污水處理自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

今年10月，人類人口進入70億時代，本世紀末將突破100億。這樣一來，水資源危機將日趨嚴重。為了保護環(huán)境，節(jié)約用水，我國近年來對城市污水處理的投入大幅度增加，在一般的大、中城市都建立起了污水處理廠。但限于各方面的原因，大部分的污水處理廠都是人工操作狀態(tài)，技術(shù)和管理跟不上，運行成本也相當驚人。據(jù)有關(guān)調(diào)查資料，目前我國各地區(qū)污水處理的平均電耗為0.29KW·h / m3，比發(fā)達國家落后10到20年，電耗差不多是發(fā)達國家的兩倍。如何提高我國城市污水處理自動化控制水平，是亟待解決的問題。本文根據(jù)自己工作中的實際，結(jié)合某廠實際，提出城市污水處理自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計，希望對普遍的自動化控制系統(tǒng)運用提供啟發(fā)。

　　1.自動化控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成設(shè)計

　　在總體設(shè)計中，應(yīng)充分考慮污水處理工藝流程各個部分的特性，覆蓋污水處理的各個環(huán)節(jié)，如沉砂池——最初沉淀池——反應(yīng)槽——最終沉淀池——消毒設(shè)備——污泥處理等。這一自動化控制系統(tǒng)應(yīng)該包括中央控制室監(jiān)控系統(tǒng)、可編程控制器（PLC），檢測儀表，閉路監(jiān)控，避雷等。該系統(tǒng)應(yīng)該能夠及時全面地反映出污水處理過程的運行工況、工藝參數(shù)的變化等信息，保證適用性強，開放性好，保證出水水質(zhì)，節(jié)省成本，保證提高運行管理水平。

　　這一系統(tǒng)可以分為現(xiàn)場控制層和管理監(jiān)控層兩個部分。現(xiàn)場控制層通過現(xiàn)場控制器實施控制。這是一個實時監(jiān)控的體系，24小時全方位實現(xiàn)監(jiān)控。它實現(xiàn)了污水處理所有環(huán)節(jié)的過程參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控；它還實現(xiàn)對電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，對單元過程、設(shè)備進行控制。它利用網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控層傳送數(shù)據(jù)，按照監(jiān)控層的控制指令，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、報警、控制和連鎖等。管理監(jiān)控層全面采用組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)傳輸、通訊通過開放式通訊協(xié)議進行實現(xiàn)。在運行的過程中，將形成實時數(shù)據(jù)庫，同步完成畫面的組態(tài)設(shè)置。不僅如此，這一大監(jiān)控層，還能參與生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表計算和統(tǒng)計，通過大量的數(shù)據(jù)信息，同步降低管理的強度，使管理更加科學化、系統(tǒng)化和規(guī)范化，有力地促進管理水平的飛躍。

　　2.自動化控制系統(tǒng)設(shè)備選型

　　監(jiān)控系統(tǒng)的選型。按照某污水處理廠的設(shè)計，采用工業(yè)控制機 IPC610（研華股份有限公司生產(chǎn)）作為計算機控制系統(tǒng)中的上位監(jiān)控計算機。顯示器，選用相關(guān)配套產(chǎn)品。之所以采用該產(chǎn)品，是因為在以往的實踐中，確認其可以在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下，有效地提高設(shè)備的使用壽命。上位組態(tài)軟件采用RSview監(jiān)控組態(tài)軟件包（誒比集團生產(chǎn)）。現(xiàn)場控制站內(nèi)的可編程控制器選用ControlLogix系列（誒比集團生產(chǎn)），顯示器選用該系列的配套產(chǎn)品。工業(yè)以太網(wǎng)交換機選用ED6008 系列（摩沙公司生產(chǎn)），其通訊介質(zhì)為光纖。各個就地控制站選用SLC 系列控制器（誒比集團生產(chǎn)），通過DeviceNet或DH+實現(xiàn)與現(xiàn)場控制站連接。

　　儀表選型。建議采用進口設(shè)備，下列產(chǎn)品經(jīng)市場檢驗，為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，如瑞士 ZüLLIG公司生產(chǎn)的溶解氧分析儀；美國哈希公司生產(chǎn)的在線COD分析儀表；日本TOMOE公司生產(chǎn)的電動調(diào)節(jié)閥門；德國恩德斯豪斯公司生產(chǎn)的濃度分析儀表；德國萊比信公司生產(chǎn)的空氣流量計等。

3.控制系統(tǒng)設(shè)計的細節(jié)說明

　　第一，設(shè)置超聲波液位差計，在粗、細格柵前后均進行設(shè)置，鏈接到現(xiàn)場和中央控制室電腦顯示器。通過控制數(shù)據(jù)，確定合理的工藝值，一旦前后液位差值出現(xiàn)異常，自動啟動相關(guān)程序，實現(xiàn)對粗、細格柵的連鎖啟停。

　　第二，在旋流沉砂池里面設(shè)置PH 計，實時監(jiān)測瞬時進水PH 值。根據(jù)設(shè)計要求，我們根據(jù)測算，確定科學合理的PH值為4.0～9.0，當PH值出現(xiàn)異常時，中控室電腦就會發(fā)出聲光報警信號。

　　第三，在進水管里面安裝電磁流量計，實時監(jiān)測進水流量。如果液位值出現(xiàn)異常，我們設(shè)計的自動化系統(tǒng)，會發(fā)出報警信號，自動啟動相關(guān)程序，實現(xiàn)對五臺進水提升泵的啟停。

　　第四，在缺氧池里面設(shè)置溶解氧（DO）在線測定儀1臺，在好氧池中也設(shè)置1臺。然后確定合理的監(jiān)測溶解氧數(shù)值（缺氧池1.0mg/L左右；好氧池2.0～2.5mg/L左右），當DO值出現(xiàn)異常時，中控室電腦就會發(fā)出報警信號。此時，操作人員根據(jù)需要，打開所需的曝氣機，使溶解氧恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

　　第五，在好氧池中設(shè)置兩臺污泥濃度計，實時監(jiān)測污泥濃度，根據(jù)監(jiān)測值，在中央控制室內(nèi)，遠程控制，增加排泥或者是增加污泥回流量。

　　第六，在出水池中設(shè)置多臺輔助測試儀器，包COD 在線測定儀括、PH 計、污泥濃度計等，利用這些檢測儀器，對現(xiàn)場和中控室進行實時監(jiān)測，確定污水處理后的中水是否達標。正常數(shù)值范圍內(nèi)，可以保證出水要求達到國家二級標準。

　　4. 設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用的總體評價和存在的問題

　　根據(jù)某污水處理廠實際，我們設(shè)計了這套系統(tǒng)。選用了一流的硬件，設(shè)計了良好的軟件，并進行了運行實驗，總體評價是實現(xiàn)了最初的設(shè)計要求。

　　A.該系統(tǒng)主要特色

　　第一，高可靠與高穩(wěn)定性，環(huán)形冗余以太網(wǎng)方案可以保證系統(tǒng)有更高的可靠性，單一點的鏈路中斷不會影響整個網(wǎng)絡(luò)通訊癱瘓；專用控制器網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)INS通訊服務(wù)，可以保證自控系統(tǒng)在通訊方面更高的穩(wěn)定性。整個系統(tǒng)采用的PLC模塊、成熟定型產(chǎn)品，PLC控制柜內(nèi)的抗干擾和防雷等技術(shù)措施，具有供電冗余功能的中控室、現(xiàn)場控制站設(shè)備等，都可以保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定和可靠運行。

　　第二，高擴展性和開放性。向下兼容性是工業(yè)以太網(wǎng)的重要特性。目前使用的是雙絞線或光纖介質(zhì)，如果進行系統(tǒng)升級，如把傳輸速度提升10倍，一般來說，不需要改變現(xiàn)有的布線，只更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就能輕松實現(xiàn)；如果升級主干網(wǎng)，也無須重新鋪設(shè)光纜，只更新網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備就能輕松實現(xiàn)。另外，本系統(tǒng)所有硬件接口和軟件協(xié)議都按照開放性的標準設(shè)計、編制，可以輕松實現(xiàn)設(shè)備的增減、系統(tǒng)的調(diào)整等變化。

　　第三，實用性突出。組態(tài)軟件和編程軟件采用的全部為中文界面，圖畫功能豐富，用戶可以在終端清晰地了解污水處理廠各工段的運行情況，一旦出現(xiàn)故障報警等問題，第一時間里，操作人員就可以通過鼠標發(fā)布各種指令或換畫面。這一系統(tǒng)的實用性還體現(xiàn)在用戶可經(jīng)由上位機的網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一節(jié)點的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計的梯形監(jiān)控工具也可以監(jiān)控這個個網(wǎng)絡(luò)，不需要現(xiàn)場操作，就可以控制器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各站PLC梯形圖程序，實現(xiàn)無縫連接。

B.該系統(tǒng)主要弊端

　　污水處理的自動控制系統(tǒng)中采用了一些自動化檢測設(shè)備，這些設(shè)備，包括儀表、閥門等，由于各方面的原因，其功能的實現(xiàn)和產(chǎn)品的精度還很不完善，在現(xiàn)實運行的過程中，存在較大誤差。所以，也不能一味相信這些設(shè)備，還是充分發(fā)揮人的主觀積極性。

　　污水水質(zhì)的監(jiān)測與控制系統(tǒng)方面，也存在一些問題。系統(tǒng)反應(yīng)、機械傳動等都有可能導(dǎo)致控制滯后，有時候，在節(jié)能控制方面的效果不太明顯。

　　另外，由于大量采用國內(nèi)外先進設(shè)備和技術(shù)，維護、維修的成本相對較大。各種進口的污泥濃度計、pH 計、泥位計等儀器，需要定期做嚴格的維護和修理，包括定期清洗等。這些設(shè)備價格昂貴，配件進口也相對較少，從某種程度上說，可能加劇污水處理廠的投資費用。

　　5.結(jié)語

　　總之，在我國污水處理廠應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)，對污水處理企業(yè)的管理和工藝都大有益處。建議在污水處理廠大力實施自動化控制系統(tǒng)，這既是大勢所趨，也是污水處理行業(yè)發(fā)展的必然走向。我們不能因為存在前期投入成本較大，就延誤技術(shù)升級的腳步，自主研發(fā)設(shè)計制造自動化控制系統(tǒng)、采用國產(chǎn)高精度設(shè)備的實踐中，將會有效地降低成本。