关键词：污水处理厂 自动化控制 设备改造
随着现代化进程的不断加深，计算机、网络技术的不断发展，以及自动化领域的不断延伸，自动控制系统越来越多地应用到各行各业中，特别是近年来在污水处理行业中也得到了广泛的应用，污水处理厂已逐渐由原来的现场人工操作逐步演变为全厂自动化控制，融计算机控制多媒体监控系统、信息管理于一体，不仅使工作效率提高，工人劳动强度降低，还提高了污水处理质量，降低了污水处理成本。但随着现代化工行业的不断发展，更多污染物的产生，使污水处理行业将面临着更多的挑战，因此，给自动化技术提出了新的要求和展示新应用前景的空间。文章介绍了自控技术在污水处理厂的应用、发展及实现功能，并对目前实际应用中普遍存在的问题进行了分析，为污水处理厂技术人员对自控技术的进一步了解提供参考。
1.常见问题
就国内污水处理过程来说，部分污水处理厂设置了自动化控制系统，力求对整个污水处理过程实行全面监控。但由于这项工作在国内尚处在实践摸索阶段，与国外水平相比存在较大差距，主要问题是：
（l）主要控制设备功能不稳定，特别是在仪表的准确性和稳定性来看，不能完全达到由计算机控制的要求。
(2)自控水平低，距智能化自动控制还有很大差距。
(3)运行条件变化范围大，某些工艺环节尚在不断调整。
(4)运行操作人员尚不能对工艺进行全方位控制操作。
由于以上条件限制，大多数污水处理厂的自控系统只能发挥监视和对部分设备进行远程控制的功能。
2. 污水处理厂自控技术发展概况
自动化控制系统是通过通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。DCS，FCS，SCADA，PLC等技术的蓬勃发展为自动化技术的发展带来了新的生机，它们在工业控制领域的广泛应用为各行业现代化生产提供了极大的方便。
国外污水处理厂的自动控制技术起步较早，从大型污水处理厂到小型氧化塘，全部采用计算机自动控制、遥控和闭路电视等现代化工具。发达国家在二级处理升级以后投入大量资金和科研力量加强污水处理设施的监测、运行和管理，实现了计算机控制、报警、计算和瞬时记录。美国在20世纪70年代中期便开始实现污水处理厂的自动控制，目前几乎所有污水处理厂都实现了工艺主要参数的自动测试和控制。丹麦几座大型城市污水处理厂均采用SCADA和STAR系统来控制污水处理厂的正常运行。污水处理厂安装在线检测仪器，将主要的污染物参数，如氨氮、硝酸盐氮、总磷以及溶解氧等浓度的信息发送到中心PLC上，由微机程序控制曝气池各阶段的运行时间和曝气模式。另外，污水处理厂某设备一旦发生问题，程序会自动向技术人员的手机发送短信息以告知其出现技术故障的具体位置，同时，微机程序还会自动向技术人员发送电子邮件告知其具体问题，技术人员可以据此判断是否应该立即处理该故障问题。
我国污水处理厂直到90年代以后才开始引进自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统的应用还比较少。先后设置PID调节、比值、前馈、后馈、FCS，DCS和最初的以太网技术，经历了几次重大的变革，自动化水平有了较大的提高。目前我国污水处理厂最为先进的自动化控制系统是用工业以太网配合FCS作为系统网络，也是世界上最先进的自动化系统，该系统配以高性能、高可靠的PLC控制站，并具有服务器的最新一代的控制系统。
3. 对设备的改造与完善
种污水处理装置从试运行以来，由于现场电气及机械设备存在一些问题，直接影响了自控系统的正常运行。根据存在的问题，结合实际运行情况及工艺要求，对自动化控制系统的现场控制设备进行了部分技术改造。
3.1 对现场一些设备进行改造
由于我厂增加了一台脱水机和PLC柜，为了把新增的这台脱水机PLC柜的运行信号联到中控室，避免重新进行布线。使用交换机联接两台脱水间PLC柜，通过一根信号线接到中控室交换机。改造现场的配电线路，互锁了曝气机的二次控制回路，解决了中控室不能控制曝气机启停的问题。
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1号、2号氧化沟的变频曝气机由于控制转换开关处在开关柜控制和机旁控制方式时，变频器模拟量4～20mA电流输入电路断开，使得不能输入变频器运行频率，变频器控制失效，不能运行。经研究，我们短接模拟量电流输入的转换开关控制回路，保证变频器的有效运行；变频器频率信号（模拟量）未能转化为运行信号（开关量）进而输出给PLC，使得上位机无法判断曝气机是否运行。经自动化人员改进后，只需给出变频器频率信号（模拟量）即可实现设备正常运行。
3.2 对PLC源程序的修改、优化
试运行中，某项目采用的是巡检制度，将各分散值班点集中到中心控制室值班操作。所以必须对比较重要的报警参数根据实际情况做进一步的修改。通过对PLC可编程控制器的源程序进行修改、编译，主要是启停液位、报警液位、逻辑控制、出水流量、加药间液位、提升泵站液位差等。不仅实现了设备按工艺流程运行的要求，而且机械设备运行的准确性、安全性有了很大提高，电气故障大为减少。故障点检查也很方便，大大降低了电气设备的故障率，使现场自动运行更加稳定。更主要的是为自动化控制的顺利实现创造了条件。另外对高压配电系统安装一套独立的监控系统，如出现任何故障不仅有指示灯光报警，而且还配有语音报警系统，使值班人员一目了然，可清楚地判断故障发生的部位并做及时处理，避免事故的发生。
3.3 加药间的自动控制
溶解、溶液池为两组，每组2 m；每组内安一台搅拌机，和超声波液位计一套，工况一用一备；
溶解池加料加水后，搅拌机工作15分钟，搅拌机停车，溶液池的液位预报警（液位现场确定）；
当一格溶解池最低液位时（液位现场确定），自动关停药液输出电磁阀同时开启另一溶液池的电磁阀；
FeCl3液按照出水流量计信号自动调节频率，手动调节冲程控制投加量，使其出水水质达到国家一级排放标准。
3.4 紫外光的自动控制
紫外光消毒采用的是德国威得高系统，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的电动阀门自动行动，使液位始终保持在1.7m，紫外光灯启动±5%左右。
3.5时间累计、故障次数和报警功能
主要功能是对所有设备运行的时间进行统计。报警功能是对设备运行出现的故障都有灯光和声音提示，准确及时地提示操作人员哪台设备出现了故障。故障出现时，运行设备立即停止运行。此部分功能的实现，为有关人员确定设备大修时间及日常保养次数提供了依据。
4. 自控系统的使用效果
当现场现出任何的异常情况，可通过监控系统和上位机系统一目了然的看出问题。有设备出现故障、上位机同时报警并停止该设备的运行，相应地计算机作故障情况记录，方便设备故障排除、管理、维护等。
5. 自控系统的发展前景
从各种污水处理装置自动化控制水平上看，只是完成了人对设备简单的机械性能的操作，这种系统在智能化高度发达的今天显得很粗糙。因为污水处理的可变因素很多，有水量、浓度、温度、气量、微生物状态、系统配水情况。供电情况、机械运行情况等等，是一个非常复杂的系统，只靠预先设定的简单程序就想控制好全过程是不可能的。我们需要一种更高级的控制系统，使之能对生产过程出现的各种数据给予采集、计算、分析，得出目前运行状态是否正常的结论，给操作人员以有益的提示，使自动化控制能够真正实现智能化。
参考文献
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[3]张远，吴国防.基于PLC的DCS控制系统在污水处理厂中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2007，12（2）44-47.
论文作者:任望力,,
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
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