摘要：在城镇化建设飞速发展的社会背景下，工业、生活污水处理成为我国迫切解决问题，以往污水处理存在自动化程度不足、污水处理效率低下等一系列问题，所以当前需要加强污水处理力度，结合PLC技术，优化污水处理工艺流程与模块，提高自动化污水处理系统的可靠性、灵活性，以此来保护我国的环境，避免水资源匮乏情况出现。本文主要结合笔者工作经历，对PLC污水处理厂的自控系统设计进行分析，从而为有关人士提供有价值的参考。
关键词：PLC；污水处理厂；自控系统设计
在我国经济的推动下，城镇化以及工业建设速度逐年加快，在其发展过程中就会产生大量的污水，早期污水处理厂是借助污水收集系统，将收集而来的污水向城市下游河流排放，利用河水的自净功能来处理废水，但是现阶段污水成倍数递增，且污水成分十分复杂，在污水有害物质超标的情况下，会对水体、环境造成巨大的污染，所以当前污水处理厂需要改变工艺技术、设备落后的局面，构建高效的自控系统，实现废水的重新利用，从而实现社会的可持续发展。现阶段，我国在构建高效稳定的污水处理系统时，普遍借助PLC技术，其在污水处理中取得了良好的效果。由此可见，对基于PLC的污水处理厂自控系统设计进行分析具有重要的现实意义。
一、污水处理的系统构架
笔者在2009年-2012年从事非标自动化设备电气设计、PLC程序编写、触摸屏操作、现场调试、界面设计等工作，在2012年-2017年从事的工作开始涉及到电气材料选型、电镀直流铜排设计、现场电气安装指导、规划设计流水线设备操等，2017年-2019年笔者主导数控旋压机床电气控制系统设计、现场电气组装、调试以及液压系统控制工作，并从2018年开始承担平山污水处理厂二期改造提标项目电气控制系统设计与惠东泵站提标工程电气控制系统设计，在设计流程中，主控制器为PLC，在工作进程主要是通过收集水池液位信号对阀门与水泵的运行予以控制，并在总控制中心远程监控水池控制器的工作情况，而2020年发展至今负责的项目为现代农业观光乐园项目酒店与天益城二期三相配电系统项目。
笔者在长期的工作经历中发现污水处理可以分为上下两层的监控系统，上层控制室内主要的机械设备为两台中心监控计算机，下层的装置为可编程控制器，其分布在污水处理厂的各个位置，掌控阀门、风机、泵等设备的运行状况。从目前的情况看，污水处理厂的生产工艺主要由三个模块组成，一个模块为污水杂质的去除与处理，第二模块是利用序批式活性污泥来分离水、污泥，在该系统中，会依次完成物理化学反应、沉淀、排水、排污等工序，简化污水处理流程。第三个模块是进行水消毒、污泥烘干处理，这三个模块彼此分工明确，所以在各模块中都可以设计PLC站对现场的工作情况进行控制，并安装实施监控系统，对PLC站的圆形情况进行监测，总体来看，PLC属于分散式的集中管理系统。
二、PLC系统下污水处理厂自控系统设计
（一）硬件设计
PLC核心以CPU为主，将网络信息化技术、自动控制技术、通信技术集为一体，作为一种可编程控制器，在运行的过程中可靠性高，且具有良好的抗感染能力，在本设计方案中的组态硬件包括PLC控制站、中央监控系统组成（如图1），选取的硬件平台、软件平台都是进口的知名品牌，为了确保二者可以实现快速连接，选用以太网通信，确保系统构架可以稳定运行。污水处理厂自控系统中的硬件设计中网络主干为冗余工业以太环网，光线数值为100M，且通信介质为光纤，该PLC组态硬件可以有效满足污水处理厂设备、工艺参数的监控要求，由于系统结构以分层、分布式为主，所以其操作方式具有多样性，不仅可以在现场进行手动控制，同时还可以实现远程直接控制与自动化控制。
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图1模块面板接口
在PLC模拟量输入模块的设计上，其需要具有表1所示的特性，模块具有工业测量的性能，并与设备、传感器、发射器进行紧密连接，可以发挥其测量、远程监控、连续控制的功能，在每路输入上，模块提供的电压与电流范围十分广泛，具体可以依据污水处理厂的运行需求进行选择，标准化的模块配置有25针Sub-D连接器、螺钉端子块等。在通讯模块中是在太网架构中实现通讯，其内部包括的结构由通讯通道。
表1PLC模块所需特性
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（二）软件设计
在软件设计过程中，程序控制首先需要进入到回转式机械粗格栅，拦截污水中大颗粒的悬浮物时，避免损坏器械设备，在大颗粒悬浮拦截之后，会进入沉砂池，在该环节之前，需要布置好细格栅，在大隔离悬浮物拦截后，需要对小颗粒悬浮物予以拦截，在沉砂池中借助水力以及相关的机械设备，使其产生旋流，分离有机物与泥沙，该环节主要体现的是物理处理技术。污水处理厂的粗格栅除污机的自动化控制主要是PLC程序控制，主要依据液位差、时间区间进行运行。其次，应该开展污水提升泵运行的程序控制（图2），污水提升泵3台以上，其中一台设备进行备用，每台污水提升泵需要在计算机监控下由PLC系统进行控制，以此来减少能源消耗，延长设备的使用时间。最后，需要开展曝气机电气设计，在设计曝气机电路时，需要利用变频机控制罗茨风机的运转速度与频率，全面控制曝气池内的氧气，确保微生物可以在生物反应的作用下，降解有机产物，达到净水的目的，在实际工作进程中，操作人员按下启动按钮，曝气机开始自动运行，松开按钮，曝气机停止运行。
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（三）系统基本结构的构建
①中控室设计：在中控室需要配备备用工作平台，并在主操作站中添加PLC编程系统，实现动态化的远程编程操作，并借助先进的网络技术来控制现场，一旦发现问题可以进行及时调控，并且中控室的作用也体现在管理自控系统中，全面检测各种设备的信息，动态化的调控PLC站信息数据。②PLC控制主站的系统：将PLC1、PLC2、PLC3、PLC4分别配置在污水处理厂配电室内、污泥脱水间、加药配电室、滤池操作间，PLC1的作为自动化系统的核心部分，可以采集与控制氧化物、生物反应池、鼓风机房设备等，并且也可以控制推流、鼓风机等环境，因此PLC1控制主站的设计至关重要，需要对其加强监督管理，在设计PLC1控制主站系统时，需要合理调节控制器数量、稳定性，使其与实际发展要求相符，经过多方研究发现PLC1可以采用拓展硬件法，主要是选择具有高负载能力、拓展能力的CPU，之后需要增添电源模块以及电线。PLC2采集与控制的主要是污泥脱水、泥饼设备的信号，由于所需管控的设备有限，所以在方式的选择上，可以结合远程控制、现场控制，在这一过程中涉及污泥进料泵、输送机等，之后借助手动方式来控制溶药设备，如果储药箱的液体数值过低，系统会发出警报，现场人员需要在短时间内进行补药，在启动污泥泵后，会依据储泥池内部的泥位高度进行自动化处理。PLC3控制的是投药泵、PAC絮凝剂等，PLC2中涉及的系统主要由厂家进行设计，可以将控制主站、太网有效连接，确保数据信息可以实现高效的交流与传递。PLC4位于滤池操作间，其采集与控制的信号为反冲洗、絮凝沉淀池等，PLC4控制的设备较多，属于污水处理厂的最终环节，所以其控制效果与水质质量相关，在设计自动控制系统时，应对其设计工作引起重视，在进行硬件选择上，提倡以1769-30ER为主。③PLC1控制子站的设计：PLC1控制子站与控制主站具有密切的联系，与控制主站相比，PLC1控制子站无独立的CPU装置，但是其物理地址是独立的，在其工作过程中，且协议地址为TCP/IP ，在其基础上与PLC1进行数据交换，为了确保污水处理工艺具有较高的安全性与可靠性，需要增加成本投入，使用先进的软件设备与硬件系统，具体在系统设计的过程中，选择的模块应与PLC1同厂家制作，将其作为控制子站的硬件平台有效处理各个设备以及工艺环节。④通信网络设计：通信方式属于PLC污水处理自控系统的关键，为了有效提高监控计算机的通信速率，使各个PLC之间可以进行有效进行信息交换，预防通信瓶颈问题的出现，应以ControllLink作为主要的通信模块，使得上下层之间进行有效通信，可以直通上位监控机、PLC的网络模块，并对地址表进行安排，以相关命令为依据来交换数据。
结束语：综上所述，在污水处理自控系统中应用PLC属于社会发展的必要趋势，所以当前需要认真分析污水处理厂系统构架，然后在PLC技术下开展硬件与软件设计，掌握系统基本结构的构建方法，以此来健全污水处理自动化控制系统，全面监督与控制污水处理的设备与操作情况，将污水处理效率进一步提高，确保污水理厂排放的水质满足国家的环保需求，从而真正实现节能环保的目的。
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