芻議PLC系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用

摘要：在污水處理廠應(yīng)用自控系統(tǒng)不僅可以提高工作效率，還可以有效地提高污水處理廠的工作質(zhì)量。本文針對PLC系統(tǒng)集過程控制和科學(xué)管理于一體，具有可靠性高、控制性能優(yōu)越、管理功能完善等優(yōu)點進(jìn)行了分析探討

關(guān)鍵詞：污水處理;PLC控制;流程

1.污水處理工藝流程

污水處理工藝采用活性污泥法?；钚晕勰嗍俏⑸锶后w及它們所吸附的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的總稱，它由以好氧微生物為主體的絨粒組成，混雜著污水中的有機物、無機性懸浮物質(zhì)及膠體物質(zhì)，并在其表面上附聚著各種不同的原生動物，具有降解污水中有機物的能力，顯示出生物化學(xué)活性。活性污泥污水處理過程就是利用此生化活性去除污水中的污染物質(zhì)。具體為：原生污水經(jīng)過預(yù)處理和一級處理后，經(jīng)初沉池出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在活性污泥的作用下，進(jìn)行好氧和厭氧生物降解，將污水中含有的溶解和膠體狀態(tài)的有機物分解并進(jìn)行脫氮除磷反應(yīng)。污水混合液進(jìn)入初沉池進(jìn)行固液分離，上層澄清水排入調(diào)節(jié)池，下層污泥經(jīng)初步濃縮后再通過板框壓濾機脫水，將泥餅外運，污泥池上清液和濾液回流至調(diào)節(jié)池繼續(xù)處理。

2.PLC 控制站的硬件配置與功能

2.1 PLC 控制站硬件配置

PLC 采用西門子的S7—300 系列，根據(jù)系統(tǒng)要求，PLC總體配置如下：（1）電源模塊，選用6ES7 307—1KA02—0AA0 24VDC10 A;（2）中央處理模塊（CPU），選用CPU315—2PN/DP;（3）數(shù)字量輸入模塊（DI），選用6ES7321—1BL00—9AM0，處理32點輸入信號;（4）數(shù)字量輸出模塊（DO），選用6ES7322—1BL00—9AM0，處理32 點輸出信號;（5）模擬量輸入模塊（AI），選用6ES7 331—1KF02—9AM0，處理8點輸入信號;（6）模擬量輸出模塊（AO），選用6ES7 332—5HF00—9AM0，處理8點輸出信號。

2.2 PLC 控制站的控制功能

設(shè)備控制方式分為中央控制和就地控制兩種。就地控制裝置分別設(shè)置在各單元設(shè)備附近。通過現(xiàn)場（手動/自動）開關(guān)切換到手動，由現(xiàn)場開關(guān)直接控制設(shè)備，這是最高優(yōu)先控制，在這一模式下，PLC僅對運行狀態(tài)作監(jiān)視。當(dāng)現(xiàn)場（手動/自動）開關(guān)切換到自動，則成為中央控制方式。我們在PLC 的運行程序中又設(shè)置了上位機控制方式和PLC控制方式：當(dāng)上位機切換到上位機控制方式時PLC接收上位機發(fā)出的指令，通過計算機直接遙控現(xiàn)場設(shè)備，如啟動或停止各類泵，風(fēng)機、閥、攪拌器等;當(dāng)上位機切換到PLC方式時，PLC按預(yù)先設(shè)定的測量液位、流量、溶解氧等參數(shù)自動操作泵、風(fēng)機等，并監(jiān)視設(shè)備運行情況。

2.3 調(diào)節(jié)池單元的PLC控制

鼓風(fēng)機房共有12臺羅茨風(fēng)機，其中有2臺是變頻風(fēng)機。調(diào)節(jié)池中共設(shè)有4套溶解氧測試儀，其控制思路是通過計算機為DO 儀設(shè)置一個測量范圍，當(dāng)進(jìn)水量達(dá)到平衡，池中懸浮物濃度合乎標(biāo)準(zhǔn)時，一旦水中含氧突破這個范圍，PLC 就會收到現(xiàn)場溶解氧儀反饋回的報警信號。PLC便可根據(jù)現(xiàn)場測量值來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量。鼓風(fēng)機開啟的臺數(shù)由PLC根據(jù)測量的溶解氧平均值來控制，PLC每隔15min 判斷一次調(diào)節(jié)池內(nèi)的溶解氧值，溶解氧低于設(shè)定下限時調(diào)頻風(fēng)機增加10 %，若調(diào)頻風(fēng)機已達(dá)最大值，則增開一臺普通分風(fēng)機。溶解氧高于設(shè)定上限時調(diào)頻風(fēng)機減少10 %，若調(diào)頻風(fēng)機已達(dá)最小值，則關(guān)閉一臺普通風(fēng)機。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

用戶的軟件設(shè)計質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的控制質(zhì)量和人員設(shè)備的安全，所以開發(fā)一套功能完善、可靠性高的軟件尤為重要。根據(jù)系統(tǒng)的實際情況，用戶的軟件設(shè)計同樣分為上位機軟件設(shè)計和下位機程序設(shè)計。

3.1 下位機程序設(shè)計

下位機PLC的用戶程序基于SIEMENS 公司的Step7V5.5軟件平臺，在該平臺上完成硬件組態(tài)、地址和站址的分配以及用戶程序的設(shè)計開發(fā)。Step7 主要有3種編程方法：線性編程、分布式編程、模塊化編程。應(yīng)用模塊化編程方法，根據(jù)所控制設(shè)備的實際情況，可把整個污水處理流程分為若干個分流程，每個分流程對應(yīng)一個功能或功能塊。把程序分成若干程序塊，各程序塊分別含有一些設(shè)備和任務(wù)的程序指令，每個功能區(qū)被分成不同的塊進(jìn)行編程，整個程序通過組織塊OB1 控制調(diào)用各功能。在主程序（OB1）中將各種控制功能和各站點間的通訊數(shù)據(jù)分別編寫在不同的子程序中，其中通信程序是程序設(shè)計中的重點和難點，因此著重論述這部分。下面是PLC 的部分通信程序：

NETWORK1

LDSM0.1∥第一次掃描

MOVB16#09，SMB30

∥自由口通訊模式：9600 波特率，無奇偶校驗，8個數(shù)據(jù)位

MOVB 16#7C，SMB87∥接收信息狀態(tài)字節(jié)

MOVB16#53，SMB88

∥設(shè)置信息的開始字符\"S\"

MOVB 16#45，SMB89

∥設(shè)置信息的結(jié)束字符\" E\"

MOVW+5，SMW90

∥設(shè)定空閑行的時間間隔（ms）

MOVW+179，SMW92

∥字符間/信息間定時器超時值（ms）

MOVB 60，SMB94 ∥接收字符的個數(shù)

NETWORK2

LD SM0.1 MOVB 16#53，VB2499

∥設(shè)置接收和發(fā)送緩沖區(qū)的首地址

ATCH 發(fā)送完中斷，9

∥把發(fā)送完成中斷和發(fā)送完成中斷子程序連接起來

ATCH 接收完中斷，23

∥把接收完成中斷和接收完成中斷子程序連接起來

ENI ∥允許中斷

3.2 上位機程序設(shè)計

亞控公司組態(tài)王6.53 與S7—300 系列PLC 通訊而制定的串行通訊協(xié)議，采用主從問答方式，上位機為主呼方，下位機為應(yīng)答方。自由端口協(xié)議CPU 的串行通訊端口可由用戶程序控制。只有當(dāng)CPU 處于RUN 模式才可以進(jìn)行自由端口通訊。通信前要對串口進(jìn)行初始化，SMB30和SMB130用來分別配置通訊端口0和1，為自由端口通訊選擇波特率、奇偶校驗和數(shù)據(jù)位數(shù)。S7—300 有兩個通訊端口PORT0和PORT1，用PORT1 作為與上位機通訊端口，直接與RS485 總線相連。這里PLC選擇9600波特率，端口選擇PORT1。由于上位機采用組態(tài)王軟件，因此PLC在程序上不必編寫與組態(tài)王通訊的程序，只需在組態(tài)王的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行必要的設(shè)置。

組態(tài)王主要接收來自PLC 的數(shù)據(jù)。把界面中要顯示的變量與相應(yīng)PLC 寄存器中所存數(shù)據(jù)對應(yīng)。再在開發(fā)的界面中把要顯示的數(shù)據(jù)與相應(yīng)的變量連接起來，當(dāng)進(jìn)入組態(tài)王的運行環(huán)境時，所顯示的數(shù)據(jù)就是PLC中寄存器所存儲的數(shù)據(jù)。從而實現(xiàn)了PLC中數(shù)據(jù)在組態(tài)王中的實時顯示。

上位機采用組態(tài)軟件中的組態(tài)王，這種軟件開發(fā)上位機界面友好、生動。根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計了以下幾個主要界面：

（1）主菜單。包括各個反應(yīng)池總貌、實時趨勢、歷史趨勢、報警設(shè)定、報警記錄、參數(shù)表、幫助等功能選項。用鼠標(biāo)點擊不同的選項按鈕，就會彈出相應(yīng)的畫面。各個畫面之間可以自由切換，并都具有屏幕拷貝和打印輸出功能。

（2）系統(tǒng)總貌。用以實時、動態(tài)地顯示各個反應(yīng)池的工藝流程、工藝參數(shù)和現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)。

（3）參數(shù)畫面。用以總覽所有參數(shù)實測值及流量等的累計值。

（4）趨勢畫面。實時趨勢畫面可動態(tài)顯示參數(shù)的變化曲線，歷史趨勢畫面可保留90 天的參數(shù)變化曲線，均可打印輸出。

（5）報警畫面。在語音報警同時，彈出報警框，提示故障位置，并記入歷史報警數(shù)據(jù)庫。

4.結(jié)語

該污水處理的PLC 控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便等特點，可廣泛應(yīng)用于污水處理廠及有關(guān)企業(yè)的污水處理，實現(xiàn)污水處理的自動化。采用PLC控制技術(shù)后，操作人員的工作量和勞動強度大大降低，對能源和設(shè)備的利用更加合理，解決了設(shè)備分散、復(fù)雜、難以控制的難題，實現(xiàn)了節(jié)約能源，降低能耗，穩(wěn)定出水指標(biāo)，并且達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，對改善環(huán)境水體質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。

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