城市生活污水处理中自动化系统的运用

摘 要：文章为了提高生活污水处理的质量和效率，同时节省大量的人力物力资源，设计一套先进实用的污水处理自动化系统是十分必要的。

关键词：污水处理；自动控制；系统设计

随着污水处理工艺的不断改进，工程的复杂程度也越来越大，传统的依靠人员操作工艺运行的方式也远远不能满足污水处理的要求，因此，应用和开发先进的自动控制系统，不仅可以提高污水处理和监控的自动化程度、减轻监测人员于现场人员的劳动强度，也提高了对排污企业的监测的连续性，其意义是十分明显的。

1 污水处理自动控制过程

我国城市污水处理一般都采用活性污泥法。其自动控制系统一般由污水提升泵房控制站、鼓风机控制站、一级污水处理控制站、污泥回流泵房控制站、污泥脱水间控制站、等几个 PLC控制站组成。

鼓风机房控制站PLC主要用于风机和风量的控制与调节，一般根据曝气池中溶解氧的浓度来自动调节风机的转速或风机出口挡板的角度进而改变供风量。另外通往每个池子的空气干管上应设置电动控制阀门，以保证送往各个水池中的空气量平衡，对于A/O工艺、AB工艺等非均匀供氧曝气池，应通过溶解氧，量的测定开闭带电动执行机构的电动调节阀，实现对曝气池不同部位进气量进行控制的目的。

污泥泵房控制站 PLC 主要用来控制二沉池的刮吸泥机，剩余污泥泵和回流泵等，刮吸泥机按贮泥时间确定连续运行速度，排泥泵一般为连续排泥。剩余污泥泵依时间程序定时开机，每次抽送设定体积的污泥，备用泵根据累计工作时间自动切换回流污泥泵。

污泥处理系统控制站 PLC 控制的主要设备有：污泥浓缩池刮机及排泥阀，污泥脱水机、脱水车间自动加药系统、污泥投配泵等。污泥脱水机每台自带一小型 PLC控制器，用来控制脱水机、污泥投配泵、反冲洗泵、污泥传送带等。

2 污水处理自动控制系统设计要求

系统控制设计采用近控/远控方式，方式选择通过提升泵控制箱中的二次回路、接触器、中间继电器、选择开关等的切换实现。正常情况下，选择开关置于远控位置，当远程控制系统出现问题时，需到现场切换为近控方式。远控包含两种控制方式：中控软手动和自动，切换方式在中控监控画面中点击点动/自动按钮。每台设备的控制方式都可以单独选择。

2.1 控制层

控制层是污水处理控制的最低层。是污水处理各生产单元实际控制执行部分，由若干 PLC 控制站组成负责，对处理设备及相关监测点进行控制监测。采集信号，控制生产设备控制层，主要按照污水处理工艺要求，实现开关量模拟量控制，完成数据采集计算和逻辑运算，执行闭环控制对多样化的污水处理工艺设备泵站系统和排泥设备，能够根据实时处理情况和要求控制设备的启停和工作强度，达到设备的最优化调度节约，药剂的投加量保证污水处理效果。

2.2 监控层

监控层就是指各生产单元的中控室。监控层的主要功能为根据自身的优化程序，实现本工艺单元的设备调节和优化控制功能，实现工艺及电气模拟图动态显示，及检测量实时显示。采集输送本工艺单元的各种信号接收管理层的指令，完成局部生产过程的控制。

2.3 管理层

管理层的作用，主要是监视或控制远方，各个现场污水处理的生产运行。同时，将各向企业领导和各职能部门生产和工艺数据，为企业的决策提供依据并接受企业的指令等。

3 污水处理自动控制系统设计

3.1 PLC 控制程序的开发

3.1.1 PLC 的工作原理。PLC 的工作过程可分为建立I/0 映像区、循环扫描，I/O 映像区的大小由用户程序确定，对于系统的每一个输入或输出点总有输入或输出映像区的某一位与之对应，PLC 在执行用户程序时。所需要的外部信息取自于I/O 映像区，而不直接与外部设备发生关系。I/O 映像区的建立，使PLC 工作时只和有关地址单元内所存信息状态发生关系，系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态。

PLC计算机控制系统的网络分现场总线和工业以太网。现场总线是安装在现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式，串行和多点通信的数据总线。主要负责PLC站点与仪表，智能设备和控制子系统的通信。工业以太网是一种最广泛地用于工业现场的计算机网路。主要用于控制层与管理层之间的通讯联系。网络拓扑结构有环网型和星型。传输介质可以使用同轴电缆，双绞线，光纤等。

PLC 上电后在系统程序的监控下，周而复始地按规定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，用户程序执行、输入/输出信息处理。

3.1.2 PLC 控制程序开发。下位机是整个控制系统的核心部分，负责完成所有的控制功能和现场数据采集功能。控制器控制程序编制的好坏，直接影响到控制速度和控制效果，也同时将影响到以后的维护工作。按照污水处理的工艺流程，将程序分成若干个子程序模块和公用子程序模块，各个工艺段之间的控制程序互相不影响，独立运行，各模块相互独立，分别控制着某一操作单元，各操作单元有自动与手动两种运行方式，当某一操作单元选用手动时，相应的程序模块不予运行，这样，当某一单元操作出现故障时，可及时从整个系统中脱离，增加了系统的可靠性。

3.2 该系统具有的功能

该系统上位机控制系统具有以下功能该系统上位机控制系统具有以下功能该系统上位机控制系统具有以下功能该系统上位机控制系统具有以下功能：（1）对整个系统内的设备及运行结果（泥位、液位、流量）具有控制、监视、参数设定、故障报警、故障诊断功能。（2）根据污水处理工艺和逻辑的要求，严格执行设备开启、停止、故障或紧急停机等控制。（3）系统动态显示，画面将各个工艺流程直观的显示在屏幕上，可以实时监控系统设备的工作状态和参数。（4）选择合理的自动运行模式，使整个系统的运行处于安全稳定的状态，并能达到污水处理的工艺要求。（5）当设备或控制参数接近非正常状态时，界面有报警提示，并伴有声音报警。（6）进行报警历史记录，将故障分类整理归档，且报警记录不可删除，用于事故分析和追忆。

4 结语

随着现代工业和城市建设的发展，我国水污染问题日趋严重。环境保护重视程度的不断提高，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。降低运营成本，提高污水处理率，一直是污水处理行业面临的最现实的问题。因此建设污水处理自动控制系统对改善环境、建立可持续发展社会、繁荣经济都具有重要意义。

参考文献

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[2] 许光泞，陈国初，文欣秀，周林荣.DCS在污水处理厂中的应用[J].上海电机学院学报，2010（02）.

[3] 李庭贵.西门子PLC在污水处理控制系统中的应用[J].机械工程与自动化，2013（04）.

作者简介：冯江波（1984.01- ），男，毕业于武汉理工大学，助理工程师。