某自動控制系統設計與實現

摘 要:闡述了污水自動化處理系統的重要意義，對污水處理自動控制系統設計與實現，提出了方案對策。

關鍵詞:污水處理自動控制系統設計

中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0110-01

1 引言

我國水資源分布不均，整體水資源緊張，對污水的循環利用要求越來越高。隨著城鎮化進程的不斷加快，各地對污水處理的需求越來越大，污水處理的壓力越來越大。在這種形勢下，加大污水處理自動控制系統的設計、建設與運用力度，對提高污水處理能力和減輕環境壓力具有十分重要的現實意義。污水處理自動控制系統主要通過工業用PC機對整個系統進行控制，同時相關單元利用PLC作為控制單元，實現對系統的自動控制。在中控室設置大屏幕實現對污水處理各個環節的實時視頻監控，并可實現對各個監控點的實時顯示、故障報警、故障診斷等。污水處理自動控制系統設計采用備份控制方式，正常情況下采用遠程控制方式進行控制，近程控制方式作為備份方式，當遠程控制手段出現異常時，迅速進行切換，實現控制的無縫對接。作為中央控制單元的工業用PC機與各關鍵節點PLC之間采用串行通訊方式進行數據交換，近距離的通訊采用雙絞線進行通訊，長距離時選用光纖進行通訊。節點控制采用PLC控制，對于控制對象較多的關鍵節點，選用多臺PLC進行控制，PLC之間數據交換通過內部鏈接寄存器，實現數據交換和共享。

2 雜物處理格柵單元控制與實現

設置格柵單元主要是用來除去水中粗大的懸浮物和雜物，確保后續處理設施正常運行。一般根據水源情況分別設有出格柵和細格柵兩個步序，粗格柵去除去那些可能堵塞水泵機組及管閥門的較粗大的懸浮物，而細格柵用以去除粗格柵難以去除的呈懸浮物狀的細小纖維。使用格柵單元時有以下幾點需要注意:第一，由于污水水源來水量不確定，有時可能會出現斷源現象;第二，水中大塊雜質含量隨季節性及白晝交替而變化;第三，啟動格柵之前先啟動螺旋輸送機，結束時則逆序停止;第四，盡量提高格柵的利用效能，力求有水流動時才啟動該單元系統。每臺格柵前后安裝有液位傳感器，PLC根據液位傳感器檢測到的水位差值和時間設定，自動控制格柵除污機的運行;當水位差值超過設定值或時間設定值時，自動控制格柵和螺旋輸送機按照預先編制的程序運行。設在前池的液位傳感器將檢測到的水位信號送到控制運算器，PLC根據檢測值與設定值的差值來自動控制污水提升泵運行，既要保證水泵的安全，又要保證懸浮物和雜物不危害下級設施。

3 進水泵房單元控制與實現

進水泵單元控制打破傳統的由人工進行控制，隨意性大，容易發生生產事故的現狀，采用水位傳感器，實現對水位的自動檢測、對比與控制。并設置延遲單元，減少電機的頻繁開啟與關閉，保持水泵的平穩開啟與關閉，避免浪費電力，提高水泵的運行效率。如果采用恒液位變頻控制，大多數是用在設備為一用一備的場合，一臺變頻器拖兩臺泵，通常是用在小型污水處理廠或者工業污水預處理過程中。對要求恒液位變頻控制的采用一臺變頻控制，剩余的泵全部為工頻控制，現場一臺變頻控制泵，兩臺工頻控制泵，遠期將再擴展兩臺工頻泵;筆者所采用的控制方案，采用了簡捷化設計，缺點是如果要實現恒液位控制，變頻控制的水泵將長期運行，為了解決好這問題，在程序控制上進行了創新和改造，保證了其達到很好的運行效果。

4 鼓風機房單元控制實現

曝氣系統由進氣總管和曝氣鏈組成，單條曝氣鏈由特制彎管、夾布橡膠管、PE管、鋼絲繩、EPDM橡膠管和橡膠膜管式微孔曝氣器及配件組成。曝氣鏈之間平行排列，互相之間留有一定的的間距，曝氣時曝氣鏈不會相互干擾，而且曝氣均勻。每條曝氣鏈由若干組曝氣器單元懸掛在進氣PE管(浮在水面)上的組成。曝氣系統是一個嚴重滯后的控制系統，所以采用一般PID控制算法在該系統中很難實現，必須充分研究污水處理廠的現實狀況，科學選定現場鼓風機的頻率。當已經啟動了一臺工頻鼓風機且變頻鼓風機也達到了設定頻率上限時，如果此時DO值還是低于2m/L，則提示報警，說明現場發生問題，由人工檢查是否發生管路故障。同時，要強化對鼓風機的保護，如果在所有進氣閥出現關到位狀態時，則必須立即停止所有鼓風機;且如果現場沒有進氣閥處于開到位狀態，但有半開狀態信號，如果此種情況存在持續5s以上則也要停止鼓風機設備，確保設備安全。

5 加氯間單元控制實現

氯是污水處理中消毒的重要手段之一，由于氯氣的獨特的物理化學特性，必須要加強對加氯間單元的控制，確保設備安全運行，人員安全和消毒充分。加氯間設備共有兩臺軸流增壓泵(一用一備)，兩套二氧化氯發生器。因為消毒過程采用的是負壓原理，只有在負壓達到一定的程度之后二氧化氯發生器才能其作用將消毒液和水混合達到消毒的目的，所以要采用順序控制方式，即先啟動軸流增壓泵，約30s左右再啟動二氧化氯發生器，停止時逆序，兩增壓泵都發生故障或者兩個二氧化氯發生器都故障時，系統自動緊急停止。

6 脫水機房單元控制實現

脫水機房設備眾多，有螺旋輸送機、加藥泵、清洗泵、進泥泵、除磷加藥泵、攪拌器等設備。為了確保控制的穩定和可靠性，采用3組PLC對以上設備進行控制。脫水環節的基本程序是:進泥泵將濃縮儲泥池的污水運輸到脫水機;清洗泵將清洗脫水機濾波并消毒，水源來自加氯間單元的接觸池;加藥泵負責將PAM池中的藥劑運輸到脫水機;除磷加藥泵用于改良SBR池在必要的時候進行化學除磷。PAM池攪拌器不影響系統的全自動運行，但只要處于自動控制狀態下將和脫水機同時啟動，也可以切入到點動或近控狀態下由人工操作。

7 故障報警系統的設計與實現

為確保下游水質安全和設備人員安全，筆者在該自動控制系統中設計了3級故障顯示報警系統，Ⅰ級設置在控制現場各控制板，用指示燈指示設備正常運行和故障情況，當設備正常運行時對應指示燈亮，當該設備運行有故障時指示燈以1Hz的頻率閃爍。為防止指示燈燈泡損壞不能正確反映設備工作情況，專門設置了故障復位/燈測試按鈕，系統運行任何時間持續按該按鈕3s，所有指示燈應全部點亮，如果這時有指示燈不亮說明該指示燈已壞，應立即更換，該按鈕復位后指示燈仍按原工作狀態顯示設備工作狀態。Ⅱ級故障顯示設置在中心控制室大屏幕監視器上，當設備出現故障時，有文字顯示故障類型，工藝流程圖上對應的設備閃爍，歷史事件表中將記錄該故障。Ⅲ級故障顯示設置在中心控制室信號箱內，當設備出現故障時，信號箱將用聲、光報警方式提示工作人員，及時處理故障。在處理故障時，又將故障進行分類，有些故障是要求系統停止運行的，但有些故障對系統工作影響不大，系統可帶故障運行，故障可在運行中排除，這樣就大大減少整個系統停止運行時間，提高系統可靠性運行水平。

參考文獻

[1]張偉，許春蓮.PLC與組態軟件在污水處理裝置性能評價系統的應用[J].可編程控制器與工廠自動化，2011(1).

[2]汪小澄，肖志懷.PLC在一級污水處理廠中的應用[J].微計算機信息，2001(1).

[3]王芳.污水處理廠自動控制系統的建立[J].機械工程與自動化，2010(12).

[4]陶炳坤，賈輝然，張少華.基于可編程控制器的工業污水處理自動控制系統設計[D].河北科技大學，2007.