污水處理自動化控制系統的應用研究

今年10月，人類人口進入70億時代，本世紀末將突破100億。這樣一來，水資源危機將日趨嚴重。為了保護環境，節約用水，我國近年來對城市污水處理的投入大幅度增加，在一般的大、中城市都建立起了污水處理廠。但限于各方面的原因，大部分的污水處理廠都是人工操作狀態，技術和管理跟不上，運行成本也相當驚人。據有關調查資料，目前我國各地區污水處理的平均電耗為0.29KW·h / m3，比發達國家落后10到20年，電耗差不多是發達國家的兩倍。如何提高我國城市污水處理自動化控制水平，是亟待解決的問題。本文根據自己工作中的實際，結合某廠實際，提出城市污水處理自動化控制系統的設計，希望對普遍的自動化控制系統運用提供啟發。

　　1.自動化控制系統的總體構成設計

　　在總體設計中，應充分考慮污水處理工藝流程各個部分的特性，覆蓋污水處理的各個環節，如沉砂池——最初沉淀池——反應槽——最終沉淀池——消毒設備——污泥處理等。這一自動化控制系統應該包括中央控制室監控系統、可編程控制器（PLC），檢測儀表，閉路監控，避雷等。該系統應該能夠及時全面地反映出污水處理過程的運行工況、工藝參數的變化等信息，保證適用性強，開放性好，保證出水水質，節省成本，保證提高運行管理水平。

　　這一系統可以分為現場控制層和管理監控層兩個部分。現場控制層通過現場控制器實施控制。這是一個實時監控的體系，24小時全方位實現監控。它實現了污水處理所有環節的過程參數和設備運行狀態監控；它還實現對電氣參數的數據采集，對單元過程、設備進行控制。它利用網絡向監控層傳送數據，按照監控層的控制指令，實現對現場設備的數據采集、報警、控制和連鎖等。管理監控層全面采用組態軟件，數據傳輸、通訊通過開放式通訊協議進行實現。在運行的過程中，將形成實時數據庫，同步完成畫面的組態設置。不僅如此，這一大監控層，還能參與生產數據報表計算和統計，通過大量的數據信息，同步降低管理的強度，使管理更加科學化、系統化和規范化，有力地促進管理水平的飛躍。

　　2.自動化控制系統設備選型

　　監控系統的選型。按照某污水處理廠的設計，采用工業控制機 IPC610（研華股份有限公司生產）作為計算機控制系統中的上位監控計算機。顯示器，選用相關配套產品。之所以采用該產品，是因為在以往的實踐中，確認其可以在工業應用環境下，有效地提高設備的使用壽命。上位組態軟件采用RSview監控組態軟件包（誒比集團生產）。現場控制站內的可編程控制器選用ControlLogix系列（誒比集團生產），顯示器選用該系列的配套產品。工業以太網交換機選用ED6008 系列（摩沙公司生產），其通訊介質為光纖。各個就地控制站選用SLC 系列控制器（誒比集團生產），通過DeviceNet或DH+實現與現場控制站連接。

　　儀表選型。建議采用進口設備，下列產品經市場檢驗，為優質產品，如瑞士 ZüLLIG公司生產的溶解氧分析儀；美國哈希公司生產的在線COD分析儀表；日本TOMOE公司生產的電動調節閥門；德國恩德斯豪斯公司生產的濃度分析儀表；德國萊比信公司生產的空氣流量計等。

3.控制系統設計的細節說明

　　第一，設置超聲波液位差計，在粗、細格柵前后均進行設置，鏈接到現場和中央控制室電腦顯示器。通過控制數據，確定合理的工藝值，一旦前后液位差值出現異常，自動啟動相關程序，實現對粗、細格柵的連鎖啟停。

　　第二，在旋流沉砂池里面設置PH 計，實時監測瞬時進水PH 值。根據設計要求，我們根據測算，確定科學合理的PH值為4.0～9.0，當PH值出現異常時，中控室電腦就會發出聲光報警信號。

　　第三，在進水管里面安裝電磁流量計，實時監測進水流量。如果液位值出現異常，我們設計的自動化系統，會發出報警信號，自動啟動相關程序，實現對五臺進水提升泵的啟停。

　　第四，在缺氧池里面設置溶解氧（DO）在線測定儀1臺，在好氧池中也設置1臺。然后確定合理的監測溶解氧數值（缺氧池1.0mg/L左右；好氧池2.0～2.5mg/L左右），當DO值出現異常時，中控室電腦就會發出報警信號。此時，操作人員根據需要，打開所需的曝氣機，使溶解氧恢復到正常范圍內。

　　第五，在好氧池中設置兩臺污泥濃度計，實時監測污泥濃度，根據監測值，在中央控制室內，遠程控制，增加排泥或者是增加污泥回流量。

　　第六，在出水池中設置多臺輔助測試儀器，包COD 在線測定儀括、PH 計、污泥濃度計等，利用這些檢測儀器，對現場和中控室進行實時監測，確定污水處理后的中水是否達標。正常數值范圍內，可以保證出水要求達到國家二級標準。

　　4. 設計系統應用的總體評價和存在的問題

　　根據某污水處理廠實際，我們設計了這套系統。選用了一流的硬件，設計了良好的軟件，并進行了運行實驗，總體評價是實現了最初的設計要求。

　　A.該系統主要特色

　　第一，高可靠與高穩定性，環形冗余以太網方案可以保證系統有更高的可靠性，單一點的鏈路中斷不會影響整個網絡通訊癱瘓；專用控制器網絡，FINS通訊服務，可以保證自控系統在通訊方面更高的穩定性。整個系統采用的PLC模塊、成熟定型產品，PLC控制柜內的抗干擾和防雷等技術措施，具有供電冗余功能的中控室、現場控制站設備等，都可以保證系統的長期穩定和可靠運行。

　　第二，高擴展性和開放性。向下兼容性是工業以太網的重要特性。目前使用的是雙絞線或光纖介質，如果進行系統升級，如把傳輸速度提升10倍，一般來說，不需要改變現有的布線，只更新網絡設備就能輕松實現；如果升級主干網，也無須重新鋪設光纜，只更新網絡傳輸設備就能輕松實現。另外，本系統所有硬件接口和軟件協議都按照開放性的標準設計、編制，可以輕松實現設備的增減、系統的調整等變化。

　　第三，實用性突出。組態軟件和編程軟件采用的全部為中文界面，圖畫功能豐富，用戶可以在終端清晰地了解污水處理廠各工段的運行情況，一旦出現故障報警等問題，第一時間里，操作人員就可以通過鼠標發布各種指令或換畫面。這一系統的實用性還體現在用戶可經由上位機的網絡，監測網絡內任一節點的數據。系統設計的梯形監控工具也可以監控這個個網絡，不需要現場操作，就可以控制器網絡內各站PLC梯形圖程序，實現無縫連接。

B.該系統主要弊端

　　污水處理的自動控制系統中采用了一些自動化檢測設備，這些設備，包括儀表、閥門等，由于各方面的原因，其功能的實現和產品的精度還很不完善，在現實運行的過程中，存在較大誤差。所以，也不能一味相信這些設備，還是充分發揮人的主觀積極性。

　　污水水質的監測與控制系統方面，也存在一些問題。系統反應、機械傳動等都有可能導致控制滯后，有時候，在節能控制方面的效果不太明顯。

　　另外，由于大量采用國內外先進設備和技術，維護、維修的成本相對較大。各種進口的污泥濃度計、pH 計、泥位計等儀器，需要定期做嚴格的維護和修理，包括定期清洗等。這些設備價格昂貴，配件進口也相對較少，從某種程度上說，可能加劇污水處理廠的投資費用。

　　5.結語

　　總之，在我國污水處理廠應用自動化控制系統，對污水處理企業的管理和工藝都大有益處。建議在污水處理廠大力實施自動化控制系統，這既是大勢所趨，也是污水處理行業發展的必然走向。我們不能因為存在前期投入成本較大，就延誤技術升級的腳步，自主研發設計制造自動化控制系統、采用國產高精度設備的實踐中，將會有效地降低成本。