分析污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)及控制功能實(shí)現(xiàn)

黃叢慧

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，山東 青島 266000）

1 引言

水資源是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，與人類的生存關(guān)系較為緊密。但各地水資源均受到不同程度污染，加之我國淡水資源分布不均，無法更好地應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長需求。為解決此類問題，必須采取有效措施解決水污染問題。在污水處理廠中借助自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)運(yùn)作系統(tǒng)進(jìn)行智能化調(diào)整，使污水處理工作始終保持在最佳狀態(tài)，達(dá)到相應(yīng)的控制功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一定的環(huán)保目標(biāo)。

2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述

2.1 主要組成

自動(dòng)化控制系統(tǒng)中包括可編程控制器、監(jiān)控上位機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)儀表、計(jì)算機(jī)操作站等部分。其中，可編程控制器、計(jì)算機(jī)設(shè)定了系統(tǒng)運(yùn)行所需的邏輯程序及工藝標(biāo)準(zhǔn)、參數(shù)項(xiàng)目，可以根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)設(shè)備工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，或根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求手動(dòng)控制設(shè)備設(shè)施?，F(xiàn)場(chǎng)儀表通過檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行各個(gè)參數(shù)，將收集到的各類信號(hào)反饋到可編程控制器、計(jì)算機(jī)當(dāng)中進(jìn)行顯示、控制。

2.2 工作原理

中央控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、管理，掛接在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，執(zhí)行管理、控制命令，針對(duì)污水處理廠中存在的污泥池、初沉池、污泥脫水機(jī)房、鼓風(fēng)機(jī)房、曝氣沉砂池、儲(chǔ)泥池、生物反應(yīng)池、提升泵房、加氯加藥間、上清調(diào)節(jié)池、反沖洗廢水調(diào)節(jié)池、變電所、再生水送水泵房、再生水蓄水池等設(shè)備設(shè)施進(jìn)行管控，并將用戶指令、數(shù)據(jù)、通信等事項(xiàng)接入到系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)視?，F(xiàn)場(chǎng)成套設(shè)備通過系統(tǒng)總線通信以通信方式進(jìn)行指令、數(shù)據(jù)傳輸，通過現(xiàn)場(chǎng)控制柜對(duì)儀表、設(shè)備進(jìn)行控制，借助標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)線采集和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制目標(biāo)【1】。

2.3 基本認(rèn)識(shí)

污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)借助信號(hào)系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、上位機(jī)對(duì)污水處理過程中的各類參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線采集，通過一定的人工干預(yù)輸入，合理操控污水處理指標(biāo)，及時(shí)監(jiān)督、調(diào)整污水處理工藝，確保污水處理系統(tǒng)始終保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。

3 污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)及控制功能實(shí)現(xiàn)

3.1 主要系統(tǒng)構(gòu)成

3.1.1 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)當(dāng)中不僅包含數(shù)據(jù)服務(wù)器，還有相應(yīng)的監(jiān)控工作站。其中，數(shù)據(jù)服務(wù)器為主用，監(jiān)控工作站為冗余?？梢允褂每蛻魴C(jī)、服務(wù)器、交換機(jī)共同構(gòu)建計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，與市政排水自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，經(jīng)光纖、交換機(jī)與各處的現(xiàn)場(chǎng)控制場(chǎng)站進(jìn)行連接，用于傳輸各類數(shù)據(jù)。在中央控制系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)有模擬屏、操作站、通信控制計(jì)算機(jī)、CCTV 監(jiān)控系統(tǒng)、圖像投影系統(tǒng)、圖表處理及打印系統(tǒng)等多個(gè)部分。

3.1.2 區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)

區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中使用可編程控制器進(jìn)行“無人職守”模式下的工作，系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)的控制站使用光纖、現(xiàn)場(chǎng)總線等于從站進(jìn)行通信，對(duì)主要的污水處理設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行本地控制、遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場(chǎng)控制，相應(yīng)的控制級(jí)別中手動(dòng)控制最高，自動(dòng)控制最低，遠(yuǎn)程控制位于中間。手動(dòng)控制是通過本地電控箱、開關(guān)柜按鈕對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟停操作，一般用于特殊情況處理或檢查檢修設(shè)備。遠(yuǎn)程控制是設(shè)備管理人員根據(jù)分控站操作面板或監(jiān)控畫面用I/O 設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，屬于自動(dòng)模式下的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制類型。自動(dòng)控制模式是設(shè)備運(yùn)行完全由分控站可編程控制，其結(jié)合污水處理廠工況、工藝等標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行啟?？刂?，運(yùn)行過程中不需要人工進(jìn)行管控或干預(yù)【2】。

3.1.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)

污水處理廠的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)主要適應(yīng)數(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)總線分布式控制模式，不依賴一個(gè)控制裝置、系統(tǒng)對(duì)整個(gè)污水處理廠進(jìn)行自動(dòng)化管控，這種情況下污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)可靠性較高。即使中央控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)仍可以根據(jù)已固化的模式進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。穩(wěn)定、先進(jìn)的智能化儀表和控制設(shè)備具有自檢、自校、故障隔離等類型的功能，能夠大大提升設(shè)備故障檢出效率，將故障范圍控制在最小范圍，即使是最極端狀態(tài)下，整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)無法工作，還能通過現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作維持污水處理廠的正常生產(chǎn)過程。

對(duì)于各處工藝設(shè)備的監(jiān)控主要包括：運(yùn)行/停止（啟/閉）狀態(tài)、A/M 狀態(tài)、故障狀態(tài)、緊急停車狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、控制器運(yùn)行/故障狀態(tài)自動(dòng)運(yùn)行/停止（啟/閉）控制等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控。若各處的水泵電機(jī)采用變頻控制，還要對(duì)變頻器的運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)、故障狀態(tài)、工作頻率及反饋信號(hào)、頻率控制信號(hào)等進(jìn)行監(jiān)控。

自控儀表的基本測(cè)控內(nèi)容：檢測(cè)儀表測(cè)量信號(hào)、故障報(bào)警狀態(tài)、極限報(bào)警狀態(tài)；自動(dòng)調(diào)節(jié)閥A/M 狀態(tài)、開啟/關(guān)閉狀態(tài)、故障狀態(tài)、閥位反饋信號(hào)、閥位控制信號(hào)等。

3.1.4 保護(hù)系統(tǒng)

在污水處理廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中還存一系列的保護(hù)系統(tǒng)，如：防雷系統(tǒng)、過壓保護(hù)、接地保護(hù)等。這些保護(hù)系統(tǒng)需要根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，對(duì)各個(gè)體系的電源進(jìn)行防護(hù)，實(shí)現(xiàn)防雷、避雷功能。對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的通信端口、儀表電源、模擬信號(hào)端口、攝像機(jī)端口等都要設(shè)置有效的防雷過壓保護(hù)元件。而系統(tǒng)整體的接地保護(hù)系統(tǒng)要嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行接地，需要設(shè)置獨(dú)立接地的必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，對(duì)于自動(dòng)化控制儀表在工作過程中的接地系統(tǒng)要單獨(dú)設(shè)置，或與保護(hù)接地共同接入等電位接地體系當(dāng)中。

3.2 控制功能的實(shí)現(xiàn)

1）合理設(shè)置粗格柵、提升泵站的各類參數(shù)來實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化控制要求。在污水處理過程中需要關(guān)注粗格柵前后位移的差值，一般情況下，可以采用超聲波液位差對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，若相應(yīng)的位移差值滿足設(shè)備設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)將粗格柵除污機(jī)打開清理，完成相應(yīng)流程后自行停止，形成一個(gè)完整的自動(dòng)化環(huán)節(jié)。對(duì)于各類水泵的控制也需要借助自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可以在各個(gè)管路、水泵周邊設(shè)置相應(yīng)的壓力表，根據(jù)壓力標(biāo)準(zhǔn)要求自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的啟停，并且在壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)自動(dòng)打開電動(dòng)閥門。

2）曝氣池中污泥濃度、微生物總量都需要借助自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行維持，而自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以根據(jù)微生物數(shù)量進(jìn)行控制。若微生物總量較高，水中的懸浮物總量較多，會(huì)對(duì)污水處理質(zhì)量產(chǎn)生影響，而且過量的微生物需要大量氧氣消耗，增加了氧氣消耗水平。若微生物總量較低，生物負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，污水處理能力相應(yīng)會(huì)降低，處理后的水質(zhì)會(huì)不達(dá)標(biāo)。因此，自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)隨微生物總量進(jìn)行判斷，而微生物則存在于污泥當(dāng)中，可以通過污泥總量的變化來對(duì)應(yīng)微生物總量變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制功能。

4 結(jié)語

自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用到污水處理廠發(fā)揮了較為重要的作用，不僅為管理人員提供了及時(shí)、有效的運(yùn)行數(shù)據(jù)，還節(jié)約了系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間和資源，能夠有效提升污水處理系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度及運(yùn)行成本，提升污水處理廠的現(xiàn)代化水平。但仍要關(guān)注污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)存在的問題和缺陷，并采取有效措施提升系統(tǒng)的通用性、擴(kuò)展性、開放性、兼容性，推動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在污水處理廠的有效應(yīng)用。