绵阳京东方光电科技有限公司
摘要:本文对城市开发区/工业区中服务于大型生产制造企业的净水厂的自动控制系统进行应用分析，阐述了当前此类系统的作用。
关键词：混合废水、净水厂、控制系统
前言
在城市的开发区或工业区当中，往往存在着一些大型的高新类制造型企业，这些工厂产生的工业废水虽然经过工厂本身的处理，但如果直接排放到附近的水体中仍然会造成一定的污染，并且此类工厂的员工人数较多，产生的生活污水量也较多，因此，在附近建造新的净水厂对这些工厂产生的混合废水进行处理。
1、净水厂的进水特点
本工程设计规模为5万吨/天，项目经处理后排放的尾水出水水质要求达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的Ⅳ类水体标准，具体主要的设计进出水水质指标如下表所示：
项目CODBODSS氨氮FTPPH
进水≤400≤200≤250≤50≤35≤5
出水306101.51.50.36-9
本工程废气的排放标准按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)要求,废气排放满足二级标准。
污泥排放控制标准根据中华人民共和国环境保护部的规定“污水处理厂以贮存（即不处理处置）为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率60%以下”，本工程控制在污泥脱水后含水率小于60%。
净水厂的进水分成两路，分别为综合废水和含氟废水，综合废水经过格栅后到生化反应池，之后经过二沉池、氧化、BAF生物滤池、高效沉淀池，最后消毒出水。含氟废水经过二级沉淀处理后汇入到综合废水的处理工艺中。
2、自控系统的架构和难点
净水厂的自控系统按集中管理，分散控制的原则设计，采用三层结构，即由管理层、控制层、设备层三个层次构成。
管理层包括上监控（主、备冗余）服务器、视频服务器、WEB发布服务器、工程师站、操作员站、大屏幕显示系统（含接拼服务器）等设备；
控制层包括综合泵房控制站1LCU及其分布式I/O站1DIO1、进水仪表间控制站2LCU、机修配电间控制站3LCU（及3DIO1）、脱水机房控制站4LCU（及4DIO1）、风机房控制站5LCU（及5DIO1）、出水仪表间控制站6LCU以及悬浮风机、脱水系统、臭氧系统等工艺设备附带的控制单元等设备，现场控制站主要由PLC、UPS、触摸屏及IO模块组成。
设备层由现场仪表、阀门电动执行机构、变频器、现场设备控制箱等系统构成。
管理层与控制层设备之间采用以单模光纤为主干的环形1000Mb/s工业以太网通讯，实现工控网与视频监控合一，详细架构如下图所示：
系统的PLC采用AB的1756系列，组态软件采样RSview SE，C/S冗余服务器加上WEB发布服务器架构。
水厂的工艺设备种类繁多，设备自控系统的接口多样，存在着数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）；Profibus-DP总线通讯、MODBUS-RTU总线通讯；以太网通讯等接口。在深化设计过程中需要事先理清每个站点的IO信号清单，IO接口。在现场安装和调试的过程中需严格按照蓝图施工，并根据现场设备的实际情况调整，施工的工艺要求较高，严格遵循相关规范，强弱电分离，做好屏蔽和接地工作，为后续的运行和维护工作创造良好的基础。
3、对工艺设备控制的分析
为了使净水厂的日常生产更为高效可靠，需对各工艺段内的设备进行精确的自动化控制，依据净水厂的运行工艺要求进行分析，对水质处理的关键为生化池、曝气生物滤池、高效沉淀，而工业废水部分则是进入格栅之前的二级沉淀除氟部分。在系统深化设计时制定详细的控制方案，通过组态软件开发净水厂人机界面，编程由PLC执行。
净水厂对氟出水指标要求较为严格，故对二级沉淀除氟系统进行优化设计。原水处设置自动监测的氟表，氯化钙加药量根据氟表监测数据由PLC自动控制，加药量公式写入PLC中，并可以在工程师站上进行参数调整。第二级沉淀池出口亦设置一台氟表，对处理水氟指标进行监测并与出水阀门进行联动，如果氟处理水超出设计标准，可通过阀门切换将处理水回流至第一级沉淀系统再次处理。每级沉淀池处加装摄像头，可在中控室对沉淀池沉降效果进行观察，以便调整加药量或排泥时间等参数。
考虑到生化池内的设备多为搅拌器、曝气机，因此此部分的设备控制多采用远程手动启停即可，需要注意的是纯氧曝气机出口的纯氧浓度，对其进行检测，以提示操作人员。二沉池的刮泥机同样是采用远程进行手动启停操作。
生化池、二沉池下部建有多个水池，用于回流、回收、事故和出水等，分别装有两到三台的潜水泵，主要的控制方式为根据液位值启停，但出水泵（均为变频控制）的控制考虑到后部的高效沉淀需要进水量相对比较稳定，因此应用恒流量控制模式，PLC采用PID控制器对出水泵的频率进行动态的调整，并根据需要的泵运行数量自动进行水泵启停的操作。
生物滤池系统共设6组滤池，各组滤池都由1台罗茨鼓风机（变频）进行曝气；各组滤池均设有进水阀、排气阀、反冲进水阀、反冲排水阀、反冲进气阀以及装置自带的压力开关、液位开关、压力变送器，各阀门按正常过滤、冲洗、强力冲洗等顺序控制程序进行开关动作。滤池的控制模式可分为远程手动、远程半自动和远程全自动，其中在远程半自动的状态下，操作人员可通过人机界面使滤池进入过滤阶段、正常反冲洗阶段或强力反冲洗阶段，每一阶段内的设备操作均由PLC根据设定好的参数自动执行。
当一个滤池有冲洗请求时，应放在冲冼队列中等待，冲洗池在该队列中的位置取决于被请求冲洗的优先顺序。有四个优先级别：手动强力反冲洗请求最高，手动正常反冲洗请求，床下压力高或极高阻塞值，过滤时间超时。
如果一个滤格在冲洗队列里具有较高的优先等级请求，则将超过较低的请求，此队列的顺序将被改变。
滤池在开始冲洗时需要具备以下条件：
（1）滤池控制模式处在半自动或者自动状态；
（2）压缩空气可用；
（3）清水池中有足够的水（液位高于设定值）；
（4）回收水池内有可用的空间（回收水池内的液位低于设定值）；
（5）冲洗水泵远程且无故障（要求三台泵中至少有二台能使用），相关阀门也处于远程无故障状态；
（6）气洗鼓风机和阀门远程且无故障状态；
（7）待冲洗的生物滤池上的所有阀门均处于远程且无故障状态；
（8）其它生物滤池无冲洗。
控制流程如下图所示，其中O代表设备开启，C代表设备关闭：
硝化滤池系统共设4组滤池，各滤池有一台悬浮风机进行曝气，各组滤池内的阀门、液位计与生物滤池的相似，但反冲洗水泵与生物滤池共用，反冲洗风机则独立运行。
硝化滤池的控制模式与生物滤池的分类一致，但运行阶段只划分为正常过滤和反冲洗，其设备的启停操作与生物滤池的基本相同。
5、系统运行后的总结
本项目经过工程技术人员约六个月的安装、调试和试运行，系统进入到相对稳定的运行阶段，在调试过程中根据实际的工艺生产情况对设定的参数进行调整，使系统控制的设备运转情况不断的贴近工艺需求。监控系统在实际运行过程中，增加了对系统异常报警的分类，将报警分为普通报警、异常重报警，并以不同报警提示音及不同闪烁颜色区分，以提醒现场操作人员。异常重报警同时通过短信平台发送至相关负责人手机，以便运行部门可以做出快速准确的应对。为便于快速查阅历史数据记录，建议有条件时，增加历史数据服务器。
由于净水厂的设备种类较多，工艺相对较为复杂，如果单纯的靠操作人员在现场进行控制，可能会对日常运行造成负面影响，首先是人为的判断操作精确度不足，其次现场环境较为恶劣，长时间在现场劳动负荷较大。日常的生产实践证明了控制系统对运行起到了非常积极的作用，能有效的管理整个生产过程，并能提供各种记录、报表用于分析改进，同时，净水厂的控制系统能实时的监测进出水水质，并通过专用的网络传送到相关的监管部门。
论文作者:孙小慧
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第6期
论文发表时间:2017/7/31
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