摘要：
由于我国城市化、工业化的快速推进，大量生活废水与工业废水排放了出来，使得我国当前的水资源质量大幅度降低，水体污染问题日益严峻。为了确保我国经济的可持续发展，对污水展开处理已经是城市建设中的重点内容。目前，由于人们对水环境保护的逐步关注，使得污水处理的自动化程度逐步增强，提升了水处理的经济效益和效率。为此，本文对基于PLC的水处理自动控制系统的设计展开探究。
关键词：PLC；水处理；自动控制系统
前言
由于社会经济的快速发展，人们的用水量逐步提升，产生的污水不但对自然环境造成了极大的影响，同时还干扰到了人们的正常生产生活。目前，因为污水量的逐步增加，使得之前的污水处理系统已经难以满足现在的水处理需求，所以，使用先进的自动化控制技术，增强污水处理的实效性，是现在水处理厂的第一研究目标，以此来增强污水处理的效率。
1.可编程逻辑控制器（PLC）的相关简介
PLC属于工业自动控制装置的一种，是工业生产自动化的重要支撑内容（CAD/CAM、机器人、PLC等）。PLC是自动化生产的关键设备，拥有使用方便、可靠性强、控制功能强等特点，能够满足于多种控制需求的多种受控对象。PLC的种类能够通过结构形式或者I/O点数展开划分。
根据结构形式能够分为：模块式PLC和整体式PLC。
1．1模块式PLC
模块式PLC指的是把PLC多个部分拆分为几个单独的模块，例如I/O模块、电源模块、CPU模块等多种功能的模块。模块式PLC是一种多功能性的模块框架，有的PLC丢失帧，多个模块安装在底部。一般的大中型PLC能够使用模块化的结构，其拥有方便进行修复、扩展、安装方便、配置灵活等特点。
1.2整体式PLC
整体式PLC，也叫作箱体式PLC或者单元式PLC。它是把CPU、I/O组件、电源等融合在一个机箱内。其拥有结构紧凑、体积小、价格低等优点。一般小型PLC都使用该种结构。多种不同的I/O点数的基本单元和扩展单元组成整体式PLC。基本单元中拥有I/O、CPU、电源等。扩展单元中只有I/O与电源。大多数能够通过扁平电缆把扩展单元和基本单元相连。
根据I/O点数能够分为小、中、大型三种。不超过64点的是微型PLC，不超过512点的是小型PLC，512～2048点的为中型PLC，超过2048点的是大型PLC。
2.PLC自动控制系统的关键功能
该系统可以对水处理厂中所有的生产工艺中需要的全部数据，比如水质、电量、液位、流量等展开实时监测，及时获得并分析相关的数据，展开信息的存储。同时，PLC可以对厂里的核心装置作业实况有效的予以掌控，并计算出重要部件的工作时间和启停次数，得出报表，提供给检修部门当作检修的关键凭证。对相关部件展开综合的把控，例如有效掌控泵、阀门、风机等。除此之外，还能够在中控室中对用到的全部部件展开问题报警、越限报警、远程控制等，并对相关报警内容予以研究，对出现的问题展开追忆。其拥有自动控制、遥控、手动控制等三种方式。
3.PLC控制技术在水处理自动控制系统中的使用
自动化控制系统在水处理过程中的使用，既能够对多个生产工艺环节展开监控，还能够对生产流程展开有效的控制，从而极大的降低人力资源的成本，使得企业的经济效益尽可能的最大化。
（1）水质指标与处理工艺。现在，我国大多数的水处理厂都是通过A2/O技术对水进行处理，该技术是对传统的A/O技术的完善，生物反应是其依靠的原理，这个工艺最为明显的特点在于能够在脱氮时高效的除去污水中的磷，污水在该技术下进行过滤，它的对应指标能够满足我国环保部门的具体规定。我国污水处理厂的对应水质标准详见表1。
表1.水质指标
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（2）自动控制系统的整体架构。根据污水处理厂的生产工艺特征，使用DCS控制的系统，其核心是通过中控室、1个控制子站（PLC1-I01）和4个控制主站构成（PLC1、PLC2、PLC3、PLC4）。控制子站使用1794-AENT系列的远程I/O子站，而全部控制主站都使用的是AB公司的1769-L3X控制器，控制子站通过以太网和PLC1控制主站展开通信，所有的PLC主站中都拥有终端HMI。
（3）PLC控制站的设置。在污水处理厂的自动控制系统中，共有一个PLC控制子站和四个PLC控制主站。PLC控制子站可以安装在预处理配电间内，其功能是对污水预处理装置工艺参数展开监控；而四个PLC控制主站中，PLC1可以安装在配电间内，它的功能是对二沉池、、回流污泥泵房、氧化沟等装置的对应数据进行监控；PLC2可以安装在污泥脱水间内，它可以对泥饼制备以及、污泥脱水系统相关参数展开监控；PLC3能够放置在加药配电间中，其目的是为了对PAC絮凝剂配置、投药泵、ClO发生器等设备工艺参数的监控；PLC4能够设置在滤池操作间中，其目的是为了对出水水质监测、絮凝沉淀池、反冲洗等作业过程展开监控；中控室安装在管理大楼内，通过组态软件，相关工作人员就能够对PLC进行软件编程。
4.控制站的设计和实现
4.1中控室的设计
在中控室里面加上了2个工作站，并在关键操作站里面加上了PLC编程软件，它可以对正在现场中的PLC实施远程编程，在网络的连接下使得编译好的程序安装在固定控制站中，从而能够时刻对程序实施更改和测试。中控室通过组态管理DCS系统，就能够有效的监控系统中的相关信息，对多个PLC站的工作状况予以及时的控制。中控室能够对生物反应池的回流污泥泵、二沉池刮泥机、生物反应池的曝气、氧化沟反应池的推流与曝气等展开控制。
4.2PLC1-I01控制子站设计
由于PLC1主站与PLC1-I01控制子站是挂靠的关系，因此它不具备CPU，但拥有物理地址，因此它可以利用TCP/IP协议与PLC1展开以太网通讯，进而展开信息的传递。为了让污水处理工艺程序的连续性得到保障，并最大限度的节约硬件花费，就能够在设计中应用和PLC1一样的1794-AENT远程I/O模块，并把其当作硬件设备。1794-AENT系列远程I/O控制器拥有RJ45以太网通讯网口，能够通过厂区中的光纤环网由配电间PLC1控制主站和以太网协议展开信息和通讯交换，进而达到监控污水预处理工艺过程的目的。按照计算I/O点数：AO使用1794-OE4模拟输出模块1块，总点数为4点；AI使用1794-IE8模拟输入模块1块，总点数8块；DO使用1794-OB16数字输入模块2块，总点数32点；DI使用1794-IB16数字输入模块4块，总点数为64点。按照污水处理时不同仪表和设备设的要求，子站模拟量I/O模块大多为电流型。其能够对旋流除砂系统、运输机、格栅系统、进水提升泵等展开有效的控制。
预处理PLC1-I01子站的安装位于预处理配电间，距离控制主站PLC1配电间的距离在120m左右，同时由于预处理环节结束后污水会进入由PLC1主站所控制的AAO生物池与氧化沟反应工艺环节。
4.3PLC1控制主站的设计
PLC1是本装置的核心构成部分，水处理厂实施水处理的核心部分一般都是利用PLC1控制主站实施的控制，例如污泥回流、氧化沟反应、生物反应等过程，并且PLC1还和污泥泵的控制、鼓风机、推流、曝气等内容有着密切的联系。因为PLC1控制主站的监控节点十分多，因此其作用十分重要。在对其进行设计的过程中，需要有效思考其在稳定性和控制器点数上的问题。通过相关分析后，就能够使用硬件拓展的方式对其实施硬件配置，对应的设计程序为：第一要从PLC中挑选负载能力较好且可以展开拓展的CPU模块L33E，并为其配置2个拓展电缆和电源模块，按照得到的I/O点数，使用对应的方案对I/O模块展开挑选：AO使用3块0F8C输入模块，其总点数能够拥有24点；AI使用1块IF8输入模块和3块IF16输入模块，总点数能够拥有56点；DO使用2块OB32输入模块，总点数能够拥有64点；DI使用8块IQ32输入模块，总点数能够拥有256点。I/O点数的统计结果如下：AO16个，AI42个，DO51个，DI205个。
4.4PLC2的设计
PLC2控住主站能够在污泥脱水间中进行安装，究其原因是由于污泥脱水间中设备不多，因此就能够通过现场添加上远程控制的方法对其展开设备的控制，例如进行输送机、加药装置、污泥进料泵、离心式脱水机等。溶药机器可以在手动操作下予以控制，假如贮药箱中的药量过少，它就可以立即进行提醒，所以现场的操作工作者一定要根据情况及时合理地往药箱中补充药液。在污泥泵实施作业后，它就可以照着贮泥池中污泥的多少自动启停。在PLC的控制中，浓缩脱水机和螺旋输送机就能够展开持续作业。
4.5PLC3的设计
PLC3控制主站一般安装在加药间内，里面一共有2套系统，其一为二氧化氯发生系统，其二为PAC絮凝剂投加及制备系统。这2个系统全部都由AB公司提供，使用西门子S7-200PLC。因此，可以使用PLC3与以太网实施连接，和通讯层连接在一起后，就能够使用污水处理自控系统与OPC的上位PC机展开有效的通讯。
4.6PLC4的设计
该控制主站能够在滤池操作间中进行安装，它是全部系统中控制设备最多的站，由于该站中的监控过程位于全部污水处理程序的最后一步，因此，水质的好坏直接受到PLC控制效果的作用。在设计自动控制系统时，需要着重对该部分内容展开设计，在其硬件的配置中，使用1769-30ER当作CPU模块，AO使用1个OF8C输入模块，总点数拥有8点；AI使用2个IF16输入模块，总点数能够拥有32点；DO使用3个OB32输出模块，总点数能够拥有96点；DI使用5块IQ32输入模块，总点数能够拥有160点。
因为中间提升泵房的控制程序和进水提升相同，而混合絮凝池的混合搅拌器与絮凝搅拌器一般状态下都处于常开状态，反冲洗废水池和接触消毒池的潜污泵大多是由操作工作者在上位机界面展开远程操作，因此PLC4控住主站的关键在于滤池的工艺。
结束语：
综上所述，我国的污水处理技术和国外相比差距还较大，这是因为我国的污水处理发展较晚，从而使得污水处理厂在生产中效能较低。因此，把PLC控制器运用到污水处理系统中，能够有效的发现系统工作的情况，同时其维护也非常方便，使用较为简单，具有非常良好的推广前景。但是，我们还是需要注意的是，在解决污水问题中，以后的发展道路还非常漫长，相关水处理企业要深入探究污水处理的相关原理和技术特点，在污水处理中使用先进的技术，逐步增强污水处理的自动化控制水平，从而进一步推动节能减排工程的有效开展。
参考文献：
[1]李刚，李辉.基于PLC的污水处理自动控制系统设计[J].石油化工自动化，2018，6.
[2]熊虎.基于PLC的污水处理自动控制系统设计[D].湖南大学，2018.
[3]孙艳萍，谢国.基于PLC的污水处理厂自动控制系统的设计[J].新技术新工艺，2017，12.