PLC在净化水处理中的应用

吕宪启

山东省鄄城县净水厂 山东菏泽 274600

随着社会经济的飞速发展，人们的用电需求也逐年增加，因此对高性能、高规格参数的发电机的需求越来越大。与之对应的，可编程逻辑控制器在电气自动化控制水处理系统中的应用也越来越重要。

1 PLC控制系统应用于电气自动化水处理系统的重要性

PLC控制系统大多采取屏蔽及隔离的方法，所以不会受到外部因素的影响，能增强运行稳定性，同时能保证运行的可持续性。一般状况下，无故障运行可达到2万h。此外，PLC控制系统能根据要求随时进行编辑及更改，且能根据需求制作成不同的程序模块，包含各种专业功能模块。用户能按照自身需求选取相应的程序模块，并组装，进而实现需求指令要求或控制要求，并实现各种功能的有效控制。

2 PLC配置

考虑到净化水的用途和应用场合，要求实际操作简单方便。整个水处理系统由下位机PLC组成。本文以贝加莱公司的powerpapelpp35PLC为例作为下位机系统，通过人机交互界面相互通信。贝加莱公司的powerpapelpp35PLC其优点在于其紧凑智能（PowerPanelPP35）是中小型高元件密度，它的集成高性能中的PCC与数字量I/O的显示单元可作为复杂项目应用的方案，且设备可作模块化扩展，并且提供文本显示与高达QVGA分辨率的图形显示功能可供选择。

3 系统中的PLC程序设计应用

3.1 硬件设计

PLC控制站采用西门子CPU410SMART控制器及ET200PASMART系列IO模块，有冗余及不冗余两种解决方案。本工程中针对重要的MBR控制站采用冗余方案，其他PLC控制站采用非冗余方案。CPU410SMART配备有两个独立的PROFIBUSIO接口，标配带防护涂层（防护级别G3），集成48MB的装载储存器，CPU主频450MHz，平均处理时间110μs，最大IO寻址范围16kB输入/输出。ET200PA支持PROFIBUS总线冗余，通过两个互为备份的接口模块分别连接到两个控制器下的总线中，两个接口模块可进行无缝切换[1]。

3.2 硬件设计

PLC控制站采用西门子CPU410SMART控制器及ET200PASMART系列IO模块，有冗余及不冗余两种解决方案。本工程中针对重要的MBR控制站采用冗余方案，其他PLC控制站采用非冗余方案。CPU410SMART配备有两个独立的PROFIBUSIO接口，标配带防护涂层（防护级别G3），集成48MB的装载储存器，CPU主频450MHz，平均处理时间110μs，最大IO寻址范围16kB输入/输出。ET200PA支持PROFIBUS总线冗余，通过两个互为备份的接口模块分别连接到两个控制器下的总线中，两个接口模块可进行无缝切换。

3.3 上位机与下位机通信

该系统选用的上位机是MCGS嵌入式一体机触摸屏，对污水处理现场设备运行情况进行实时监视，同时对设备运行工作状态进行整改控制，使用人员能实时地对各仪器工作状态进行读取，排除突然出现的设备故障及各种突发问题。下位机选用了西门子公司的S7-1200PLC作为现场控制设备，通过STEP7编程软件VIA13对整个污水处理过程进行控制程序设计，根据开发商的控制要求灵活迅速地进行程序编辑。在通信过程中，用MCGS组态软件按钮控制PLC时，不能直接读写S7-1200中I输入继电器的值，需要用M内部寄存器进行中间转换，模式选择读写模式即可将数据写入S7-1200PLC中。用PLC控制MCGS中的灯时，只需在MCGS软件中设置采集PLC中I/Q继电器的值，模式同样选择只读模式。西门子PLC与昆仑通态MCGS通讯时，在PLC编程任务优先级。在单内核中，只能有1个任务被执行。μC/OS-III是一个抢占式内核，意味着μC/OS-III总是会运行任务优先级高的任务。另外，其职责是管理任务，协调和切换多个任务有序地占用CPU运行，多任务处理最大化CPU的功能。

4 实际应用分析

以MBR控制站为例，其控制范围包括：膜产水系统、维护行清洗系统、恢复性清洗系统、风管反洗系统、剩余污泥系统、混合液回流系统、仪表风系统。传统控制中各MBR膜单元的产水管流量计与产水泵变频器作PID控制，恒流量产水，操作人员根据来水情况手动设置膜单元的产水量。实际上市政污水处理厂的进水量不稳定，特别是夜间波动范围大，导致班组操作人员夜间必需时刻关注来水水量，并根据来水情况手动调整各MBR膜单元的产水量，操作强度很大。本工程在各MBR膜单元的恒流量控制的基础上，加入膜池的进水渠液位控制，使膜池的进水渠液位控制在设定范围内，MBR膜单元的产水量随膜池的进水渠液位变化而自动调节。

具体控制方法为：膜池的进水渠液位设置在3.9-4.1，每隔一定时间（液位判断周期）采集一次进水渠液位计数值。在液位判断周期内，如果液位高于设定范围，产水泵则按设定的流量增加值增加产水流量，反之则减少；如果液位在设定范围内，则产水泵流量不变。当瞬时来水量变化较大时，产水增减量数值应该变大，同时液位判断周期缩短；反之当瞬时来水量变化较小时，产水增减量数值应该变小，同时液位判断周期适当延长。

5 结语

PLC系统程序的设计工作在电气自动控制水处理中占据着举足轻重的地位。在电气自动化水处理系统中科学融入PLC技术能有效提升电气整体运行质量。在此过程中，需要加强PLC系统设计工作研究，设计科学的方案，然后根据相应程序进行严格执行，从而有效实现水处理系统的顺利运行。