自動控制系統在污水處理中的應用

一、概述
在西歐和北美，工業監控系統得到廣泛的開發應用，近年來我國也逐漸普及開來。煙臺市套子灣污水處理廠就是利用這一先進技術系統（Program Control System,PCS），以PLC（Program Logical Control）器件構成子站（Substation），通過光纜、雙絞線，將PLC和中繼器、網橋、集線器、服務器、操作站相連，構成一個局域網，以太網。PLC作為下位機，可以和現場的傳感器、變送器、自動化儀表相連，進行數據通訊，數據處理，數據管理。信號通過傳感器、自動化儀表反饋到PLC，通過PLC進行數據處理，然后對控制對象進行管理，比如：當排海泵房的水位達到50%時，自動化儀表將信號傳給PLC，開關量輸入CPU進行處理，根據PLC編程水位達到50%即開的要求，PLC發出指令，讓排海泵房的一個泵開啟，這是一個PLC處理的典型過程。
二、PCS控制系統
1、硬件配置
VAX小型服務器2臺。Digital Alpha Stationm 250；CMD5000 SCSI RAID；HUB集線器；中繼器（Repeater）；網橋（Brige）；3臺打印機：報警打印，報表打印，硬拷貝打印；UPS不間斷電源；信號轉換器；PLC以SATTCON35和SATTCON05為主。
2、軟件配置
（1）在服務器上應用VMS操作系統6.2版、SATTCON90系統軟件，數據庫支持信息共享。
（2）操作站平臺使用Windows NT 4.0操作系統，應用軟件使用SATTLINE。
（3）支持TCP／IP網絡協議。
三、系統特點
1、集中式控制結構
中心控制系統在中心控制室（Center Control Room）nli1：）對全廠泵站系統實施控制，每個泵站系統又相互獨立，有各自專門的PLC實施控制。
傳感器和自動化儀表將液位反饋到PLC上，由操作人員根據實際情況進行操作。對泵站的控制系統控制功能有就地（Local）和遠程（Remote）兩種；兩種操作模式：手動（Manul）和自動（Auto），平時可根據系統設計，設定自動運行。當某一控制室和泵站某一部分出現故障時，現場的報警信號立即通過網絡反饋到中心控制室，通過打印機將故障的具體信息打印出來，并根據實際情況進行操作。這樣既方便，叉快捷。
2、故障診斷實時性
PLC實時監控系統的硬件運行情況，功能針對性強，查找故障方便，排除也快，即使PLC出現問題，將程序重裝一遍，也僅用幾分鐘。服務器出現故障系統崩潰，重新安裝、配置也僅用一個小時。
3、修改和維護方便
PLC編程容易，可以在線（Online）離線（Offline）編程，可以用模塊圖、梯形圖、指令圖，任選，即改即用，對設計維護相當便利。若采用模塊圖編程，設計會更加方便。
四、PLC的結構及自動控制系統網絡
1、PLC（可編程控制器）
簡單他說，PLC由電源、框架、處理器、I/O模板四部分組成。外部監控信號都是通過I/O板進入PLC進行處理的。電源一般為電源供應模板，如SATTCON35模板單元RSF。框架0.4m大小，處理器為中心控制單元CU45，I/O模板是32位數字輸入/輸出板（24v/48）和4位（或8位）模擬信號輸入/輸出模板。
2、自動控制系統的網絡構成
本系統有5個工藝區：機械處理區：排海泵站區、過濾回用水區、活性淤泥區、淤泥處理區。每個區都有一個SATTCON35和SATTCON05 PLC。
（1）機械處理區
由一個SATTCON35和一個SATTCON05 PLC、自動化儀表、UPS 不間斷電源組成，放在馬達控制中心1MCC，對進水泵房、曝氣沉沙池、格柵、螺旋輸送器、柵渣壓實機等進行控制。
（2）排海泵站區
由一個SATTCON35和兩個SATTCON05 PLC、自動化儀表、UPS不間斷電源組成，放在馬達控制中心2MCC，對初沉池、污泥泵、浮渣泵、排海泵房進行控制。
（3）過濾回用水區
由一個SATTCON35和兩個SATTCON05 PLC、自動化儀表、UPS不間斷電源組成，放在馬達控制中心5MCC，對濾池、提升泵站、加壓泵站及紫外線消毒系統進行控制。
（4）活性淤泥區
由一個SATTCON35和四個SATTCON05 PLC、自動化儀表、UPS不間斷電源組成，放在馬達控制中心4MCC，對二沉池、鼓風機站、循環水系統、熱能系統、生物處理的曝氣池進行控制。
（5）淤泥處理區
由一個SATTCON35和三個SATTCON05 PLC（針對3MCC的三個脫水機）、自動化儀表、UPS不間斷電源組成，放在馬達控制中心3MCC．主要對消化池、前后濃縮池、污泥泵站、脫水機進行控制。
（6）中心控制室
由一個SATTCON35 PLC、UPS不間斷電源、大型模擬屏和服務器等組成。 PLC對大型模擬屏實行控制。
前六部分的自動化設備和各自配電室的終端服務器相連，經各自的配電室的中繼器，由SATTBUS總線通過網橋連到HUB集線器，最后連到服務器上。這樣，形成一個以太局域網（Ethernet），這就是一個完整的污水處理廠自動化控制系統。
3、自動調節控制系統
（1）格柵程控系統
根據格柵前后的水位差（該水位差值直接反映格柵堵塞情況），自動控制柵耙，按預定周期運行，以保證格柵正常工作。我們可以將格柵調為手動和自動模式。在自動模式下，格柵將根據液位差4%進行工作，自動清污。螺旋輸送器、柵渣壓實機隨輸送器一起運動，將污物排除。中心控制室可以設定現場控制（Local）和遠程控制（Remote）。
（2）水泵程控系統
按水泵池的液位控制水泵，按預定的次序逐臺開啟。
一臺水泵不夠用時，下一臺水泵開啟（反之亦然）。備用泵最后啟動，并根據水泵的運行時間自動輪換水泵，使各水泵的運行時間均等。對每個泵的控制，也都有現場控制（Local）和遠程控制（Remote）兩種模式。
（3）曝氣池空氣量調節系統
曝氣空氣量調節系統的任務是，維持曝氣池溶解氧值在允許的范圍內，以保證曝氣池中的好氧微生物順利進行有機物氧化分解。曝氣空氣量的調整，采用控制鼓風機導葉片的方式，即通過改變鼓鳳機導葉片的角度來改變空氣量，從而保證溶解氧的需求量。
（4）回流污泥量調節系統
回流污泥量的調解系統的任務是，保證曝氣池中的懸浮污泥濃度在一定的范圍內。回流污泥量調節，采用比例控制方式，按進入曝氣池的水量控制回流污泥泵的開啟臺數和回流污泥管道上閥門的角度，以保證回流污泥管道上閥門的合適比例。
（5）泥溫調節系統
泥溫調節系統的任務是，維持消化池中的泥溫在允許范圍內，以保證中溫（35℃）發酵的結果。泥溫調節，采用熱平衡控制方式，即改變換熱器的熱水溫度或流量來改變換熱量，以實現污泥溫度的調節。
（6）沼氣攪拌程控系統
根據時間間隔，自動控制沼氣吹管，按預定的順序向消化池送入壓縮沼氣，以保證消化池中的污泥得到充分的攪拌。
（7）消化池配泥程控系統
根據時間間隔，自動將新鮮污泥依次均等地分配到各消化池中去，保證全天總的投泥量24小時內均勻地投入消化池內。
（8）濾池程控系統
根據時間間隔或濾頭損失(由超聲波液位傳感器檢測)，自動控制濾池進行反沖洗，以保證出水水質在要求的范圍之內。
以上八個自動控制系統程序，構成自動控制最重要的部分。各個PLC程序彼傳輸到相應PLC，對全廠的工藝進行調節管理。某一部分出現故障，現場報警信號立即通過網絡反饋到中心控制室，通過打印機將故障的具體信息打印出來，井根據實際情況進行操作，這樣方便，快捷。
五、結語
本系統與傳統污水工藝自動化相比，具有功能齊全。高度智能化、運行可靠、投資省、見效快等優點。系統自1998年10月投入運行至今，對煙臺市的生態環境、海水資源、城市環境及旅游業等，都起到極大的推動作用。