基于PLC的余杭污水处理厂自动控制系统

徐康

摘要: 主要介绍了余杭污水处理厂自控系统的组成、功能及如何利用PLC实现全厂自动控制，并介绍了在系统实施中遇到的若干问题及其解决措施。通过污水厂自控系统的运行，节约了污水处理成本, 提高了污水处理效能。

关键词: PLC 污水处理 自动控制

Solution of Automation System Base on PLC in yuhang Waste Water Tr eating Company

Abstract : This paper mainly introduces the component and function of automation system used by Sewage Treatment Company and how to use PLC to achieve automation control on whole company, as well as the issues and their solutions which have been met in the process of implementing the system. And the usage of the automation system can also save money and increase the efficiency of sewage treatment.

Key words: PLC ； waste water treating ； automation control

中图分类号：U664.9+2文献标识码：A 文章编号：

近年来，污水处理厂已成为各个城市最重要的基础设施之一。尤其是中小城市，新建或扩建污水处理厂已成为当地政府改善人民生活水平的头等大事。而随着自动化技术、计算机技术的不断发展、完善，污水处理厂的自动化水平也相应提高。目前在污水处理行业中多采用PLC进行现场控制[1]，上位计算机进行运行工艺参数显示及设置的SCADA系统控制模式，本文以杭州余杭水务有限公司余杭污水处理厂为例进行系统组成、功能等介绍。

1 污水处理厂的污水处理工艺介绍

杭州余杭水务有限公司余杭污水处理厂污水处理量6万吨，厂区工艺有污水一级处理、污水深度处理及污泥脱水三大工艺。

污水一级处理由粗格栅、提升泵房、细格栅、旋流沉砂池、厌氧池、氧化沟、二沉池、污泥泵房组成。污水深度处理对经过一级处理后的污水进行深度处理，达到国家一级A排放标准。

深度处理由曝气生物滤池、活性砂滤池、消毒接触池组成。

污泥脱水是对污水中的污泥进行处理的工艺，由污泥泵房、贮泥池及污泥脱水机房组成。

2 基于PLC的自控系统

随着技术的创新和不断发展，污水处理厂的自控系统发挥了越来越重要的作用，管控一体化技术不断在污水处理厂实现和发展。光纤以太环网技术已经成为主流，具有速度快，扩展性好，兼容性好等优点，下图本厂自控系统结构图。

PLC采用施耐德公司的ModiconPremium系列PLC，在曝气生物滤池分站配有触摸屏，以方便操作人员的现场操作。中控室设有4台操作计算机，其中两台为全厂工艺控制计算机，相互备用；另外两台为曝气生物滤池控制计算机，也相互备用。中控室计算机操作系统为WindowsXP，监控软件选用itouch，调度中心后台数据库选用SQL Server2003，已完成对工艺运行状态参数的数据存储，并根据需要生成相应的报表。

3 监控功能

系统采用中控室集中控制、控制柜手动控制及现场手动控制三级控制方式。在现场为远程控制时，中控室可以集中控制，当现场为手动控制时，中控室只作为监测而不能控制。在中控室，由itouch二次开发成强大的生产监控控制系统，实现对各工艺生产过程的数据采集，并通过友好直观的画面显示出来。主要可实现

（1）画面动态显示现场设备的运行状态，各工艺的运行参数。

（2）各工艺参数历史趋势的显示。

（3）实时报警显示，历史报警查询。

（4）各种报表的生成及打印。

（5）各控制参数的设置。

（6）各设备的自动，中控启/停操作。

4 控制实现

4.1 PLC1中控室分站

中控室分站主要负责控制活性砂滤池，回用水泵，出水仪表间，标准排放口控制及数据传输。活性砂滤池有4台搅拌机，6组滤池，3台空气压缩机及空气干燥机。4台搅拌机根据进水量通过频率调节控制搅拌强度，滤池通过控制气管电磁阀控制滤池的开停。通过控制储气罐压力合理安排3台空气压缩机的自动开停，使储气罐压力在标准范围之内。标准排放口前安装2台回用水泵，一台变频一台工频。变频根据工艺要求设定为压力控制方式[2]。通过PID调节提升回用水管中的压力，使管道压力在设定的要求。出水仪表间数据通过PLC1上传数据，可以在监控计算机监测到出水水质。

4.2 PLC2进水泵房分站

进水泵房分站主要负责控制粗、细格栅，进水提升泵，旋流沉砂设备的控制。

4.21粗、细格栅控制

通过对粗、细格栅的控制实现污水杂物的捞取。为保证格栅在不被阻塞的前提下尽量减少耗电量必须根据工艺要求尽量减少格栅的运行时间。因此，可根据格栅前后的液位差，判断格栅的阻塞情况对格栅进行启停操作。还可根据设定的间隔时间及运行时间对格栅进行控制。通过人机界面可对格栅运行方式(时间、液位差)及运行液位、停止液位、运行时间、间隔时间等工艺参数进行设定。

4.22提升泵的控制

污水厂提升泵房内共有4台提升泵、2台变频泵(一用一备)、2台工频泵。变频泵可根据工艺要求设定为液位控制方式和流量控制方式[2]。在流量控制方式下，通过PID调节提升泵出口流量，使出口流量在设定流量范围内。在液位控制方式下，由于提升泵房蓄水量很大，当进行液位调整时，势必出现液位响应缓慢，从而引发变频泵频率的振荡。在这种情况下，传统的PID调节方式将无法进行控制。考虑到实际情况及对工艺的理解，编制程序使变频泵频率变化不仅依赖于实际液位与设定液位的差值，而且将液位的变化率也作为一项控制依据。根据工艺实际情况修改设定液位差及相应的设定变化率后，液位在整个调节过程中没有出现大的振荡，运行良好。在自动方式下，当变频泵频率超过设定高限时应该启动一台软启动泵，同时将变频泵频率降到初始值，以保证液位或流量不会出现振荡。反之，当变频泵频率低于设定低限时停止一台软启动泵，同时将变频泵频率升高到初始值。

4.23旋流沉砂控制

旋流沉砂系统主要是根据时间进行控制，鼓风机、洗砂阀、提砂阀、砂水分离器根据工艺设定的间隔时间及运行时间自动启停。

4.3 PLC3，PLC4氧化沟分站

污水处理工艺为曝气氧化沟工艺，PLC3，PLC4分站分别控制1#，2#氧化沟设备的自动开停及仪表数据传输。

有很多对氧化沟的自动控制方法，最为精确的是通过氧化沟溶解氧测定反馈来调节曝气转刷转速，但在实际中很少运用，因为一组氧化沟需要很多点对溶解氧进行测定，投入与维护成本很高。当某一个探头出现问题时，就会影响整个氧化沟运行。我们采用的是自动经验模式。所谓的经验模式就是对设备的控制完全模仿人工操作。在人工操作时，可以控制各台曝气转刷的运行状况，高速曝气、低速曝气、停止，进水堰门及出水堰门的开度。在经验模式运行下，值班人员由原来的手动操作切换到了现在的自动控制。

4.4 PLC5生物滤池分站

曝气生物滤池采用马鞍山市华琪环保公司的技术，设备及自动控制由华琪环保公司实施建造。曝气生物滤池处理污水的原理是反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。曝气生物滤池分站控制的包括有加药间投加甲醇控制，二次提升泵房恒液位控制及生物滤池运行控制。甲醇投加包括甲醇存储消防控制，甲醇投加量控制。根据滤池进水水质，按照流量调节甲醇投加量。二次提升泵房由于容积原因须恒水位控制，由于二次提升泵房标高低于二沉池，保证提升泵房不会出现水外溢现象。滤池工艺采用上向流滤池工艺，当需要对滤池进行冲洗时可根据滤池阻塞值或时间进行冲洗控制。由于同时只能有一组滤池进行反冲洗，因此在滤池阻塞值大于设定值或滤池过滤时间到后，需要将该组滤池排到反冲洗队列的队尾，反冲洗队列采用先进先出原则，先排入队列的先进行反冲洗。

4.5 PLC6污泥泵房分站

PLC6主要负责回流泵与剩余泵的控制。污水处理厂共有2组二沉池，每组二沉池配有一台回流污泥泵及一台剩余污泥泵，在回流泵后安装流量计，对回流污泥量进行计量。回流污泥泵的作用就是将终沉池内污泥按氧化沟进水流量及回流百分比进行污泥回流。剩余泵按时间控制。

4.6PLC7脱水机房分站

PLC7主要负责2台脱水机的控制。对脱水机的控制主要实现脱水机、水平输送机及倾斜输送机的联动，保证水平输送机没有残留的污泥，在监测到水平输送机停止信号后，停止倾斜输送机。根据脱水机运行扭矩，调整进料泵及进药泵频率，合理控制进料及进药量，使脱水机运行在最佳点。

4.7 PLC8加药间分站

PLC8主要对厂区加氯加药工艺进行控制。

加药方式采用比例投加方式进行控制。加药泵根据活性砂滤池进水水量进行药液投加控制。加药泵为隔膜计量泵，因此在对加药泵频率进行控制前，首先应确定当前加药泵的冲程，加药泵频率采用PID方式控制，根据进水量、工艺应投加量及药液浓度计算出药液的应流量，并将其作为PID的比较量，药液实际流量作为PID的输入量，而加药泵频率就是PID调节的输出量[3]。

加氯方式采用比例投加方式进行控制，根据排放口排放量进行流量配比控制。

5结语

该自控系统实现了污水处理厂的自动化运行，不仅减轻了工人的劳动强度，而且提高了污水处理厂的运行效率和运行效益，实现了污水厂生产管理的科学性。其中，PLC发挥了相当重要的作用。运行以来，运行平稳，不仅改善了人民的生活环境，并且为余杭的可持续发展发挥了积极的作用，取得了社会和经济双重效益。

参考文献：

[1] 汪晓平,等. PLC可编程控制器系统开发实例导航 [M].北京:人民邮电出版社, 2004- 07.

[2] 赵曙光.可编程逻辑器件原理、开发与应用[M] 西安：西安电子科技大学出版社，2000.

[3] 金以惠.过程控制[M].北京: 清华大学出版社, 1993.