PLC技术在水处理自控中应用

PLC技术在水处理自控中的应用

摘要：PLC控制技术在水厂自动化控制中占据着重要的地位，本文简介了水厂自动化控制系统和PLC控制技术，阐述了PLC控制在水厂自动化控制中的应用，分析了PLC控制未来在水处理领域的发展方向。

关键词: 水处理；自动化控制；PLC技术

第一章污水处理自动化控制概述

1.1污水处理过程特点与自动化要求

污水处理自动化，是污水处理厂的污水污泥处理、介质或药剂等生产过程实现自动化的简称。污水处理厂的生产过程的特点是：各种物料在管道、构筑物、设备、容器中不停地进行着物理变化、化学或生物化学反应，各种工艺参数时刻在发生变化。为了保证污水处理的运行效率高，人们常利用自动化装置进行检测和调节。另外，污水处理厂生产过程涉及臭味、腐蚀、高温或寒冷、易燃易爆等，为改善劳动条件，保证安全生产，也应实现自动化。

污水处理厂工艺过程中要用到大量的阀门、泵、风机及吸、刮泥机等机械设备，它们常常要根据一定的程序、时间和逻辑关系定时开、停。例如，在采用氧化沟处理工艺的污水处理厂，氧化沟中的转刷要根据时间、溶解氧浓度等条件定时启动或停止，在采用SBR工艺的污水处理厂，曝气、搅拌、沉淀、滗水和排泥应按照预定的时间程序周期运行；在采用活性污泥法的污水处理厂，初沉池的排泥，消化池的进、排泥也要根据一定的时间顺序进行。另外，污水处理的工艺过程同其他工艺过程类似，也要在一定的温度、压力、流量、液位、浓度等工艺条件下进行。但是，由于种种原因，这些数值总会发生一些变化，与工艺设定值发生偏差。为了保持参数设定值，就必须对工艺过程施加一个作用以消除这种偏差而使参数回到设定值上来。例如，消化池内的污泥温度需要控制在一定的范围内，鼓风机的出口压力需要控制在一个定值，曝气池内的溶解氧浓度要根据工艺要求控制在一定的范围内等[1]。

1.2污水处理自动控制系统功能

污水处理厂的自动控制系统主要是对污水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到预期要求。自动控制系统具有如下功能：（1）控制操作：在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，调节某些模拟输出量的大小，在线设置PLC的某些参数等；

（2）显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数；

（3）数据管理：利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，可得出一些有用的经验参数，有利于优化处理过程和参数控制；

（4）报警功能：当某一模拟量（如电流、压力、水位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警；

（5）打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式有定时打印、事件触发打印等方式；

（6）通讯功能：中控室所有信息均可送公司并接收公司总调度室的指令；

（7）建立WEB 服务器：所有实时数据和统计分析数据均可通过企业内部网( Intranet) 或互联网( Internet)查询，各部门可共享生产运行信息[2]。

第二章PLC控制技术

2.1可编程控制器

可编程控制器（programmable logical controller，简称为PC或PLC）是面向用户的专门为在工业环境下应用而开发的一种数字电子装置，可以完成各种各样的复杂程度不同的工业控制功能。它采用可以编制程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术等操作指令，可以从工业现场接收开关量和模拟量信号，按照控制功能进行逻辑及算术运算并通过数字量或模拟量的输入和输出来控制各种类型的生产过程。下图为典型PLC结构示意图。

图1 PLC控制系统典型结构示意

2.2可编程序控制器的特点

（1）可靠性高、抗干扰能力强：为保证PLC能在恶劣的工业环境下可靠工作，在设计和生产过程中采取了一系列提高可靠性的措施。

（2）可实现三电一体化：PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）、计算机集于一体，可以灵活方便地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。

（3）易于操作、编程方便、维修方便：可变成控制器的梯形图语言更易被电气技术人员所理解和掌握。具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过软件或硬件的自诊断，维修人员可以很快找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。

（4）体积小、质量轻、功耗低：PLC是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.3可编程控制器的主要功能

（1）开关逻辑和顺序控制；

（2）模拟控制；

（3）信号联锁；

（4）通信。

2.4可编程序控制器的结构与原理

可编程序控制器是以微处理器为核心的高度模块化的机电一体化装置，主要由中央处理器、存储器、输入和输出接口电路及电源四个部分组成。图5-6为PLC控制系统典型结构示意。

2.5可编程控制器的编程语言

可编程控制器有多种程序设计语言。在高档PLC中，提供有较强运算和数据转换等功能的专用高级语言或通用计算机程序设计语言。在传统的电气控制系统中，普遍采用继电器及相应的梯形图来实现I/O的逻辑控制。PLC梯形图几乎照搬了继电器梯形图的形式，下图为两者对照的梯形图[3]。

图2 两种梯形图

第三章PLC控制在水厂自动化控制的应用

3.1开关量的逻辑控制

这是PLC 控制对于水厂自动化控制的最基本、也是最广泛的影响，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于水厂单个设备的控制，也可同时用于多个水厂自动化流水线。

3.2模拟量控制

在水厂自动化当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量( Analog) 和数字量( Digital) 之间的A/D 转换及D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的A/D 和D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3.3过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。对于水厂自动化控