污水处理厂日常运行和管理自动化程度分析

[摘 要]随城市的发展进程逐步加快，解决城市水污染问题也是刻不容缓。目前，在传统污水厂中采用的控制系统都是比较单一的进行远程控制功能，在保证稳定出水的前提下，加强自动化系统程度不仅可以提高设备的使用效率和寿命，及时分析污水在各处理单元的状态，保证污水处理能力，而且可以有效降低劳动强度，提高管理水平。在线监测仪器具有快速性和连续性，数据分析可靠性更强、效率更高，既能自动完成数据统计还能降低人员配置，自动化控制程度的提高将具是日后的发展趋势。

[关键词]污水厂；自动化控制；控制层；监控及报警；数据分析、保存及

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0116-01

一、自动化控制的特点：

1.1 原理

自动化控制负责现场端设备、仪器和仪表的控制工作，收集设备有关信息并作出相应的处理和储存数据，迅速、准确、有效地完成中央控制室对现场端的监视和控制。中控系统分析通过数据进行分析，按既定的数据范围控制工艺流程，如出现数据异常警报提示，重大异常自动保护安全停机，及时保护设备和人生安全。

1.2 功能

自控系统的主要功能是预先编制好运行程序，下载至现场可编程逻辑控制器，现场控制箱控制远程或本地运行，如远程运行则在中央控制室上位机执行远程自动控制或手动控制，自动控制则是按既定好的逻辑程序运行，手动控制则是人为执行操作步骤；本地运行一般也分为本地手动和本地自动，本地控制与远程控制方式一样。数据分析系统的主要功能是记录设备反馈和人为调整的运行参数，建立工艺数据曲线。

二、自动化控制配置

2.1中央控制室配置

污水处理厂远程控制中心设立在中央控制室，由主从上位机2台、视频监控机1台、光网络交换机、连接通讯光缆、UPS电池、投影仪一台等几部分组成。

中央控制室负责监控和管理各现场仪器仪表的工作，收集有关数据并作相应处理和储存；24小时不间断的完成对被控对象的监视和控制。普通权限操作员可以在上位机通过人机接口对数据库和画面进行在线修改，进行人工设定、设置监控状态、设置报警值、故障点查询、历史记录查询等功能，高级权限操作员还可进行不同班次的操作记录查询、现场端逻辑器程序修改、人机对话画面更改、监控指标增删等。上位机系统分为主从机，主机负责记录历史数据，当主机故障时，从机自动升级为主机，并接管数据记录任务，避免引起数据冲突，原主机修复后，连接进网络自动变为从机。

2.2 现场控制层配置

现场控制层由可编程逻辑控制器、光网络交换机、UPS电池、防雷模块、和设备、

器组成。

可编程控制器监控范围包括水泵、风机、水闸、粗细格栅等电机设备、COD、氨氮、总磷、PH、ORP、DO、压力计和泥位计等分析和过程仪表，通过工业以太网络或西门子？Profibus-DP总线实现各现场仪器与可编程控制器连接并交换信息，实现现场设备的监控及数据共享。当控制层可编程控制器因故障停机时，现场设备可保持运行状态独立运行而不受影响。

2.3 通讯网络及设备配置

网络结构形式建议采用工业以太网，网络通讯介质为多模光纤和屏蔽双绞线。网络传输采用Modbus协议，现普遍设备仪器都配备Modbus输出，？Profibus-DP普及率不高，且配件成本较贵，市面上较少存有现货，对维修造成一定影响。网络传输率为9600Mbit/s，节点数可达340个，网络上的任意一节点可以实时向网络上其它节点或上位机发送信息，更直接的实现逻辑关系，某一节点故障时，自动从网络上退出，不影响网络上其他节点传输信息，上位机监控系统不会因任何一个节点发生故障而引起系统的误操作。网络技术成熟可靠，符合国内外标准。

2.4 系统软件配置

（1）系统软件：采用中文版的美国微软正版软件，该软件具有良好的实时性、稳定性、可靠性，且系统管理保密性好。用于操作系统，简单容易上手，它管理整个上位机系统的所有资源，包括应用软件和外部设备等。

（2）应用软件：采用FIX7.0开发软件、3D图形软件和PLC编程软件，用于程序的编辑、编译、软件连接等。具有良好的人机界面和全开放特性。它是可以兼容运行多种通讯协议的监控软件，与不同通讯协议的设备交换数据，其数据生产、监控画面、控制流程、报表等配置灵活，使用和维护方便。

2.5 保护层配置

（1）防雷保护：污水厂整体防雷保护归纳为DBSC技术，即分流-均压-屏蔽-接地，实践也证明这四个要素是避雷保护中最有效的最重要的几个方面。第一级防雷安装在污水厂低压配电室取电处，保护从此电源处取电的所有监控系统。第二级防雷安装在污水厂中控楼设备箱的供电进线处。第三级防雷安装在中控室、计算机房PLC柜或服务器前。

（2）防腐保护：污水厂要减轻腐蚀气体的危害必须从源头抓起，污泥厌氧消化必须做好密封，避免产生大量腐蚀其他，预处理单元配备气体监测仪，在腐蚀气体密集场所要安装防暴排风扇，加强通风。

三、自动化控制监控及报警

3.1 主要设备安全运行实时监控

临限报警：主要是针对水量、温度、电流、风压及其它被监视参数的报警设备，可预先设定变化趋势和变化范围，超出设定范围则提示报警通知并发出警报。

设备起停：主要是现场端设备所处状态，是否达到远程控制条件、开停机进程、自动轮换条件及时间等。

变频器参数调整：主要控制变频器功率，操作员改变变频器功率时，实时反馈变频器内输入输出电流、输入输出电压、变频器温度、自动变频依据条件等参数。

3.2 现场视频安全监控

生产区域视频主要用于监控设备是否按既定指令正常运行，操作员根据现场情况判断是否需更改自动指令。如预处理区视频监控，可观察漂浮面垃圾，一般机械格栅删条设置在水下，垃圾由于水流冲击有可能漂浮于液面，一旦漂浮垃圾过多，就必须适当加大设备运行频率。

四、自动化污水厂主要特点

（1）污水厂自动化系统采用典型的分区分层式结构，控制层和设备层相互独立运行且不间断交换数据，仅通过以太网互联，系统功能齐全、配置灵活、具有极高的可靠性，符合综合自动化技术的发展趋势。

（2）开放式、易扩展性的设计。通过采用国内外公认的标准规范及接口方式，方便的与其它相关设备相联，并进行信息交换。充分考虑到污水厂的分期建设、改造等因素，设备层可根据要求随意搭配，控制层设备配置组态非常灵活。

（3）灵活多变的网络化结构设计，可支持局域网、以太网、现场总线等。网络介质是光纤、同轴电缆和双绞线等，未来展望接入互联网，开发手机APPS程序，把重点控制参数实时至手机，使中央控制变为移动终端。

（4）上位机配置打印功能，历史报表（日报、月报和年报）完全可以按需打印，实行无纸化办公。

五、结束语

根据污水厂的实际情况，并借鉴其他污水厂的经验教训，扬长避短，其设计理念符合微机综合自动化发展趋势，采用了国际通用标准，系统配置合理，功能完备，所选设备先进，不仅可以满足污水厂目前运行的控制、监视、测量和报警等需求，同时，完全满足远程控制、远程测量、远程通信和少人值守的需要，对各种机械设备能进行数据跟踪分析，为远程诊断做良好的基础，从而保证自动化系统长期稳定工作。

参考文献：

[1] 董丽梅，王飞.自动控制系统在污水处理行业的应用[J].现代电子技术，2003，12：92-94.