某污水处理厂自控系统的设计与实现

摘要：随着污水处理工艺的不断改进，污水处理过程越发复杂，传统的手动控制方式已无法满足对污水处理工艺流程的有效控制，自动控制已经成为污水处理控制发展的必然趋势。本文以某污水处理厂实际工程为背景，介绍了污水处理厂自控系统的总体设计需求及设计原则，重点阐述了污水处理自控系统中各子系统的具体设计与实现。

关键词：污水处理，自动控制，PLC，智能仪表

Abstract: with the continuous improvement of sewage treatment technology, wastewater treatment process is becoming more and more complex, the traditional manual control mode has been unable to meet the sewage treatment process is effectively controlled, automatic control has become the inevitable trend of the development of sewage treatment control. In this paper, a sewage treatment plant project as background, introduced the sewage treatment plant control system design requirements and design principles, focuses on the automatic control system of sewage treatment in the sub system of the specific design and implementation.

Key words: sewage treatment, automatic control, PLC, intelligent instrument

中图分类号： U664 文献标识码： A 文章编号：

1引言

随着城市经济的发展和建设的加快，人民的物质生活水平不断提高，城市污水的排放量也逐年迅速递增，据统计，2011年全国废水排放量为652.1亿吨[1]，大量未经处理的城市污水任意排放，不仅造成水环境的污染，加剧了水资源的紧张，同时制约了城市经济的发展，危害了人们的健康[2]。

近年来国家对城镇污水处理工作非常重视，不断在各城镇投建各种规模的水处理厂。在污水处理系统中，电气自控系统的可靠、准确、稳定的运行是污水处理工艺正常进行的重要保证，在节约人力资源的同时，又能够准确及时的反应各种工艺参数的变化情况[3-4]。本文结合某县城污水处理厂工程实际，介绍了污水处理自控系统的整体方案设计及具体实现。

2工艺过程简介

本工程主要针对城市生活污水进行处理，污水厂工程建设规模为10000m3/d。根据污水处理厂进水水质及出水水质要求，水处理工艺必须采用具有除磷、硝化和反硝化功能的二级生物处理和三级处理才能达到设计要求，因此，改污水处理的总体工艺流程包括预处理段、二级生物处理段、三级深度处理段、消毒处理段。本工程污水处理主体工艺采用“A2/O（二级生物处理段）＋混凝沉淀+过滤法（三级深度处理段）”处理工艺，污泥处理主体工艺为采用“污泥浓缩池＋高压隔膜压滤机”处理工艺，消毒工艺采用二氧化氯消毒工艺。厂内构（建）筑物主要包括：粗格栅及提升泵房、细格栅及沉砂池、A2/O生化池、沉淀池、二沉池、V型滤池、浓缩池、污泥脱水机房、加药消毒间、鼓风机房、变配电室及综合楼等。

3自控系统总体方案设计

根据污水处理工艺流程要求，厂内各主要用电设备均采用两种控制操作方式，即就地手动开停控制和自动控制，两种控制方式可由现场切换开关进行选择切换。手动控制按钮设于机旁，完成设备的单体动作，主要用于设备的检修与调试，也可作为生产过程中临时、应急操作手段。正常情况下，工艺流程控制方式为自动控制，本工程中自控系统的设计遵循“集中管理、集中控制、资源共享”的设计原则，使其符合工业自动化控制与信息化管理相结合的发展趋势，实现工艺参数和设备运行的集中监测和生产过程的自动控制。

本自控系统采用纵向分层式控制结构，由上至下依次为生产管理层、生产监控层、现场控制层以及现场设备层，各层通过工业以太网、PROFIBUS-DP总线进行通讯，形成一个测控网络，实现对生产现场参数（pH值、温度、电导率）进行在线监测，根据监测数据对现场设备进行控制，并记录管理信息、显示报警信号等功能。

4各子系统的设计与功能分析

按照功能将本污水处理厂自控系统分为中央监控系统、生产控制系统和仪表系统。

4.1中央监控系统

中央监控系统由位于综合楼中中央控制室的两台PC机、厂长室的一台PC机、总工室的一台PC机、化验室的一台PC机以及网络交换机、打印设备、配套上位机监控软件等构成。其中数据网络为10/100Mbps快速工业以太网，传输介质为光缆或五类（或超五类）双绞线，所有PC机以及下一级的PLC现场监控站均挂载于以太网上。

位于中央控制室的两台PC机作为互为备用的监测操作站，通过工业以太网向下采集现场PLC监控站上传的各类数据和信息，建立数据库并进行存储，供给操作人员分析，根据分析结果对不同的现场设备进行控制，完成生产调度。作为监控操作站的PC机采用面向工作站的实时多任务、多用户的WindowsNT网络操作系统，两台PC机中的一台兼作数据服务器，同时配置相应的实时分布式关系型数据库软件和生产组态监控软件。本工程选用的生产监控软件为FIXMMI-IX-2070C开发版，该软件功能丰富、界面良好，可以显示整个污水处理厂区的平面图、各构筑物的相对位置、污水处理的工艺流程图和电气系统图、现场设备的运行状态、工艺过程中的各种参数值等，它可以实现工艺流程趋势分析、参数调整、维修记录、故障报警、设备材料管理、能耗及物流统计、自动生成报表等功能。此外，监控软件还可以配合打印机实现生产报表定时打印，事故状态实时打印的功能 。

中央控制室上一级的工作对象是厂长室、总工室和化验室的PC机。监测操作站将污水处理过程中的各种参数信息通过以太网上传给上述部门，厂长室、总工室PC机以文字、图形和表格形式显示各种生产管理数据、信息报告，决策者可根据需要向各生产或职能部门发出指示或调度命令，同时，它们可通过交换机、防火墙、IP地址等接入以太网，它对于网络安全级别要求较高，需设置不同权限，只有被授权的用户才可以对其进行访问。化验室PC机主要作用是录入化验数据，输出化验报告。

4.2生产监控制系统

生产监控系统主要由厂区内的3台PLC现场控制站（包括CPU模块、DI、DO、AI、AO模块、电源、信号隔离器、信号防雷器和各种网络通信接口适配器）组成，用于现场的过程控制，通过PROFIBUS-DP总线向下采集现场数据，并将数据通过以太网向上传给中央控制室，本工程的3台PCL均选用LK-210系列PLC，控制程序由厂家提供。3台PLC安装地点和实现的功能各不相同：