自動控制系統在污水處理中的應用研究

摘 要：污水處理是環保工作的一項重要內容，對保護我國的生態環境起著非常重要的作用。自動控制系統是污水處理系統的重要組成部分，對污水處理系統的正常運行起著非常重要的作用。該文對當前世界上污水處理廠自動控制系統的現狀進行了介紹，分析了城市污水處理中自動控制系統的組成、特點及功能等。

關鍵詞：污水處理 自動控制系統 PLC

中圖分類號：X3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0128-01

1 國內外污水處理廠自動控制系統的現狀

污水處理自動控制技術在國外發展的比較早，其技術上也具有明顯的優勢，西方很多國家的污水處理廠在多年前就實現了污水處理的計算機控制，甚至有的國家已經在污水處理過程中實現了無人值守。在20世紀70年代，美國的一些污水處理廠已經實現了利用計算機對加藥過程進行控制，如一些污水處理廠利用計算機對加釩過程進行控制，每年使釩的消耗量降低了20%，同時也使水質大為改善，管理效率大大提高[1]。此外，德國的柏林污水處理廠、日本東京、大阪等地的污水處理廠等也很早實現了對污水處理過程的計算機控制。污水處理控制系統發展到現在已經取得了很大的成就，控制系統的自動化程度相比以前更高，如美國的許多大型污水處理廠在整個廠區范圍設置了整套的集散控制系統，實現了對污水處理過程的多環路控制。

污水處理技術在我國的發展比較晚，因此在污水處理的自動控制方面我國與西方發達國家還存在較大差距。目前我國的很多小型污水處理廠由于資金不足、技術力量薄弱等原因還采用手動控制，通過人工取樣分析后對設備的運行狀態進行調整，這樣導致控制的精確性較低，處理出水的水質也不穩定。除此之外，國內很多大型的污水處理廠成套引入國外的污水處理的先進設備及技術工藝、監測儀器儀表、自控系統及相應的軟件，由于國外設備配套性好、技術先進、自動化程度高，系統運行穩定，能夠確保水質達標。在污水處理的自動控制方面，我國的自主研發能力還比較低，這成為制約我國污水處理發展的瓶頸。

2 城市污水處理自動控制系統系統分析

在城市污水處理廠的自動控制系統中通常采用集中監測方式，同時輔以分散控制方式，中控室可以實時監控整個污水處理廠的工作情況，具體的生產工藝控制采用就地單獨控制的方式。

2.1 自動控制系統的特點

污水處理自動控制系統比較復雜，涉及到的物理量也比較多，既有模擬量也有數字量；同時控制方式也多種多樣，包括實時控制和順序控制等，還有閉環控制和開環控制。同時，其最終控制對象是CODCr、BOD5、SS和pH值，這不同于一般控制系統。為了使污水處理過程中的上述參數合格，需要對處理設備的運行狀態、進泥量和排泥量、各工藝段的處理時間、加藥量、進水量及排水量等進行綜合控制，這些都大大增加了自動控制系統的復雜性。目前，污水處理自動控制系統已經由簡單的邏輯控制發展到更為發展的分散控制階段，這使得自動控制系統有更好的開放性、適應性和經濟性及擴展性等。

2.2 自動控制系統的組成與結構

現代污水處理自動控制系統通常設置有總站和子站，總站是指廠級的計算機系統，子站指的是現場級的計算機系統，實行的二級監控集散模式。廠級的計算機系統主要是對污水處理廠的運行管理情況進行集中監測，對全廠所有工藝設備的控制和監測主要通過對PLC的管理來實現。

自動控制系統的子站主要包括以下幾個：鼓風機子站、污泥回流泵房子站、鼓風機子站、一級處理子站、回用水加壓泵房子站、污泥脫水間子站、配電子站等[2]。

自動控制系統采用通訊技術、自動化技術、網絡技術、計算機技術、圖形顯示技術、數據庫技術構建成等綜合技術以實現自動化遠程監控。

硬件構成包括COD、pH值、溶解氧等傳感器；采集控制單元包括PLC和數據采集模塊；中央監控單元包括服務器等，另外還有一些輔助設備，如顯示器和打印機等。

軟件構成包括自行研發的軟件，還有主流的INTOUCH、FIX、WIZCON， KINGVIEW等。國內自動化系統基本上都在Windows或NT上開發運行，用于Windows和NT上的數據庫引擎通常有SQL Server， MySQL， Interbase等。

2.3 自動控制系統的功能

污水處理控制系統的功能包括：生產過程自動控制、實時在線監視、故障顯示報警、聯鎖保護、自動生成報表等。這些功能能夠提高污水廠的處理效率，提高企業的管理水平和勞動生產率，保證設備正常運行，減輕工人的勞動強度。

（1）在線監視功能

在線監視功能是自動控制系統的重要功能之一，借助該功能動態的工藝流程圖都可以在中控室的計算機屏幕上顯示，同時現場設備的運行狀態、一些重要工藝參數的變化情況及儀表監測數據等也可以很清楚地顯示在子站界面上。可以很方便地利用鼠標和鍵盤根據設備的運行狀態對系統進行干預。

（2）實時管理

顯示管線狀態參數，全線工藝流程圖，方便系統的維護。并且可以實時記錄操作過程，將操作行為按時間順序存入歷史數據庫，以便有據可查，責任到人。

（3）控制方式的選擇

污水處理廠第一級由控制中心集中監控，第二級由各子站PLC控制，對各操作設備進行手動或自動選擇在控制系統中就可以完成。同時，應將手動操作方式作為自動控制方式的一個補充。

（4）報警處理

有設備出現故障時，首先預先設定的操作命令會對故障進行初次處理，并且系統會顯示報警畫面，來提示操作人員對故障進行處理。報警窗口分為兩部分：當前報警和歷史報警。當前報警會顯示目前存在的報警，已處理的報警消失后和它相關的報警信息都會從當前報警中消失；歷史報警不僅顯示目前存在的報警并且報警得到處理后其相關的報警信息仍可以顯示和查詢。

3 結語

自動控制系統與傳統的人工控制方式相比，大大提高了污水處理自動化水平和管理水平，同時也大大提高了污水處理的質量、減少了有害物質的排放，產生了很好的經濟效益和社會效益。

由于污水處理的自動化技術在起步比較晚，我國在這方面與西方發達國家仍然有很大的差距，集中體現在缺乏自主研發的控制系統、核心設備和精密儀表的生產質量較低、設備故障率較高、國產設備與國外設備的接口配套方面存在問題等。因此我們要加大這方面的研發投入，以進口縮小與世界先進水平的差距。

參考文獻

[1]高峰，何昌軍.自動控制系統在污水處理中的應用[J].環境科學與管理，2008-02，33（2）：89-90.

[2]馬學文，李亞峰.污水處理廠的自動控制系統及功能[J].黃金學報，2001-03，3（1）：52-53.