摘要：随着现代控制技术和计算机技术的飞速发展，控制技术在现有污水厂中的广泛应用，使得整个污水处理过程实现了计算机监测、控制和管理，以实现高质量、低成本、稳定可靠的运营方式。污水处理厂控制即是利用PLC的成熟功能和计算机技术，实现了污水处理整个过程的实时监测和控制，从而保障了生产过程的连续性，降低了劳动强度，改善了劳动条件，实现了少人或无人值守的目标，并且保证了污水排放的质量。
关键词：污水处理；自动控制；PLC控制；
在PLC保证基本功能的同时，上位机也不再单纯地以信息采集为主要功能，污水处理运行稳定后，运用历史数据和运行经验，用上位机开发出专家系统和模糊控制等高级控制功能，进一步提高处理的自动化水平，达到降低能耗的最佳控制。
一、概况
某高新区位于某市的西部，自2000年10月开发建设以来，一贯重视环境保护工作。为了避免开发建设与保护生态环境之间的矛盾，达到现代化园林化新城区的目标，高新区加快了污水处理项目的建设，于2013年又投资建设了某高新区第二污水处理厂，该厂设计规模为80000m³/d，其中一期设计规模为40000m³/d，处理工艺采用二级生物处理，接纳处理27Km区域的污水。从而进一步改善了高新区区域内河道及大运河水质，保持污水处理达标率100％的水平。
二、工艺流程
某高新区第二污水处理厂日处理能力为4万吨。由于服务范围内企业较多，针对其水质特点，设计采用了卡鲁塞尔2000氧化沟工艺，该工艺结合PLC控制，有效降低能耗，减少运行费用，使得具有出水水质好、管理简便、运行稳定等特点。
三、控制系统网络结构和控制方式
1.系统网络结构。根据该污水厂工艺要求和设计要求，本系统考虑到可靠性、
开放性、易维护性、可扩展性，并根据“集中管理，分散控制”的原则，本系统采用了分布式结构，即将全厂分为三个控制站和两个工作站。三个控制站通过PROFINET网与两个上位机工作站相连；同时两个上位机工作站通过集线器（HUB）组成一个对等的工业以太网络（通讯协议为TCL/IP）。
2.系统控制方式。该系统采用三种控制模式即就地设备控制箱手动控制、远程PLC控制站操作终端控制和远程中心控制室上位机控制。其中，就地设备控制箱操作具有最高的优先权，远程+,控制站操作终端单台控制次之，最后为中心控制室上位机单台控制和成组控制。现场的泵类、鼓风机、电磁阀等开关信号，曝气池的溶解氧等模拟信号，全部经过PLC在上位机上显示。现场各监控点的物理参数，均由对应的一次仪表传感器或变送器检测出来并转换为4mA-20mA电流信号，传输到各PLC控制站内，PLC通过各种模块接口采样电信号；控制信号同样由PLC输出，以4mA-20mA的电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。
四、系统控制功能介绍
1.上位机监控系统的功能。上位机为两台工业控制计算机，通过工业以太网与现场的PLC主站相连。上位机采用Windows7操作系统，监控软件采用Siemens公司的Wincc工业自动化软件。上位机的主要功能是对污水处理厂数据采集及控制自动化系统的控制参数设置，完成数据采集及控制自动化系统的组态；同时可进行在线、离线编程及设定参数的修改；监控生产作业过程，包括显示控制过程画面和实时数据，显示系统总体框图；绘制重要参数的变化趋势图；显示设备的工作状态；历史数据的统计分析和存储；辅助管理日常生产业务，提供决策参考。
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2.现场PLC控制站功能.每一套设备的大部分在线仪表都具有Profibus接口，没有Profibus接口的仪表，可通过ET200站的模拟量模块与PLC主站进行通讯。对粗细格栅、螺旋输送机、压榨机，细格栅、螺旋输送和压榨机采用联动控制。联动控制有两种运行方式。时间方式：在PLC内设定一个时间周期(运行时间和待机时间根据工艺运行需要确定，可自行修改)，格栅、螺旋输送机和压榨机定时运行。液位差方式：在格栅前后装有超声波液位计，由变送器将4mA-20mA的液位信号送到该设备上PLC的模拟量输入模块，当液位差达到设定值时，格栅自动开启进行清渣，当运行的格栅前后液位差降至设定值时，格栅自动停止运行，螺旋输送机、压榨机滞后停止。上述联动控制以时间模式为先，当在时间条件未满足，而格栅前后液位差达到设定值时，以液位差方式强制粗格栅、细格栅运行。进水泵房装有变频调速的潜污泵，可以通过液位的高低控制潜污泵的启停，保持进水泵房水位的相对恒定，同时避免设备的频繁启动，控制过程为：超声波液位计不间断测量进水泵房液位，当高于低液位时开启一台潜污泵调整液位，根据液位上升、下降的速度，调整频率，当调整至50Hz时自动切换到工频，如液位继续上升，启动另一台变频调速泵进行调节液位；当液位低于某一设定值时，在很短的时间内停止一台以工频运行的潜污泵，然后调节变频调速泵。水位低于最低水位设定值时停止所有泵的运行。砂泵和砂水分离器为联动运行。具体的过程为排砂前先启动砂水分离器，然后延时启动泵吸砂机；停止排砂时先停止砂泵的运行，然后延时停止砂水分离器。每组氧化沟有3台表曝机，采用倒伞形叶轮曝气机。其中两台变频，一台定速，变频表曝机可以根据氧化沟中溶解氧仪表所测数据经过PLC处理后进行调速，变频表曝机叶轮转速范围13—26rpm。当需氧量降低时，Carrousel 2000系统的一个或数个表曝机可以停止或采用变频技术换到较低的转速，同时，可以通过改变叶轮浸没深度改变动力输出。Carrousel2000氧化沟由于其特殊的沟型和叶轮，不需要这样大的能耗。特别是在水力负载和有机负载发生变化时，通过控制系统曝气机有显著的节能功效。在回流比的控制上，通过对回流污泥泵加装变频器，可以根据工艺进行方便快速调整回流比，达到最佳控制要求。原污水经处理后，水质得到很大改善，细菌的含量也大幅度减少，但其绝对值仍然很可观，并有存在病原的可能，因此在排放之前需进行紫外消毒 处理。在出水槽安装紫外消毒装置，通过紫外光灯管的照射，消除大部分的大肠杆菌。紫外灯管的强度根据出水流量进行自动调整，避免了电能的浪费。同时通过COD、TN、TP等在线仪表，检测出水的水质，确保运行管理人员及时掌握有关数据，及时调整工艺参数。
3.污泥处理控制从站的功能.主要负责对污泥提升泵、储泥池的搅拌机和带式压滤机等设备进行远程控制；并上传到中心控制室(上位机)。污泥提升泵通过调速来控制进入脱水机的泥量，避免污泥提升泵频繁启动。污泥脱水机房中装有2套带式压滤机(自带加药系统)和相应的空气压缩机。脱水过程为典型的顺序控制，控制顺序为：空气压缩机、反冲洗水泵、主机、药泵、泥泵。
由PLC和上位机构成的控制系统运行可靠，全面反映了全厂的设备状态，减轻了工作强度。但同时由于PLC缺乏对众多模拟量数据采集和综合控制功能，如在回流比的控制上，仍需工艺工程师拼接经验来确定，因此单纯靠PLC无法实现工艺的最佳控制，这为上位机的功能扩展提供了可能。在PLC保证基本功能的同时，上位机也不再单纯地以信息采集为主要功能，污水处理运行稳定后，运用历史数据和运行经验，用上位机开发出专家系统和模糊控制等高级控制功能，进一步提高处理的自动化水平，达到降低能耗的最佳控制。以上仅以实际运营的污水为例说明由PLC组成的控制系统在污水处理中的应用。由于PLC模块的功能，软件又采用统一的结构，如若加大处理规模，只需增加相应的功能模块，增加适当的软件功能就可在较小的投入下很方便地实现规模扩展。
参考文献：
[1]王鹤云．张海鹏，工业废水处理工程设计与实例．2016.
[2]崔瑞清．PLC和上位机在污水处理控制系统中的应用.2017.
[3]金志荣．污水处理组合工艺及工程实例2015.
[4]陈相宾．可编程序控制器技术与应用系统设计．2016.
论文作者:付强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/6/27
标签：上位论文; 污水处理论文; 格栅论文; 液位论文; 功能论文; 工艺论文; 污泥论文; 《电力设备》2018年第6期论文;