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基於PLC的大型超濾污水處理控制系統的研究通過對超濾污水處理系統中存在產水效率低、系統不穩定性、水錘嚴重等問題的研究，本文引入了「廊道競爭」、「自適應梯階進水」、「S曲線停泵」、「PWM閥門控制」等控制方法，最終實現了超濾污水處理系統的長期穩定高效可靠運行。

關鍵詞：超濾；廊道競爭；水錘；自適應；PWM

案例背景介紹

1 引言

隨着水處理工藝流程的快速發展，其控制方法也越來越複雜，而對於大型超濾污水處理系統將存在更多的自動控制難題。如何實現超濾污水處理系統高效、穩定、可靠及安全的運行，將成為大型超濾污水處理系統未來大規模發展所需研究的重點。本文以北京市小紅門污水處理廠60萬噸/天超濾污水處理系統為研究對象，通過對反洗和氣擦洗時廊道競爭問題的解決，不但保證了超濾膜的安全，同時也實現了產量的最大化；針對於來水量的非穩定性問題，採用自適應梯階進水控制方法，實現了「按需控制」的理念，即根據當前實際需要處理的水量去控制系統的處理能力，保證了整個超濾系統的持續穩定的運行；水錘問題一直是限制大型超濾控制系統發展的問題之一，本研究通過採用變頻S曲線停泵及PWM閥門控制技術，較好的減少了水錘衝擊。為了實現高效產水，採用隊列調度算法，可以合理解決廊道競爭的問題。引入雙環網技術（大環+小環），實現了整個系統的穩定性。

案例實施與應用情況

2 超濾污水處理系統

2.1　超濾污水處理系統原理

超濾污水處理是一種與膜孔徑大小相關的篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大於膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，因而實現對原液的的淨化、分離和濃縮的目的。超濾污水處理系統是應用大規模的超濾膜對大量污水的篩選最終達到淨化篩選的功能，從而實現污水處理的效果。本文研究的系統所採用的是碧水源超濾膜。

2.2　超濾污水處理控制概況

超濾污水處理控制系統是通過採用自動化控制技術，實現超濾污水處理系統的自動控制及自動生產的系統。本控制系統採用羅克韋爾自動化PLC作為主控制器，以閥島作為遠程I/O來控制系統中的廊道氣動閥，通過「主環+子環」的系統網絡，將各個站點進行連接通訊。

本系統的硬件配置圖。本系統共由三個主站和48個子站構成，三個主站都具有以太網通信功能，並自成一個大環網。每個主站下分別連接有16個子站，這16個子站自成為一個小環網。為了後續描述方便，我們將三個主站和48個子站分別作了編號和區域劃分命名。具體分為1號主站和其下的16個子站，我們將其稱為超濾1系列，其內16個子站我們將其按廊道號一一對應成為1至16號子站。2號主站及其下的16個子站稱為超濾2系列，同理其子站編號為17至32號子站。3號主站及其下的16個子站稱為超濾3系列，同理其子站編號為33至48號子站與超濾的33號至48號廊道設備一一對應。

每個子站是具有以太網口的，且每個系列的16個子站從地理位置來講，距離較近，因此系統中採用4組閥島子站共用一個交換機。交換機與交換機之間採用光纖鏈接。閥島與交換機之間採用雙絞線鏈接。超濾系統上位機監控系統位於大環網中，可對整個超濾系統進行監控。

3. 超濾污水處理控制系統

本系統從控制功能上將分為進水控制、產水及酸鹼清洗控制、水錘及其他附屬控制三部分。

3.1 進水控制

進水控制需要實現將集水池中的水注入超濾膜中。但是在注入過程中，考慮到超濾膜絲的耐壓性，因此應使用恆壓的方式向超濾膜注水。集水池作為一個緩衝來水的容器，有一定的水量承載能力，但是不能進行大量未為承載，只能應變小水量的變化，因此在控制中需要考慮到來水量的變化對集水池衝擊的同時，還應充分考慮超濾膜的處理水量的能力問題。

本系統每個系列由8台進水泵，分別需要採用恆壓進水的方式。壓力的設定與產水的流量是一一對應，此參數由碧水源超濾膜的性能決定，可根據其產品說明書中查詢參數對照表。在正常運行過程中，集水池的液位應保持在一個安全的液位範圍內。但是集水池的來水量隨着每天人們生活排水量決定，而排水量又與人們的日常生活習慣有關。

二十四小時平均進水量趨勢圖如圖2所示，從圖可以看出，在早上7點左右進水量逐漸增大，當到達十一點左右到達第一次峰值。這是由於人們早上用水量增大，通常情況下早上七點左右為用水高峰，而通過管網的延時，導致進水量在十點左右到達高峰。同樣的十三點和第二天零點分別是兩次進水高峰。第三次高峰段的延長是由於這段時間人們生活所致，例如晚飯時間用水及洗澡時間的用水等造成水量的持續高峰。