浅谈自动化控制系统在污水处理厂的应用

摘要：污水处理是一个非常复杂的系统，整个过程的可变因素很多，需要一种高级的控制系统，本文对污水设备自动化控制技术和系统设计的应用解决方法进行了简单的探讨，实现对污水处理过程的自动控制。

关键词：污水处理；自动化控制系统；工业以太网

中图分类号：C931.9 文献标识码：A文章编号：

引言

污水处理是一个非常复杂的系统，整个过程的可变因素很多，如：水量、浓度、温度、机械设备运行情况等，因此需要一种高级的控制系统，使之能对生产过程出现的各种数据给予采集、计算，得出运行状态是否正常的结论，并能给操作人员以有益的提示。而自动化控制技术、计算机技术、工业自动化组态软件等相关技术的快速发展使污水处理系统实现真正的自动化成为可能。

本文浅析PLC组成的控制系统，对粗格栅、污水提升泵房、细格栅渠、曝气沉砂池、生物除臭装置、改良型 A2/O生化池、消毒池、二沉池及配水井、储泥池、脱水机房等各处理工艺段的参数进行采集、处理，对现场设备进行实时操作，并根据污水处理工艺要求对生化池反应进行控制，实现全过程的自动控制。

1 目前污水处理存在的不足

随着现代科学技术的发展，城市污水处理也经历了迅速发展的过程，总的来看，城市污水处理还存在一些不足：

（1）城市污水处理厂决策时，缺乏准确、及时的原始数据和情况分析；

（2）城市污水处理厂管理中的信息冗余、准确性差、不畅通；

（3）城市污水处理厂计划能力差，生产不均衡，影响出水水质和能源的合理利用。

2 污水处理厂自动化控制系统的实际应用

2.1 设计原则

（1）自动化控制系统应综合考虑生产、管理、安全、经济等诸多因数，各工艺生产过程和相关设备均应纳入自动化控制系统网络，使系统达到技术先进、性能可靠、价格合理。“集中监控和管理、分散控制、数据共享”以保证整个污水处理厂运行协调一致。

（2）满足污水处理厂生产管理、污水处理工艺对自动化控制的要求，保证自动化控制系统在配置上的完整性和适应性。集成化原则，应选择高效集成的设备，便于控制、管理和维护。模块化原则，应在软、硬件上都采用商业化、通用化、模块化结构的设备，使系统具有较强的扩展能力。

（3）硬件配置应符合国际工业标准，可靠性高、适应能力强、扩展灵活、操作维护简便。配置具有开放性结构、良好的人机界面、完整的系统平台软件；管理软件、监控软件、现场控制软件的编制从方便管理、控制最优的角度进行。

2.2 控制系统结构

本控制系统按参与生产程度级别划分为：管理级、控制级、现场级三个级别。

（1）管理级—中央控制室

中央控制室负责监控全厂水处理过程中各工艺参数变化、设备工作状态及运行管理。由于污水处理是一个连续的生产过程，一旦发生故障会对生产造成严重的影响，因此，在中央控制室配置二台工业用计算机，互为热备工作状态，确保数据的完整、准确。工程师站可对整个组态系统进行开发、调试、控制、参数修改以及采集数据、监控等。操作员站可通过各种画面监视全厂工艺参数变化情况、各设备的运行情况及故障发生情况等。

（2）控制级—现场控制站

现场控制站采用可编程控制器（PLC），它的主要功能是进行开关逻辑运算，对现场设备进行顺序控制、逻辑控制，接收由现场设备送来的信号，对采集的模拟量进行运算，并与上位机或同级的控制站进行信息数据的交换，从而实现对整个生产过程的自动控制。

（3）现场级—现场控制箱及仪表

现场设备一般位于被控生产过程的附近，主要包括各类传感器、变送器和执行设备以及就地控制箱等。其中，传感器和变送器采集现场数据，并将所采集的物理量转换成标准的电信号送往各现场控制站PLC。PLC将控制信号送给执行器，从而实现对现场设备的启停、开关控制。污水处理厂主要用到的仪表有：电磁流量计、超声波液位计、溶解氧测定仪、压力变送器、浊度仪等。

2.3 控制方式

污水处理厂自动控制方式有三种：就地手动控制、远程手动控制、远程自动控制，其控制级别按此顺序由高到低排列。

其中，就地手动控制的优先级别最高，当现场控制箱上的状态选择开关打到“就地”档时，由现场操作人员手动控制设备运行，上位机只能监视设备的运行情况而不能对设备进行操作；当状态选择开关打到“远程”档时，由PLC控制站或上位机的信号控制设备运行。远程控制又包括手动控制和自动控制。当现场控制箱上的状态选择开关打到“远程”档时，远程控制起作用。当设备处于“远程手动”时，操作人员可通过中央监控室的监控画面对现场设备进行启停、开关控制。远程手动控制一般用于测试单个设备的工作是否正常、测试通信网络的畅通与否、并辅助“自动控制”在自动控制出现故障时及时调节设备运行。当设备处于“远程自动”时，整个系统无需工作人员的参与，设备的运行完全由各现场控制站的PLC根据污水处理厂的实际工况及生产要求进行控制。

3 现场控制站监控范围和主要功能

3.1预处理系统控制站（LCU1）

LCU1站主要负责对污水预处理阶段即粗格栅间、污水提升泵房、细格栅、曝气沉砂池、生物除臭装置、进水参数等处的数据采集及设备监控。

本子站实现以下主要功能:根据粗格栅前后液位差或时间周期控制格栅机的启停，无轴螺旋输送机与格栅机连锁运行；根据液位控制潜污泵的启停台数，按照运行时间，先开先停某台水泵；根据液位差或时间周期控制细格栅机的启停，无轴螺旋输送机与细格栅机的联动；实现砂水分离器与排砂泵控制和联动运行；各个设备状态信号采集；各个生化参数采集；实现对鼓风总风量的监测。

3.2 1#变配电室控制站（LCU2）

LCU2 站监控范围为：1#鼓风机房、改良型A2/O 生化池、污泥泵房、消毒接触池、二沉池、二沉池配水井、中水处理装置、流量计井、1#变配电室范围内的设备、仪表以及出厂水质参数的检测。

本子站实现以下主要功能：对整个污水处理厂高、低压供电系统进行监视和报警;根据好氧池上的DO仪检测值，通过控制进气调节阀，实现对好氧区域DO的调节，达到最佳处理效果；DO的设定值可人工任意设定，控制范围在设定值的上下区间内；根据进水流量和污泥泵站液位控制回流污泥泵的启动，从而达到根据工艺要求控制回流污泥量；控制二沉池吸刮泥机的运行；回流和剩余污泥流量监测；远程手动控制潜水搅拌器等设备；各个设备状态及仪表信号的采集。

3.3 污泥脱水间控制站（LCU3）

LCU3 的控制范围为：储泥池、冲洗水池、污泥脱水间、絮凝剂投配系统。

本子站实现以下主要功能：检测离心脱水系统、絮凝剂投加系统等设备的运行、故障等状态信号。

4 主要设备的控制原理

4.1粗、细格栅的控制

在粗、细格栅机的前后位置安装一套超声波液位差计，通过格栅前后的液位差来反映格栅阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运行，清除垃圾，保障正常过水。同时，为了保证设备正常运行，当检测到格栅机一定时间没有运行，则强制设备运行，防止设备长时间不运行而出现问题或是由于液位差传感器的错误信号导致设备不能正常运行。

4.2污水提升泵的控制

为实现进水提升泵的自动控制，在提升泵房安装了2台超声波液位计，用以测量泵房的液位，实时传输到PLC控制器及上位机，进行系统分析，通过PLC中设置的参数对提升泵的运行自动控制，泵房共设置4台提升泵，三大一小，根据提升泵房的液位值，与预设的值进行比较，自动判断决定启动泵的类型和台数。根据泵累计运行时间，确定备用泵的启动，以均衡泵的耗损。

4.3曝气系统的控制

生化池好氧段内不同位置共安装了4台溶氧仪，PLC根据溶解氧DO实测值与设定值间的偏差和变化趋势调节风管调节阀的开度，使好氧段的溶解氧DO保持在一个理想的范围中。同时，鼓风机根据风管压力的变化调节前后导叶开度，保持出口压力的恒定。

4.4回流泵的控制

PLC根据进水流量和污泥泵站液位，与预设的参数进行比较，自动判断决定启动泵的台数，控制回流污泥量，保证生化池中的混合液浓度在一定的范围内。

4.5剩余污泥泵的控制

剩余污泥量是根据污泥脱水机的运行需要来进行控制的，通过测量贮泥池的液位来控制剩余污泥泵的运行台数，使得剩余污泥量满足脱水机的需要。

5 结 语

本文对自动化控制系统的设计原则、系统结构、现场控制站监控范围和主要功能以及控制原理等作了简略的介绍。通过采用先进的控制技术应用于污水处理，调控系统运行过程中相关参数的变化，使其保持良好的工作状态，系统运行更具安全性、稳定性，提高了工作效率，也降低了能耗和工人的劳动强度。随着科学技术的不断进步和发展，提高污水处理的自动控制程度已成为污水治理工程中一个广阔的拓展领域。

参考文献

[1]孙铁珩,李宪法.城市污水自然生态处理与资源化利用技术[M].北京:化学工业出版社,2006,1.

[2] 王小文. 水污染控制工程. 北京：煤炭工业出版社,2002