概述
1、概況：
相關資料顯示，美國平均每1萬人擁有1座污水處理廠，英國和德國則每7000~8000人就擁有1座污水處理廠，而中國每150萬人才擁有一座污水處理廠。所以在中國污水處理是迫切的，而污水處理的市場也呈現出一派蓬勃的景象。
2、常用的污水處理工藝：
污水處理的方法主要有物理、化學、物理化學以及生物等幾種。這些方法根據實際情況，可以單一使用，也可以針對不同的污水混合使用。目前，污水處理的方法一般以生物處理方法為主輔以物理處理法和化學處理法。常用的工藝有以下幾種：
(1)傳統活性污泥法。最古老的污水處理工藝，關鍵組成部分為曝氣池與沉淀池。污水中的有機物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中微生物絮體下沉，經過一段時間后，就可以輸出清水，同時為了保持曝氣池中污泥的濃度，沉淀池中經過沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝氣池中。
該工藝的優點有：有機物去除率高;污泥負荷高;池的容積小;耗電省，運行成本低。
該工藝的缺點有：普通曝氣法占地多，因而建設投資大;僅能滿足污水處理 標準中的相關指標;容易產生污泥膨脹現象;磷和氮的去除率低。
(2)A/O法。在傳統活性污泥法的基礎上發展起來的一種污水處理工藝，其中A代表Anocix(缺氧的)，O代表Oxic(好氧的)。A/O法是一種缺氧—好氧生物污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化—反硝化反應系統，很好地處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是硝化—反硝化反應系統需要得到很好的控制，這樣就對該工藝提出了更高的管理要求，這也形成了該工藝的一大缺點。
(3)氧化溝法。是活性污泥法的一種變形，屬于低負荷、延時曝氣活性污泥法。廢水和活性污泥的混合液在環狀的曝氣渠道中不斷地循環流動，因此又被稱為“循環曝氣池”。氧化溝法具有處理工藝及構筑物簡單、無初沉淀池和污泥硝化池、有機物去除率較高、脫氮、除磷(溝前增設厭氧池)、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩定等優點，但存在負荷低、占地大、耗電大、運轉費用偏高的缺點，適用于中小規模的低負荷污水處理廠。可根據構筑物不同分為：卡魯塞爾氧化溝法、奧貝爾氧化法和一體化氧化溝法。
另外還有A2/O法，A/B法， SBR法及UNITANK法，在這里就不詳盡介紹，，如需了解詳細，請查閱相關專業資料。
3、污水處理系統控制形式
(1)DCS系統。是集散控制系統的簡稱，又稱為分布式計算機控制系統，是由計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通信網絡技術等相互滲透形成的。有計算機和現場終端組成，通過網絡將現場控制站、檢測站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產過程，可提高生產自動化水平和管理水平，其主要特點如下：
①采用分級分布式控制，減少了系統的信息傳輸量，使系統應用程序比較簡單。
②實現了真正的分散控制，使系統的危險性分散，可靠性提高。
③擴展能力較強。
④軟硬件資源豐富，可適應各種要求。
⑤實時性好，響應快。
(2)現場總線控制系統。是由DCS和PLC發展而來的，是基于現場總線的自動控制系統。該系統按照公開、規范的通信協議在智能設備與計算機之間進行數據傳輸和交換，從而實現控制與管理一體化的自動控制系統，其優點如下所示：
①可利用計算機豐富的軟硬件資源。
②響應快，實時性好。
③通信協議公開，不同產品可互連。
(3)PLC系統。可編程邏輯控制器用于處理系統的控制器，實現控制系統的功能要求，也可利用計算機作為上位機，通過網絡連接PLC，對生產過程進行實時監控，其特點如下：
①編程方便、開發周期短、維護容易。
②通用性強，使用方便。
③控制能力強。
④模塊化結構，擴展能力強。
系統設計
1、污水處理系統的工作原理
(1)控制系統總體框架圖：如圖2所示，NA400 PLC為核心控制器，通過檢測操作板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入以及相關模擬量的輸入，完成相關設備的運行、停止和調速控制。
圖2
(2)工作過程：在手動狀態下，各類設備的控制是根據操作面板的按鈕輸入來控制，無邏輯限制，即可不根據傳感器的狀態進行控制。在自動方式下，進行閉環控制，系統根據檢測到外部傳感器的狀態對設備進行啟挺控制，其工作過程如圖3
①接通電源，啟動自動控制方式，啟動潛水攪拌器和刮泥機。
②運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環運行。
③根據反饋回來的液位差狀態控制清污機的運行和停止。
④進水泵房中的潛水泵根據液面的高低進行運行、停止及運行數量的控制。
⑤轉碟曝氣機根據溶解氧儀反饋的模擬量經PLC運算后進行控制，同時控制分離機的運行和停止。
⑥污泥回流泵的運行和停止根據液面的高低進行控制。
⑦在污泥脫水系統中，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設備。
圖3
2、硬件系統配置
(1)PLC選型。根據污水處理系統的電氣控制系統的功能要求，以及其復雜程度，從經濟性、可靠性等方面考慮，選擇NA-400PLC作為污水處理系統的電氣控制系統的控制主機。該系統涉及的數字量輸入/輸出點較多，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求，因此也需要擴展模擬量輸入/輸出模塊。具體配置如表1
(2)PLC的I/O點資源配置
①數字量輸入部分，在此控制系統中，所需要的輸入量基本上屬于數字量，主要包括各種控制按鈕、旋轉按鈕及數字輸入，共31個數字量輸入，如表2所示。
表2
②數字量輸出部分。在這個控制系統中，主要輸出控制的設備有各種接觸器、閥門等，共有19個輸出點，其中具體分配如
表3
③模擬量輸入部分。由于需要采集一個溶解氧儀所反饋的數據，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體如表4所示
表4
④模擬量輸出部分。在此控制系統中需要將采集回來的模擬量進行數據處理，然后，通過模擬量輸出口對變頻器進行控制，進而控制其他設備的運行，如表5所示
表5
(3)其他資源配置
①接觸器 此系統共需17個接觸器：格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接觸器、分離機接觸器、轉碟曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、刮泥機接觸器等。
②變頻器 使用SIEMENS MM430變頻器，其為風機水泵負載專用變頻器，。在此控制系統中，需要對變頻器進行通信控制，因此需要先對變頻器的參數進行設置，主要對以下幾個參數進行調整，如表6所示
對于次系統的變頻器，在進行手動調試時采用通信控制，因此需要改變變頻器的參數。
③各類按鈕、人機界面、液位差計、溶解氧儀等。
3、軟件系統設計
在設計程序過程中，會使用到許多中間繼電器、寄存器、定時器等軟元件，為了便于編程及修改，在程序編寫前先列出可能用到的軟元件，如表7所示。
(1)手動控制程序：在系統上電后，控制方式選擇手動方式時，可通過面板上的按牛控制每個設備的運行。設置手動主要是便于在生產線初裝時進行調試，檢測各個設備是否能正常運行，手動控制程序如下。
(2)自動控制程序：在生產中，大多采用自動過程進行控制，系統通過傳感器的反饋信號來控制設備的啟動和停止，以及調速控制，自動控制程序如下所示。
(3)功能程序：在此系統中，采用模塊化編程，功能塊涉及粗、細格柵機，潛水泵，除污系統，污泥回流系統及變頻器通訊等。這里只舉例介紹其中幾種并重點介紹與變頻器通訊的功能塊。
①粗格柵機系統程序，完成粗格柵機和清污機的控制，系統梯形圖如下。
②曝氣沉砂系統程序，完成對轉碟曝氣機運行、調速及停止的控制，曝氣沉砂系統梯形圖程序如下。
③變頻器讀取參數程序，用于變頻器的輸出頻率，變頻器讀參數梯形圖程序如下所示。
④PID指令，用于模擬量的處理，輸出數據AOUT到%QW0001，用于輸出模擬量來控制其他設備的運行。
1.硬件方面的問題
在污水處理系統中，主要的硬件問題包括機械結構和PLC的外圍電路設計和接線處。
機械結構上的問題主要是轉碟曝氣機的安裝位置，需要根據氧化池的結構，放置在合適的位置上。若位置合適則可使用少量的曝氣機就能完成供氧的功能。在PLC的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護設備。由于輸出都是和接觸器等元件連接，接觸器的突然斷開和閉合會形成突變波形對PLC的輸出端子造成損壞，因此需要加裝一些保護裝置，例如，續流二極管等，增加觸點的壽命。
2.軟件方面的問題
在程序編寫完畢后，需要首先在電腦上對程序進行軟件仿真，主要是檢查是否存在各種錯誤，可利用NAPro自帶的仿真軟件。然后通過模擬硬件的方式檢查程序是否存在邏輯上的錯誤。調試時，可根據功能模塊分類分別調試，最后進行總體調試。
設計小結
此控制系統采用了南大傲拓科技有限公司的NA400系列PLC作為核心控制設備。在該系統中利用定時器和計數器組合實現了長時間定時，變頻器的控制方式采用模擬量控制，通過PID指令實現閉環控制，達到了污水處理系統的控制要求。在此要感謝山東飛洋環境工程有限公司的電氣工程師張云峰，在他的大力幫助下，是文章的內容得到極大的豐富。
