城市污水處理廠的自控系統設計

鄧千山

深圳市碧園環保技術有限公司

城市污水處理廠的自控系統設計

鄧千山

深圳市碧園環保技術有限公司

隨著環境保護政策的加強以及人們物質生活的要求不斷增高，污水處理技術面臨的挑戰越來越大。污水處理廠不僅要在工藝上有更好的要求，在設備選型方面也應該提高。隨著科技的進步，自控系統已在城市污水處理廠應用的越來越廣泛，對污水廠工藝的正常運行及管理方面有著巨大的幫助。出水水質是污水處理廠最為關心的指標，可通過自控系統的調控功能來提高污水處理廠的出水水質，保證達標排放。本文主要探討城市污水處理廠的自控系統設計。

污水處理；自動控制；PLC

引言

為了保證污水廠生產的穩定和高效運行，減輕勞動強度，改善操作環境，同時提高污水廠的現代化生產管理水平，在充分考慮城市污水處理工藝特性的基礎上，將建設現代化污水處理廠的理念融入到自控系統設計當中，本自控系統設計遵循以下原則：先進合理、安全可靠、經濟實惠、開放靈活。

1 設計原則

設計原則自控系統是污水處理廠重要的一個環節，直接關系到整個工程的投資、系統的管理程序以及系統的可靠性。自控系統是基于一定的設計原則來進行設計的，不能一味地根據污水處理廠的情況來定。設計過程中既要按照基本的設計原則進行考慮，同時還要對控制的對象作深入了解，這樣才能有效地對污水處理廠進行控制。根據大多數污水處理廠自控系統的設計，污水處理廠的自控系統通常采用集中管理、分散控制的形式。集中管理是依據污水處理廠的整體性和邊界性的特點來進行管理的，該方式可以按工藝特點和整體的管理要求來進行控制，同時集中管理還可以減少污水處理廠的操作人員。分散控制是依據控制系統的可靠性提出來的，而且污水處理廠的構筑物單元較為分散，占地面積大，而且生產過程是連續進行的，所需采集的數據是分散在各個構筑物單元中，故采取分散控制的方式。此外，從經濟的角度考慮，采用分散控制可以解決各構筑物設備自控布線復雜的缺點，進而達到減少污水處理廠投資的目的。污水處理廠的自控系統負責對全廠的各個控制單元進行控制和數據的采集，自控系統的設計要符合操作方便、運行可靠、性能穩定、維護方便等條件，同時還要考慮運行的費用、易于擴展等問題。其具體設計原則見表1。

表1 污水處理廠自控系統設計原則

2 自控系統的功能設計

污水處理廠的自控系統是由現場儀表和執行機構、信號采集控制和人機界面設備三部分組成。自控系統的構建主要是指三部分系統形式和設備的選擇。本執行機構主要是根據工藝的要求由工藝專業確定，預留自控系統的接口，儀表的選擇將在后面的部分進行描述。信號采集控制部分主要包括基本控制系統的選擇以及系統確定后控制設備和必須通訊網絡的選擇。人機界面主要是指中控室和現場值班室監視設備的選擇。污水處理廠的自控系統不僅需要保證污水處理工藝的正常運行，而且還需要優化工藝的整體水平等，其功能設計主要歸納如下。

2.1 單體設備控制

單體設備的控制有3個層次，控制的順序為現場手動控制、上位手動控制和PLC自控控制。當工藝設備發生故障時，能夠以最快的速度切斷出現故障的設備，最大限度地降低設備的損壞程度，以保證系統其他設備的完整性。

2.2 提升泵站

(1)潛水提升泵3臺(P101～P103)：P101、P102采用變頻調速控制，P103采用軟啟動；L103＞高高液位時，開三臺泵；L103＞高液位時，開兩臺泵；L103＞低液位時，開一臺泵；L103＜低低液位時，三臺泵全停。(2)粗格柵2臺(OT101、OT102)，2用：L101、L102液位差≥180mm時，開粗格柵(OT101、OT102)；L101、L102液位差＜150mm時，停粗格柵(OT101、OT102)；粗格柵(OT101、OT102)每30min運行一次，每次運行5min；為使柵格保持良好運行狀態，采用液位差控制和時間控制，液位差控制優先于時間控制。當機械格柵停止運行時間超過設定值時，系統轉為時間控制。此時間根據現場調試而定，并為可調試設計。

2.3 節能控制

污水處理廠的設備功率大、能耗高，自控系統的節能控制對整個污水處理廠的運行非常重要，也是體現自控系統優越性的重要方面。例如提升水泵的變頻控制和好氧部分溶解氧的自動調節。通過變頻器和液位計的控制，使液面保持穩定，以減少提升泵的啟動造成的能耗。

2.4 系統故障分析與報警

污水廠控制系統故障主要包括：現場各受控對象故障、現場自動檢測儀表故障、PLC和計算機系統故障。現場受控對象故障最常見的是：沉砂池砂泵和二沉池浮渣泵堵塞引起跳閘報警。自動檢測儀表故障報警主要是由于被測參數超出測量范圍或儀表本身誤差累積造成測量值偏離真實值過多而報警。如當送電后泵房液位超過100%，可引起液位傳感器報警。PLC與計算機系統故障，一般是因為受到打雷、閃電或大功率設備頻繁開、停機產生的沖擊電流影響而引起的。為保證系統可靠工作，應對中控室計算機采用安裝空調，電源經UPS(不間斷電源)隔離保護；本例工程中還對全部自動模式下會頻繁開停的鼓風機，設計為每組風機中變頻調速風機自動運行，其它風機手動控制運行的方法，這樣既能保證有穩定、充足的溶解氧供污水生化反應需要，又保證了現場PLC安全。報警時，除了可以振鈴報警和在中控室模擬屏及計算機顯示器上顯示有關信息外，系統還可自動輸出打印報警清單。

結束語

綜上所述，隨著我國經濟的快速發展，生產力及人民的物質生活水平不斷提高。由于環境污染問題日趨嚴重，國家和地方政府加大了環保投入，污染處理工程中自控系統的使用有了快速的發展。在污水處理廠采用自動控制系統同傳統的人工控制相比，不僅大大提高了污水處理質量，而且在工藝、設備儀器儀表及管理上采用了現代化高新技術，極大地推動了污水治理技術的發展，創造了良好的社會經濟效益。

[1]于玫洋，徐長弓.自動化控制系統在城市生活污水處理中的應用及改造.科技資訊，2010，8(15).

[2]薛迎成，何堅強，姚志壘.PLC基礎與實戰[M].北京：電子工業出版社，2010.