基于集散控制技術(shù)的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

張紅輝

摘 要： 污水處理是可持續(xù)發(fā)展中一個(gè)非常重要的組成部分，對(duì)于處理的效率和效果要求較高。基于集散控制技術(shù)構(gòu)建污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水處理過(guò)程的全面管控，提升污水處理效率。本文就基于集散控制技術(shù)的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析和研究。

關(guān)鍵詞： 集散控制技術(shù)；污水處理；自動(dòng)控制系統(tǒng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TN60 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】 2236-1879（2017）20-0226-01

前言：可持續(xù)發(fā)展理念的持續(xù)深化，使得人們開(kāi)始越發(fā)重視環(huán)境問(wèn)題，在水資源緊缺和水污染的雙重背景下，做好污水處理工作尤其關(guān)鍵。現(xiàn)如今，多數(shù)污水處理廠都引入了自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠顯著提升系統(tǒng)運(yùn)行效，不過(guò)考慮污水處理環(huán)節(jié)眾多，從保證處理效果的角度，應(yīng)該引入集散控制技術(shù)來(lái)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行完善。

一、集散控制技術(shù)分析

集散控制技術(shù)主要是以通信網(wǎng)絡(luò)為依托，集成計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和控制技術(shù)等，完成對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的集中管理與分散控制，屬于多級(jí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。集散控制技術(shù)支持下的集散控制系統(tǒng)則是利用多臺(tái)微處理機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的分散控制，結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)、顯示器、執(zhí)行器等設(shè)備來(lái)完成高度集中的操作、顯示和管理，屬于分布式控制系統(tǒng)的一種。

二、污水處理環(huán)節(jié)的控制要求

在污水處理中，最為核心的工作是確保出水水質(zhì)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且出水穩(wěn)定，噸位水處理成本低。因此，污水處理環(huán)節(jié)的控制要求包括：首先，對(duì)操作方式進(jìn)行必要的改進(jìn)，強(qiáng)化生產(chǎn)效率；其次，通過(guò)合理的設(shè)備維護(hù)，保證設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行，降低污水處理過(guò)程中的意外情況；然后，當(dāng)污水處理過(guò)程呈現(xiàn)出高度穩(wěn)定性后，即使是偶爾的干擾因素都可能?chē)?yán)重影響出水水質(zhì)，在這種情況下，需要配合有效控制技術(shù)來(lái)避免意外事件如暴雨、干旱等的影響；最后，需要充分考慮收納水體本身的特性，通過(guò)控制來(lái)降低污水處理能耗和生產(chǎn)成本[1]。

三、集散控制技術(shù)下的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

結(jié)合污水處理環(huán)節(jié)的特點(diǎn)和要求，基于集散控制技術(shù)構(gòu)建自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇PC+PLC分級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，主從PLC配合現(xiàn)場(chǎng)總線，可以在滿足通信需求的同時(shí)，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。系統(tǒng)整體包括了三個(gè)組成部分，一是中央控制層，在上位機(jī)和PLC之間，數(shù)據(jù)通信由組態(tài)軟件驅(qū)動(dòng)完成，主要功能包括了數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)監(jiān)督及控制；二是輸入/輸出（I/O）單元，經(jīng)MPI卡實(shí)現(xiàn)與中央控制層PC機(jī)的信息交互，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè)COM獨(dú)享，由組態(tài)軟件和通信程序構(gòu)成完整系統(tǒng)。輸入/輸出（I/O）單元系統(tǒng)可以利用RS485接口，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)儀表的直接通信，最大傳輸距離50m，可以完全滿足現(xiàn)場(chǎng)需求；三是現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層，現(xiàn)場(chǎng)分控站中的控制單元PLC可以對(duì)各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸給主PLC，由主PLC針對(duì)所有分站傳輸信息的分析、運(yùn)算和控制，然后依照分析結(jié)果回饋控制指令，確保控制更指令發(fā)送到對(duì)應(yīng)的分站后，可以通過(guò)輸出模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

2.系統(tǒng)功能。

2.1數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)采集功能主要是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)的檢測(cè)，采集的內(nèi)容包括了電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、污水處理各工序的工藝在線參數(shù)、pH值、流量、液位、壓力、溫度以及加藥量等，采集到的信息會(huì)被傳輸?shù)娇刂茖樱瑸樵O(shè)備控制提供參考依據(jù)。

2.2設(shè)備控制。

設(shè)備控制功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作設(shè)備的控制，包括水泵、加藥泵、排泥機(jī)、攪拌機(jī)、風(fēng)機(jī)、控制閥門(mén)等。

2.3過(guò)程控制。

過(guò)程控制主要可以實(shí)現(xiàn)污水提升泵站的自整定PID控制、加藥控制、浮選控制和液位自動(dòng)控制等[2]。

2.4過(guò)程監(jiān)視。

選擇組態(tài)軟件構(gòu)筑監(jiān)控系統(tǒng)，在系統(tǒng)中應(yīng)用了COM組件、多線程等先進(jìn)技術(shù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定，也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)監(jiān)管，通過(guò)畫(huà)面分屏的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的有效監(jiān)視，可以為操作人員提供監(jiān)控畫(huà)面，也可以為工程是提供模擬畫(huà)面、整定畫(huà)面等，更能夠?qū)v史記錄進(jìn)行有效存儲(chǔ)和打印。

3.關(guān)鍵技術(shù)。

3.1提升泵站控制技術(shù)。

污水提升泵站在污水處理環(huán)節(jié)的工藝要求有三個(gè)，一是快速啟動(dòng)，以確保污水可以全部進(jìn)入到處理系統(tǒng)中；二是將泵房集水井水位控制在適當(dāng)范圍內(nèi)；三是必須確保三臺(tái)泵站能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)負(fù)荷的平均分配，在空閑時(shí)可以選擇關(guān)閉其中一臺(tái)或者兩臺(tái)來(lái)降低功耗。最近幾年，基于PID算法的控制技術(shù)在泵站控制中得到了廣泛應(yīng)用，其本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高，而且具備很快的響應(yīng)速度，在大負(fù)荷、大容量同時(shí)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合有著良好的適用性。

3.2浮選加藥控制技術(shù)。

在污水處理環(huán)節(jié)，浮選加藥是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其不僅影響著污水處理的效果，也影響了污水處理的成本。依照實(shí)際需求，選擇藥劑流量和出口濁度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，配合PID實(shí)現(xiàn)對(duì)加藥量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。控制系統(tǒng)經(jīng)模擬量輸入輸出模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入變量的持續(xù)接收，同時(shí)發(fā)送輸出變量來(lái)完成過(guò)程控制[3]。

四、總結(jié)

總而言之，在污水處理中，基于集散控制技術(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠有效提高工作效率，降低污水處理成本。在系統(tǒng)中，利用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)代替了原本的人工控制和傳統(tǒng)的繼電器控制，控制方式的自動(dòng)化程度更高，靈活性也更強(qiáng)，可以有效降低成本投入。經(jīng)對(duì)比分析，在引入基于集散控制技術(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)后，污水處理成本大幅降低，處理效率也大大提高，具備更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄒成兵.基于IFIX污水處理集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2012.

[2] 劉少軍，張思雨.基于MCGS的污水處理集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2015，34（9）：48-51.

[3] 陳佳奇.基于PLC的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2010，（3）：20-21.