满足如下几条规定：需满足国家现行污水处理技术规定；此类污水处理的相关技术与经验；依照自动化控制系统的原理，在安全、高效、通用简单可靠的基础上设计控制系统[3]。

2.2 系统结构

根据刮吸泥机污水处理工艺及控制要求，采用“集中显示与控制，分散监控”的设计原则，主要硬件设备包括工程控制计算机、打印机、PLC控制器、各类传感器、泵等设备。刮吸泥机控制系统结构框图如图2所示。

图2 控制系统层次结构图

污水处理控制系统可以划分为三层，主要包括电气设备层、PLC集散控制层、工控监管层组成，其中电气设备层主要包括一线监控设备以及被控制的执行单元等设备，包括各类传感器、泵、阀门等。PLC集散控制层主要包括PLC的各个控制分站，不同的PLC控制分站实现对不同信号单元的控制。工控管理层则主要指控制中心计算机、打印机等设备，可在控制计算机上查看污水处理状态，对设备进行干预控制，每个控制站都是由RS-485总线结构将PLC组网，实现与其他设备的互联互通[4]。

3 PLC控制器设计

3.1 PLC设计

PLC是目前自动化工业控制系统中必不可少的控制程序，具有较强的控制能力与可靠性，方便使用且具有较好的抗干扰能力。刮吸泥机污水处理控制系统主要包括三个PLC控制器，根据不同的功能以及控制程序进行设计，已知PLC控制程序具有稳定性高，其平均故障时间可达几十万小时；具有较强的抗干扰能力，在隔离与滤波等方面均具有较强的能力；适应性好，功能接口丰富，可扩展性强。

不同的PLC控制器所负责的功能并不相同，以控制系统中1号PLC控制站主要负责K3调节池、pH调整池、高压脉冲电凝床等传感器数据的采集与分析，1号PLC实现对污水的前处理，对污水进行初步处理，保障了污水处理效率。1#PLC主要负责执行设备的数据采集和控制，对污水状态识别与判断具有重要作用，控制站污水处理流程如图3所示[5]。

图3 PLC控制站污水处理流程图

3.2 主要电气设备选型

污水处理控制系统实现了对污水处理设备的控制以及对污水状态的识别，基于PLC控制器，系统可实现自动识别与控制。控制系统为了实现对设备的控制，布置了较多了传感器以及电气设备，现对系统中主要的设备做简要说明。

1）pH计：采用EPZ-330型pH测量计，该型测量计具有较好的环境适应性与稳定性，测量精度为0.01 pH，电压输出±12 VDC，电流信号输出为隔离式0～20 mA输出。

2）液位计：选用美国康德的SDF-29T型超声波液位测量计，辅助设备包括液位开关等，该型液压计非常适用于污水处理环境下使用，率小于1 mm，测量精度较高。

3）流量传感器：选择了Consensic系列的传感器，从经济性的角度出发，选择入门级的流量传感器。

4）PLC选型：根据系统的实际功能需求，要实现不同的功能以及控制方案进行选择，秉持成熟可靠、稳定适用等原则选择PLC型号。PLC的选型应详细分析工艺过程的特点以及需实现的控制要求，在此情况下可以根据系统所需实现的控制任务以及范围来选型。经过综合比较，选择了日本三菱公司设计的GVX-600系列的PLC可编程控制器[6]。