自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用研究

摘 要：污水處理是環(huán)保工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)保護(hù)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境起著非常重要的作用。自動(dòng)控制系統(tǒng)是污水處理系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著非常重要的作用。該文對(duì)當(dāng)前世界上污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，分析了城市污水處理中自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及功能等。

關(guān)鍵詞：污水處理 自動(dòng)控制系統(tǒng) PLC

中圖分類(lèi)號(hào)：X3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0128-01

1 國(guó)內(nèi)外污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

污水處理自動(dòng)控制技術(shù)在國(guó)外發(fā)展的比較早，其技術(shù)上也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，西方很多國(guó)家的污水處理廠在多年前就實(shí)現(xiàn)了污水處理的計(jì)算機(jī)控制，甚至有的國(guó)家已經(jīng)在污水處理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。在20世紀(jì)70年代，美國(guó)的一些污水處理廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)對(duì)加藥過(guò)程進(jìn)行控制，如一些污水處理廠利用計(jì)算機(jī)對(duì)加釩過(guò)程進(jìn)行控制，每年使釩的消耗量降低了20%，同時(shí)也使水質(zhì)大為改善，管理效率大大提高[1]。此外，德國(guó)的柏林污水處理廠、日本東京、大阪等地的污水處理廠等也很早實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制。污水處理控制系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)取得了很大的成就，控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度相比以前更高，如美國(guó)的許多大型污水處理廠在整個(gè)廠區(qū)范圍設(shè)置了整套的集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理過(guò)程的多環(huán)路控制。

污水處理技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展比較晚，因此在污水處理的自動(dòng)控制方面我國(guó)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家還存在較大差距。目前我國(guó)的很多小型污水處理廠由于資金不足、技術(shù)力量薄弱等原因還采用手動(dòng)控制，通過(guò)人工取樣分析后對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，這樣導(dǎo)致控制的精確性較低，處理出水的水質(zhì)也不穩(wěn)定。除此之外，國(guó)內(nèi)很多大型的污水處理廠成套引入國(guó)外的污水處理的先進(jìn)設(shè)備及技術(shù)工藝、監(jiān)測(cè)儀器儀表、自控系統(tǒng)及相應(yīng)的軟件，由于國(guó)外設(shè)備配套性好、技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)。在污水處理的自動(dòng)控制方面，我國(guó)的自主研發(fā)能力還比較低，這成為制約我國(guó)污水處理發(fā)展的瓶頸。

2 城市污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)分析

在城市污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)中通常采用集中監(jiān)測(cè)方式，同時(shí)輔以分散控制方式，中控室可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)污水處理廠的工作情況，具體的生產(chǎn)工藝控制采用就地單獨(dú)控制的方式。

2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，涉及到的物理量也比較多，既有模擬量也有數(shù)字量；同時(shí)控制方式也多種多樣，包括實(shí)時(shí)控制和順序控制等，還有閉環(huán)控制和開(kāi)環(huán)控制。同時(shí)，其最終控制對(duì)象是CODCr、BOD5、SS和pH值，這不同于一般控制系統(tǒng)。為了使污水處理過(guò)程中的上述參數(shù)合格，需要對(duì)處理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)泥量和排泥量、各工藝段的處理時(shí)間、加藥量、進(jìn)水量及排水量等進(jìn)行綜合控制，這些都大大增加了自動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前，污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)由簡(jiǎn)單的邏輯控制發(fā)展到更為發(fā)展的分散控制階段，這使得自動(dòng)控制系統(tǒng)有更好的開(kāi)放性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性及擴(kuò)展性等。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)通常設(shè)置有總站和子站，總站是指廠級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，子站指的是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)行的二級(jí)監(jiān)控集散模式。廠級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要是對(duì)污水處理廠的運(yùn)行管理情況進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)，對(duì)全廠所有工藝設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)主要通過(guò)對(duì)PLC的管理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的子站主要包括以下幾個(gè)：鼓風(fēng)機(jī)子站、污泥回流泵房子站、鼓風(fēng)機(jī)子站、一級(jí)處理子站、回用水加壓泵房子站、污泥脫水間子站、配電子站等[2]。

自動(dòng)控制系統(tǒng)采用通訊技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)構(gòu)建成等綜合技術(shù)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控。

硬件構(gòu)成包括COD、pH值、溶解氧等傳感器；采集控制單元包括PLC和數(shù)據(jù)采集模塊；中央監(jiān)控單元包括服務(wù)器等，另外還有一些輔助設(shè)備，如顯示器和打印機(jī)等。

軟件構(gòu)成包括自行研發(fā)的軟件，還有主流的INTOUCH、FIX、WIZCON， KINGVIEW等。國(guó)內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)基本上都在Windows或NT上開(kāi)發(fā)運(yùn)行，用于Windows和NT上的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎通常有SQL Server， MySQL， Interbase等。

2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能

污水處理控制系統(tǒng)的功能包括：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制、實(shí)時(shí)在線監(jiān)視、故障顯示報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)、自動(dòng)生成報(bào)表等。這些功能能夠提高污水廠的處理效率，提高企業(yè)的管理水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證設(shè)備正常運(yùn)行，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（1）在線監(jiān)視功能

在線監(jiān)視功能是自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要功能之一，借助該功能動(dòng)態(tài)的工藝流程圖都可以在中控室的計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、一些重要工藝參數(shù)的變化情況及儀表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等也可以很清楚地顯示在子站界面上。可以很方便地利用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)。

（2）實(shí)時(shí)管理

顯示管線狀態(tài)參數(shù)，全線工藝流程圖，方便系統(tǒng)的維護(hù)。并且可以實(shí)時(shí)記錄操作過(guò)程，將操作行為按時(shí)間順序存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，以便有據(jù)可查，責(zé)任到人。

（3）控制方式的選擇

污水處理廠第一級(jí)由控制中心集中監(jiān)控，第二級(jí)由各子站PLC控制，對(duì)各操作設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)選擇在控制系統(tǒng)中就可以完成。同時(shí)，應(yīng)將手動(dòng)操作方式作為自動(dòng)控制方式的一個(gè)補(bǔ)充。

（4）報(bào)警處理

有設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，首先預(yù)先設(shè)定的操作命令會(huì)對(duì)故障進(jìn)行初次處理，并且系統(tǒng)會(huì)顯示報(bào)警畫(huà)面，來(lái)提示操作人員對(duì)故障進(jìn)行處理。報(bào)警窗口分為兩部分：當(dāng)前報(bào)警和歷史報(bào)警。當(dāng)前報(bào)警會(huì)顯示目前存在的報(bào)警，已處理的報(bào)警消失后和它相關(guān)的報(bào)警信息都會(huì)從當(dāng)前報(bào)警中消失；歷史報(bào)警不僅顯示目前存在的報(bào)警并且報(bào)警得到處理后其相關(guān)的報(bào)警信息仍可以顯示和查詢。

3 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的人工控制方式相比，大大提高了污水處理自動(dòng)化水平和管理水平，同時(shí)也大大提高了污水處理的質(zhì)量、減少了有害物質(zhì)的排放，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

由于污水處理的自動(dòng)化技術(shù)在起步比較晚，我國(guó)在這方面與西方發(fā)達(dá)國(guó)家仍然有很大的差距，集中體現(xiàn)在缺乏自主研發(fā)的控制系統(tǒng)、核心設(shè)備和精密儀表的生產(chǎn)質(zhì)量較低、設(shè)備故障率較高、國(guó)產(chǎn)設(shè)備與國(guó)外設(shè)備的接口配套方面存在問(wèn)題等。因此我們要加大這方面的研發(fā)投入，以進(jìn)口縮小與世界先進(jìn)水平的差距。

參考文獻(xiàn)

[1]高峰，何昌軍.自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2008-02，33（2）：89-90.

[2]馬學(xué)文，李亞峰.污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)及功能[J].黃金學(xué)報(bào)，2001-03，3（1）：52-53.