污水處理廠自動控制系統設計

摘 要：在當今可用水資源緊缺的嚴峻形勢下，對污水合理處理加以利用，顯得十分重要，做好污水處理工作對社會環境的保護、經濟的發展都有很好的促進作用。目前大部分污水處理廠普遍存在經營成本較高、處理系統的技術落后等弊端。因此本文設計出一種新的自動控制系統，來提高污水處理廠的控制技術水平和經濟效益。新的污水處理系統是將管理功能、控制功能和數據處理功能整合在一起的高性能系統。

關鍵詞：污水處理；自動控制；設計；系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 20-0000-01

一、污水處理廠的現狀

污水處理廠一般因為行業本身的特點，需要很大的場地。特別是規模較大的污水處理廠，污水處理的工藝流程多，控制設備繁多而且分布廣，設備與設備間的聯結也不是很緊密。除此之外，大部分污水處理廠的污水處理實質上采用的是生化處理，這就導致控制系統的實時性、穩定性差，無法直接用數學函數描述，使得控制難度加大，也使得污水處理陷入資本投入大、管理困難、自動化程度難以深化，維護和調節很難的困境。

污水處理的方法是非常多也非常復雜的，設計污水處理系統時，要根據污水水量、污染程度、出水要求等情況，設計出不同系統。現在用的較多的處理方法有：氧化溝法、一體生化池法等等。污水處理的過程是這樣：第一步是物理處理，簡單去污，第二步是用一系列的工藝進行生化處理，最后一步是將水沉淀消毒，當達到了所要求的水質標準就可以直接排出了。

二、系統設計

要設計出實用性強的污水處理自動控制系統，就要把握住過程安全、系統可靠、操作簡便的設計原則，實時得到污水處理整個過程的工藝參數數據的動態；將多余低效的工藝優化升級，提高最終水質，盡可能使運營成本將下來，提高系統管理效率，使污水處理廠能維持較長時間的良好運行狀況。污水處理控制系統是將控制功能、數據實時收集和處理功能整合在一起的高效系統，可以對處理廠的各種控制設備、運行參數和處理效果進行控制和管理。

（一）設計要點

系統運行的穩定性。這就要求在構建系統時應選用抗干擾性能好的設備，一個良好的系統，設計時就應考慮到要保證系統的穩定性和安全性；盡量提高性價比：較少的投資獲得較高的系統性能；系統性能的延展性：系統在隨著行業形勢的變化要能實時更新技術、升級系統；通用性：系統的硬件設備、軟件系統，以及系統的安裝要有較好通用性；兼容性：系統的兼容性決定一個系統的實用性和適用范圍，具備較好的兼容性才算是良好健全的系統；開放性：系統開放程度，決定系統的優化升級時的難易。

（二）自動控制系統結構設計

結合處理工藝流程、設備安裝結構和污水處理時生產的管理高效性，設計系統時采取了集散控制系統（DCS）。設計的系統主要由三個組成部分：現場設備、協調控制站、中央處理站。三個組成部分之間的通信可以通過控制網絡完成，整個系統的資源共享方式是通過以太網。

系統有著以下這樣特點：（1）采用的進口先進設備和部件，保證了運行的穩定性安全性；（2）結構的模塊化，部件可以熱拔插，出現問題時維護起來比較方便；（3）系統的硬件設計上靈活性強；（4）系統內部可以高速進行數據的傳送；（5）選擇輸入/輸出設備時，采用具有隔離和濾波作用的信號處理元件；（6）操作界面人性化、簡單化。

系統機構圖如下：

三、系統功能設計

（一）數據采集/處理功能

系統通過傳感器等設備收集的信號。設備上的手動狀態或自動狀態信號、運行暫停信號、故障報警信號和處理過程中污水的狀態信號，比如，污濁濃度等。收集到的模擬量信號主要是污水的水溫、水壓、水流速度、污水的酸堿度、設備上的電流、電壓等，對設備的耗電量、水處理流量等其他信號進行定期歸零。

（二）控制功能

系統設現場手動控制、中央控制室遙控和自動控制3種控制方式。

現場手動控制：用于在自動控制系統停機、PLC停機、電氣設備現場維護、現場處理緊急事故時，在3種控制方式中最具優先權。

遙控控制：對每臺電氣設備均設計了此功能，滿足安全生產要求；單臺設備的啟/停，不影響其它任何設備的狀態。用于單臺設備遠行、試車、維修等工況；在操作站上操作。

自動控制：設計有順序控制、聯鎖控制、故障聯鎖控制、生產過程控制的功能。根據生產及工藝要求，在中央操作站上對任何一個工藝段、對任何一臺設備按工藝順序進行啟/停控制的操作，系統對違反工藝的誤操作有識別功能，不予執行；對每臺電氣設備設計了故障聯鎖控制功能；系統根據工藝要求，實現流程中電氣設備及控制參數之間的全自動聯鎖控制，如水位與泵、進水量與泵的運行時間等。

生產過程控制：不論是哪種工藝流程，溶解氧都是污水處理的重要指標，直接影響污水處理的質量和運行成本。因此，實現溶解氧的自動調節是非常重要的。通過控制污水處理生化池的氧含量（進入的新風量…空氣量）來實現。溶解氧濃度測量值與設定值進行比較，系統經過PID調節運算自動調節進風管上的電動調節閥，控制進風量，即控制了進入污水中的空氣量，進而調節液體中的溶解氧濃度。（溶解氧濃度根據化驗室化驗結果設定）。

（三）管理功能

管理功能。可以記錄整個工藝流程中的實時數據，并且能根據歷史數據做出趨勢判斷；關鍵性的電氣設備上，要有啟停時間記錄；電氣設備出現故障時、運行狀態不對時、測得參數超出范圍時，都要有報警和記錄工能。系統中的操作站要能后保存并能隨時調出設備的歷史數據資料；系統報警時，要有報警聲，同時顯示設備應有文字顯示；系統設計時應設計出生產中、維護時、報警時能生成報表。

四、結束語

把握住污水處理廠自動控制系統的設計原則和污水治理形勢，抓住處理過程中的工藝要求和規模，選擇合理高質量的系統元件，達到既定的處理目的，這些都是完整的污水處理控制系統的的關鍵。筆者在本文中的這些設計思路和構想，可以成功實現復雜的工藝和不同規模污水的處理，希望對污水處理廠的自動控制系統設計有一定的幫助。

參考文獻：

[1]賀瑞軍.城市污水處理的現狀及展望[J].科技情報開發與經濟，2006（24）：181-182.