天津创业环保集团股份有限公司 天津 300381
摘要：城市污水处理厂中自动控制系统能够具备数据处理，集中控制管理，是一种多功能的DCS控制系统，在基于行业规范标准前提下，为满足行业发展需求本研究针对城市污水处理厂自动控制系统的设计和功能需求进行分析，并以实例进行阐述该系统的应用效果。
关键词：污水处理厂；自动化；控制系统；设计；实现
当前城市污水处理厂现有的生产工艺流程广，设备分散，且各设备之间存在连联锁关系，此外污水需要经过生化处理，分析值是控制的主要指标，在线稳定性相对较差，缺乏准确的数值函数，进而给自动控制带来难度，使污水处理厂系统在运行过程中耗费大量资源，很难实现高效管理以及生产的自动化调节。由于污水处理厂工艺复杂，设计过程中需要根据水质情况，总体布局，处理要求进行分析。常用的方法有A2法，生化池，A-B曝气法。在处理过程中污水需要经过物理去污，通过不同工艺完成生化处理，最后是消毒，沉淀，达到相应的排放标准。在处理过程中剩余和回流污泥需要经过处理再排出。城市污水处理厂的自动控制系统能够遵循安全性，高效性以及实用性等原则，掌握工艺流程以及参数变化，不断优化流程，确保高质量水质和处理成本，能够提高污水处理厂的管理能力，使水厂实现稳定运行，这种自动控制系统能够对多种工艺进行紧密联系，是一种具备数据处理，集中控制管理于一体的系统。
1 系统的设计
首先在污水处理厂自动控制系统设计过程中需要遵循扩展性，主要是考虑到系统和设备经过优化后需要具备可拓展空间；遵循高性价比，由较低的投入获取更高的利益；具有较高可靠性，所选取的设备具有较高抗干扰性能，运行稳定性强，这也是系统设计的关键；具有通用性，从软件、硬件原件到控制系统的外形结构，安装等方面都需要具有通用性；兼容性，该系统是一种软、硬件相结合的系统，系统的兼容性决定了该系统是否能够实现广泛使用，是否能够满足污水处理厂的工艺管理。
1.1结构设计
针对污水处理厂生产工艺流程，总体分布情况，生产管理的合理性，设计分散控制系统，该系统分为三个等级，分别是：现场设备信号，操作站和控制站，各个站之间需要由控制网络来实现通信系统，能够在厂管理网和以太网之间实现信息共享。对于某小型污水厂来说，通常该处理厂系统结构是由控制台和两个操作台构成的，两个操作台之间为冗余关系，其中一台具备工程师站功能，该系统还配有报警打印机和报表打印机，两台打印机设置在控制室中。对于大、中型污水处理厂来说，其系统结构是由多个控制台和操作台构成的，其中有三台集中控制站，之间互为冗余关系，其中一台具有工程师站的特点，同时该系统还配有报表打印机和报警打印机，分别设置在控制室中。
1.2系统的特点
需要选择较为先进的进口设备，能够确保系统具有较高稳定性和可靠性，其次该系统是由模块化结构构成的，卡件能够携带电插拔时系统在维护过程中较为便捷，系统具有较高的灵活性和拓展性，能够采用抗干扰性能强的I/O信号处理模块，具有良好的人机交互界面，易于操作，具有开放的网络结构。首先从中央操作站上来看，在中央控制室中放置了工程师站和中央操作站，选择高性能的控制计算机，中央操作站，能够完成系统运行过程中到所有操作报警，储存，报表生成等多种功能。具体的指标如下：标准键盘应当高于128MB，具有21英寸的显示屏，CPU大于实际硬盘。从控制站来看需要选择可编程控制软件，采用的是模块化结构，具有较高的抗干扰性能和滤波性，是由CPU通讯模块，数字量I/O模块，底板共同构成。比如由A-B公司生产的可编程控制器5，将该设备放置在控制柜中，用于系统的信息采集和操作控制。
对于大中型城市污水处理厂来说，系统的I/O点数和规模分布在500点以上，需要根据污水处理厂的实际工艺流程布局，设置多个控制站，可以通过系统和通讯模块完成通信。对于中小型污水处理厂来说，一般系统的I/O元件规模为500以下，设置一个控制站，可通过网络模块带动多个远程I/O站来实现工艺生产。
1.3系统的软件配置
主要包括上位机软件，可编程控制器软件，系统软件以及工具软件。首先在上位机软件中包含了多种图形工具，能够实现在线组态向导，信息采集处理，报警以及可拓展的组态向导。选择工业自动化软件，包括WinCC。可编程控制软件能够提供短时间快速拓展，能够满足重复编程，环境运行具有结构化文本，梯形图。葡萄选择约psap奥塞产品厂家相配应的软件开发运行环境。在操作系统上选择的是微软windows2000，工具软件采用的是excel 2017.
2 系统的功能设计
首先在数据处理方面，系统能够采集的数字化信号，包括电气设备的自动信号处理，运行故障信号，电源信号，工艺流程参数型号，系统能够采集的模拟信号包括压力，浓度，ph电流，压力等，对于用电量和流量等一些信号来说，可以采用定期清零以及累积处理的方式。
2.1系统的控制功能
系统设有中央控制室，自动控制，手动控制这三种方式，针对现场手动控制来说能够用于自动化控制系统的停机和电气设备的维护，紧急处理。相比三种控制方式来说具有一定的优先权。对于中央遥控控制来说，每台电梯设备都设置了这种功能，能够满足实际生产需求，一台设备的启动和停止不会影响其他设备的运行。对于自动控制来说设置有故障连锁，顺序控制，生产控制等多种功能，能够根据实际污水处理厂的生产要求。在生产过程控制中能够对不同的工艺环节和任何设备工艺顺序进行控制，对于一些违反工艺操作具备识别性，对电信设备设置故障联锁功能，根据实际的工艺要求能够实现各流程中设备和控制参数的自动连锁。对于生产控制来说，无论选择哪种工艺流程，在污水处理中溶解氧都是重要指标，将直接影响污水处理质量以及最终厂区的运行成本，因此需要高度重视溶解氧的自动调节，可以通过污水处理，生化池氧含量控制来实现，比较溶解氧浓度的设定值和实际测量值，通过PID调节运算自动调节进风管的阀门，控制进风量及控制进入污水池中的氧气含量，有效调节容积量的浓度。
2.2管理功能
该系统能够具备三种操作方式，分别是现场手动操作，遥控操作以及连锁操作。在多种运行条件下工作人员能够根据实际情况选择合适的操作方法，在交班时还需要设置权限管理以及相应的常规操作。
监视功能。按照生产工艺流程能够通过屏幕实时显示不同环节的运行情况，可以通过动态和闪烁方式显示设备的运行情况和信号状况，以及用数字形式显示各参数值，同时也可以跳出分画面和弹窗形式，显示各设备的连锁信号状态。
管理功能。针对被测工艺参数需要设置有历史信息查询，能够对设备的启停时间进行记录，设有故障报警，状态信号，报警参数，超限值报警功能，能够实现自动报表生成。
3 工程案例分析
本文以某污水处理厂为例，该厂区每天能够处理水量为5万吨，一期为2万吨/日，二期为3万吨/日。其自动化控制系统中，包括中央控制室监控设备，检测仪表，避雷装置，可编程控制器，闭路监控设备等共同构成，其具体的控制流程如下图所示。
其中好氧池中设置了设置污泥浓度计（参考型号：弗郎牌FLS-100）两台，实施监测好氧池中的污泥浓度，当池中污泥浓度较大时，会及时减少二沉池中的污泥回流量，增加排泥；当浓度较小时时，会适当增加污泥回流量。以上控制N过程均可以在中央控制室内根据监测数据进行远程控制。二沉池在二沉池中设置一台泥位计（参考型号：QFWJ-100型），当在线监测泥位值偏高时，可自动调节刮吸泥机、排泥设备，将剩余污泥外排，防止沉淀污泥发生腐败。
同时该污水处理厂自动控制系统分别设置一台报警和报表打印机以及三个操作站，其中一个操作站可通过厂管理网和以太网实现系统互联，同时该系统设置有四个控制子站，包括污泥，鼓风，泵房，B曝，能够分阶段对污水处理厂工艺流程中的各个数据参数进行采集，处理，控制。通过研究发现该处理厂投入运行自动控制系统之后，运行效果良好，能够达到原设计水平，同时该厂区的自动化水平处于同行业领先位置，能够为企业带来一定的综合效益，也为当地城市保护创造更多的效益。
小结
本研究主要阐述了污水处理厂自动控制系统的特点，能够结合生产工艺要求，选择合适的系统结构配置，实现系统功能。本研究提出的设计思路已经实现多个不同流程和处理规模污水处理厂自动控制系统的设计。
参考文献：
[1]谭伟. 基于PLC的污水处理厂自动控制系统[J]. 智能建筑与智慧城市，2018，No.260（07）：34-36.
[2]马兵杰，赵亚桥. 浅谈大型污水处理厂自动化系统的设计与应用[J]. 中国化工贸易，2017（18）.
[3]阳君. 污水处理厂自动控制系统设计中PLC控制技术运用分析[J]. 自动化应用，2017（9）：134-135.
论文作者:米守军
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/7
标签：污水处理论文; 系统论文; 操作论文; 污泥论文; 设备论文; 工艺流程论文; 功能论文; 《防护工程》2019年9期论文;