關于污水處理廠自動控制系統設計分析

何王金

（廣州中國科學院沈陽自動化研究所分所，廣東廣州，511458）

0 引言

我國的經濟技術有了很大發展，各種污染問題也成為人們關注的焦點。其中污水處理就是其中一項重要的組成部分。目前，很多地方都建立了污水處理廠，污水處理廠主要進行的是生化處理，生化處理沒有固定的數學函數，控制起來比較困難。在污水處理廠中，自動控制技術的不斷發展，使其得到了廣泛的應用。自動控制設計原則是可靠性、先進性、實用性、集成性和可擴展性，并且采用“集中管理、分散控制、數據共享”的分層、分布式的拓撲結構，符合當前工業自動化監測系統發展趨勢，能夠實現全廠工藝參數及設備集中監測和生產過程的自動控制。因此，很有必要對污水處理廠的自動控制系統的設計進行分析。

1 污水處理廠自動控制系統的特點和功能

污水處理廠的自動控制系統保證了污水出水達標排放。在控制過程中，控制對象有模擬量也有數字量，有開環控制也有閉環控制，模擬量控制對象是pH值、溶解氧、COD5、BOD5、氨氮等，開關量控制對象是格柵、提升泵、攪拌機、鼓風機等。根據工藝要求，在控制過程嚴格控制各個機電設備和儀表數據，格柵通過液位差和時間控制，提升泵通過時間和液位控制，鼓風機通過溶解氧控制。

污水處理廠的自動控制系統能夠實現多個功能。它能自動控制設備的啟停和顯示設備的運行狀態；它能顯示工藝流程中所需的參數和儀表數據；它能對設備中的各個狀態進行保護；它能顯示和查詢參數數據的趨勢圖；它能及時報警故障信息；它能顯示和查詢系統中的水量、消耗物等計量信息；它能自動生成并打印生產報表。

2 污水處理廠自動控制系統的總體設計

2.1 自動控制系統的設計原則

污水處理廠的自動控制系統的設計原則主要包括可靠性、先進性、實用性、集成性和可擴展性。首先，要保證系統運行的可靠性，它是最關鍵，它包括軟件和硬件的配置質量、要有長的平均故障間隔時間、關鍵的部件要有備用，這樣才能保證整個系統的正常運行。其次，要保證系統的先進性，包括硬件設備如主控設備的先進性和軟件部分如監控部分的先進性，盡量實現生產現場無人值班，中央控制室值班的人員要盡量的少。三，要保證系統的實用性，主要是能夠滿足用戶的需要，并能保證設計的盡量減少各種不必要的環節，保證系統在正常運行狀態和不正常運行狀態下都能得到很好的控制。第四，要保證系統的集成性，提高系統的效率和總體性能。第五，要保證系統的可擴展性，這樣為以后控制系統的發展提供一定的擴展空間。

2.2 自動控制系統的組成

系統主要由中央控制站、現場控制站和網絡系統組成，完成污水處理廠設備運行狀態監控、儀表監測、故障報警以及數據處理等工作。當下位某個分站設備故障時，其余分站不受影響；當上位設備故障時，下位各控制設備仍可繼續工作而不影響整個工藝過程控制，達到使控制危險分散，提高系統可靠性的目的。

2.3 自動控制系統的軟件配置

自動控制系統需要有先進的軟件配置，這樣才能保證其運行的質量。它包括上位機組態軟件、PLC編程軟件、數據庫、OPC軟件。其中上位機組態軟件用于組態設計中控室監控系統，PLC編程軟件用于編寫和下載PLC程序。

3 自動控制系統的設計分析

3.1 系統的總體描述

污水處理廠的自動控制系統在設計時以PLC控制站為核心，利用計算機和上位機組態軟件建立中央控制系統，采用分布式控制，集中管理，資源共享，實現計算機、自動化控制、數據庫、網絡通信等技術的融合，保證在運行時更加的安全、可靠、經濟、高效等。其中中央控制系統主要用于數據的監控，現場控制站主要用于設備的控制和數據的現場采集等，通過網絡通信進行數據的采集、傳輸和控制。污水處理廠的自動控制系統分成三種控制模式，即自動控制、遙控控制和現場手動控制。這三種控制模式中有著不同的優先級，首先現場手動控制的優先級最高，其次是遙控控制，最低的是自動控制。根據污水處理廠各位置的工藝需求，選擇最合適的控制方式來進行控制。

3.2 現場控制站的設計分析

污水處理系統的現場控制站主要采用PLC作為控制來管理和監控相關的工藝設備和工藝參數，并將這些信息傳送到中央控制室，并作相應的處理。在控制現場中的儀表、控制箱、開關柜等通過電纜線路相互連接，傳輸數據，并進行控制運算，然后再輸出到相關的設備?，F場控制站的信號通過光纖環網傳送到中央控制室，而中央控制室也通過光纖環網控制現場控制站。

3.3 中央監控系統的設計分析

中央控制室是一個局域網，包括工作站、服務器、打印機、投影儀等設備，通過以太網交換機連接，實現對污水處理廠的管理和控制。中控監控系統對污水處理廠中的各個工藝流程和工藝設備狀態進行監測，對現場控制站的信息進行采集，對現場控制站的自動控制，實現了現場無人值班的功能和運行的安全性。

3.4 網絡通訊的設計分析

污水處理廠各設備之間的通訊都是通過網絡來進行的，由于環境比較惡劣，網絡通訊就需要保證其傳輸的質量，首先要保證傳輸的準確性和可靠性，建立完善的自動化控制系統，保證數據能夠實時進行傳輸。在設計時要求其必須具有很強的容錯性，響應速度要快，這樣才能保證在很短的時間內建立新的網絡通信線路。

4 結語

綜上分析得出，污水處理廠的自動控制系統的設計是比較復雜的，實現的功能也是多樣性的。在設計時要保證可靠、先進、經濟和實用，建立具有優良的性能、可靠的工作，運行維護方便等性能的自動控制系統，使其能較好的為污水處理廠服務。

[1]張波.污水處理過程自動控制系統的設計與實施[D].華東理工大學,2014.

[2]張曉燕,馮國良,李璐,吳彥輝,鄔甘霖.基于PLC的精確曝氣控制在污水廠的研究與應用[J].自動化儀表.2013(11).

[3]楊永軍.污水處理廠自動化控制系統的建立與應用[J].中國高新技術企業.2013(34).

[4]孫強.城市污水處理監控系統的設計與實現[D].電子科技大學,2013.

[5]曹煥來.污水處理過程自動控制系統的設計與實現[D].華東理工大學,2012.