污水處理自動控制系統的設計研究

（中鋼集團武漢安全環保研究院有限公司華安分公司，湖北 武漢 430081）

環境污染問題關系到人們的生產生活，在污水處理過程中，隨著人們對污水處理要求的逐漸提高，傳統的污水處理控制方法難以達到控制要求，使得污水處理的現狀不容樂觀，還存在諸多亟待解決的問題。在新形勢下，污水處理自動控制系統的設計，運用現代化自動化控制處理污水滿足了污水處理的要求，在污水處理過程中發揮著重要的作用。如何進行污水處理自動控制系統的設計是當前污水處理關注的焦點。因此，研究污水處理自動控制系統的設計具有十分重要的現實意義。鑒于此，筆者對污水處理自動控制系統的設計進行了初步探討。

1 污水處理工藝流程。近年來，從污水處理的實際需求的環境出發，污水處理的工藝過程也日趨復雜，污水處理工藝流程按處理程度的不同，分為不同的處理階段。具體說來，污水處理一般可分為五個階段，即預處理、一級處理、二級處理、深度處理和污泥處理及處置。其中，預處理主要包括:粗格柵、細格柵、沉砂池;一級處理主要包括:初沉池;二級處理主要包括:生物濾池、曝氣池和二沉池;深度處理:常用的工藝有混凝沉淀和過濾。污泥處理主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥或衛生填埋。通過對需求進行詳細的調研，決定污水處理工藝流程應包括粗格柵、沉砂池、細格柵、初沉池、生物濾池、提升泵房、曝氣池、二沉池等，結構圖如圖1 所示:

圖1 污水處理工藝流程圖

2 污水處理自動控制系統設計要求

污水處理自動控制系統，在設計過程中，必須按照一定的要求來進行設計，其具體內容如下：(1)所有的電氣和機械設備能夠自動或手動操作，控制系統需包括報警、聯鎖和控制回路。并且上述設備傳送的信息應能夠在控制面板和過程控制計算機顯示器上顯示。（2）所有的設定值（液位、流量、溫度、PH 值、溶解氧量）和計時器可以在控制系統中通過操作面板或鍵盤更改。（3）通常，過程聯鎖的設定值不能被未授權的人員通過操作面板修改，只有在輸入正確的密碼之后，才能進行操作。（4）控制系統負責系統自動化運行的監管，能實現24h 全天候連續運轉，并按工藝要求進行自動操作。（5）利用工藝參數的反饋，實現過程的穩定控制（液位、溫度、流量、PH 值和溶解氧），提高反應效率、節約能源，并提高系統的抗沖擊性能。（6）實現厭氧處理過程集水井液位與2 臺入水泵、初沉池液位與2 臺冷卻塔進料泵、均衡池液位與2 臺調制池進水泵、2 臺淺液式攪拌機之間的連鎖控制。（7）實現冷卻塔溫度與冷卻塔2 臺風扇、調制池回流管溫度與進料閥門XV-401A/B、堿液投加泵、鹽酸投加泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵之間的聯鎖控制。（8）實現2 臺初沉池污泥泵、進料閥門XV-401A/B、厭氧污泥泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵的時間控制。（9）實現調制池回流管流量開關與進料閥門XV-401A/B、厭氧污泥泵、堿液投加泵、鹽酸投加泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵之間的聯鎖控制。（10）實現好氧處理過程集水井液位與提升泵的聯鎖控制。（11）實現曝氣池溶解氧（DO）與4 臺羅茨鼓風機的聯鎖控制。（12）實現液位、溫度、流量、PH 值和溶解氧（DO）的高低限報警。（13）實現好氧處理過程加藥設備的控制。（14）實現脫水機房相關設備的運行狀態顯示及故障報警顯示。（15）對所有帶控制點的電機和泵實現啟停控制。（16）實現模擬量的歷史趨勢及趨勢圖表顯示。（17）實現必要的流量累計功能。（18）實現整個污水處理系統所有電機、泵的故障報警。

3 污水處理自動控制系統硬件設計。污水處理控制系統設計是污水處理的重要組成部分，污水處理自動控制系統具有廣闊的發展前景。在污水處理系統中，關于污水處理自動控制系統硬件設計，以下將從污水處理系統控制和PLC控制系統硬件的介紹來闡述，其具體內容如下：

3.1 污水處理系統控制介紹。污水處理系統控制對象既有開關量又有模擬量，污水處理過程的共同特點就是開關量多，模擬量少；與此同時，既有開環控制又有閉環控制，具體在污水處理系統控制中，以邏輯控制為主，閉環控制為輔。污水處理系統控制的控制系統包括兩套CPU412 控制器，三條通訊鏈路，三個ET200M 從站。工程師站通過上位機監控軟件實現對全廠設備的監控、水質數據記錄、生產報表等功能。其中，自動控制柜是整個自動控制系統的核心部分，自動控制系統的功能主要是由PLC按照實現編好的程序進行控制。

3.2 PLC控制系統硬件介紹。可編程邏輯控制器，簡稱PLC。PLC控制系統在工業領域應用極為廣泛，PLC控制系統硬件設計需要考慮的PLC產品種類。從PLC的定義上看，PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，它采用了可編程序的存儲器，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，取代了繼電器控制裝置的要求，控制各種類型的機械或生產過程。PLC控制系統硬件，根據對控制系統工藝特點和現場生產的條件，適應于現代工業的需要，例如采用了S7-400 PLC作為主站，從站采用有源底板總線的方式將各模塊從物理上和電氣上連接起來，每塊信號模塊都帶有總線連接器。安裝時先將有源底板裝入導軌，然后依次將各模塊插入，最后將這組模塊固定在導軌上。

4 污水處理自動控制系統軟件設計。目前污水處理的PLC控制系統在國內外已經得到廣泛應用。在污水處理系統中，關于污水處理自動控制系統軟件設計。以下將從PLC控制程序的開發和上位機監控軟件開發兩個方面進行深入探討，下文將逐一進行分析。

4.1 PLC控制程序的開發。PLC控制程序的開發要以滿足系統控制要求為主線，按PLC的工作原理，PLC控制程序的開發可分為建立I/0 映像區、循環掃描。I/O 映像區的大小由用戶程序確定，對于系統的每一個輸入或輸出點總有輸入或輸出映像區的某一位與之對應，PLC在執行用戶程序時所需要的外部信息取自于I/O 映像區而不直接與外部設備發生關系。I/O 映像區的建立，使PLC工作時只和有關地址單元內所存信息狀態發生關系，系統輸出也是只給內存某一地址單元設定一個狀態。 PLC控制程序開發下位機是整個控制系統的核心部分，負責完成所有的控制功能和現場數據采集功能。

4.2 上位機監控軟件開發。上位機監控界面采用組態軟件WinCC 進行開發，完成對系統現場數據的采集以及控制工藝流程的實時監控。西門子視窗控制中心SIEMENS WinCC 是一個集成的人機界面(HMI)系統和監控管理系統。WinCC 提供各種PLC驅動程序，因此使PLC與上位機聯接變得非常容易。由于監控系統要求覆蓋幾乎整個工藝流程，因此在結構規劃時緊緊圍繞合理地安排信息反映形式，既要實現所有的功能模塊又要保證監控系統的安全可靠運行。根據污水處理廠的自身工藝和控制系統對上位機軟件的要求，上位機監控軟件主要由登錄管理模塊、預測模塊、監控界面、趨勢、報警、報表、數據庫、系統幫助等模塊組成。

結語

總之，當前污水處理任務十分緊迫，污水處理自動控制系統是一項綜合的系統工程，具有長期性和復雜性，利用自動控制系統處理好污水，在一定程度上可以避免環境惡化和經濟資源的損失。關于污水處理控制系統的設計，應符合國家相關部門的電氣設計基本要求，并結合具體情況綜合考慮，選取設計成本較低，維護費用較少，可靠性較較強的污水處理自動控制系統設計，只有這樣，才能保證水資源的持續再生功能的發揮，進而改善水環境污染的現狀。

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