污水處理廠自動化控制系統分析

伍洛晉

（中國城市建設研究院有限公司）

1 引言

近年來由于我國對環保事業的重視，水污染治理方面也取得一定成果。我國原本主要是采用工業電源來控制污水，現如今隨著科技的進步，污水處理開始偏向于對城市污水的處理，控制系統也從傳統模式轉向智能化模式。在新的經濟形勢下，污水處理廠的數量越來越多，規模也越來越大，對控制系統的要求程度也愈來愈高，因此很多污水處理廠開始引進自動化控制系統，這樣的控制系統在提高設備運行效率、節能減耗方面有著不可替代的作用，可以在污水處理過程中更好地調整運行方式，使污水處理能夠一直合理有序地工作下去。

2 污水處理廠自動化控制系統原理分析

2.1 系統工作原理

污水處理廠自動化控制系統的主要工作就是，現場安裝的儀器會自動連續地記錄各種參數數據，相應數據會傳入PLC進行計算，然后計算結果將傳入線上實時監測系統，加以人工輸入方式，在對應的報表和畫面中顯示出來，從而對進出的各項重要指標以及整個污水處理方式的運行進行監控，保證能夠及時準確的了解污水處理的情況。

2.2 系統結構組成

污水處理廠主要由PLC、上位機以及電控執行機構三部分組成，其中能夠進行智能控制的上位機是控制系統的核心部分，占據著重要地位。PLC，也指工位PLC，是一種用于工業控制的計算機，它能夠執行邏輯運算、順序控制、定時、計算等操作，當PLC工作時，先輸入采樣數據，然后執行用戶程序，最后輸出分析數據，刷新后又不斷重復這三個步驟，相關的數據會不斷輸入并輸出，達到實時監測最新數據的要求。上位工控機也是一種計算機，它能夠直接發出操控命令，也可以在屏幕上顯示各種信號變化，如液壓大小、溫度、水位高低等。上位機的專用軟件是實現智能控制的重要結構，該軟件采用時鐘循環掃描方式，可以對時間、氧氣溶解程度以及污泥濃度多少等進行智能化自動分析，具有很高的可靠性。同時，也可以對各項污水廠的指標進行設定，以最小成本達到最高效率，其他組成機構都是上位機的輔助機構，服從上位機的指令。電控執行機構則是服從于上位機的機構，通過電腦控制執行上位機下達的命令。

總的來說，自動控制系統分為三部分：自動監控、自動控制和自動分析。這三部分相互配合，組成了污水處理廠自動化程序中的核心內容，顯而易見的，PLC、上位機和電控執行機構分別執行了自動檢測、自動控制和自動分析三個功能，三者密切相關，保證了污水處理廠自動控制系統的聯動性運行。

常見的系統架構形式可以為（圖1），它大致包括監控節點、工程節點、客戶端、冗余系統等。

但需要注意的是，污水處理廠自動化控制系統并不是指所有程序都是智能化操作，仍有一部分工作需要相關工作人員的參與。

3 方案設計

自動控制方案堅持安全可靠性、先進性、靈活性、經濟性的設計原則，在充分考慮污水處理工藝特性的基礎上，將現代化污水處理方式的理念與自動化控制相融合。因此在方案設計上大致分為三方面的控制：

圖1 污水處理廠控制系統的網絡結構

（1）邏輯控制：開發方式都有相對應的接口，如果將其預留下來，就能使系統的邏輯功能更加明顯。常見的邏輯控制方式有：水泵運行頻率大小是可以通過液位和水量變化來調節的，生化池對于氧氣的溶解程度能改變風機導葉的方向和運行速度，根據液位差控制格柵的啟停等，對于節能減耗都起了一定作用。

（2）單體設備控制：單體設備控制可以分為三個層次，如果按照從差到好的順序排列則為現場手動控制、上位手動控制、PLC自動控制。現場手動控制是設備運行負責人在操作時面對故障的時候，及時手動切斷開關，進行風險控制；上位手動控制是指手動控制上位系統來制停下位機，通過指令來控制單體設備；PLC自動控制則是指當現場儀器檢測數據反饋到PLC系統后，檢測到設備運行的異常性，PLC系統自動關停故障系統，從而達到自動化控制的一種手段。這三種控制相互配合，互相補充不足，在設備發生故障的時候，可以快速切斷故障設備的運行，減少其他設備的不必要損失。

（3）信息處理控制：上位機或者下位機能夠通過現場儀表的數據采集直接獲得在線數據，并以報表或者圖形的形式顯示，同時也可以根據污水處理工藝的原理自動對數據進行推理和分析，計算出對運行操作有一定借鑒意義的數據結果。一般來說，風機水泵運行效率、設備累計運行時間、污泥負荷等指標，都能對節能減耗提供指導作用。

4 實施運行階段

現場工程實施情況如何，很大程度上取決于是否選擇了一個專業水平較高、報價合理的工程隊。現場施工的主要過程也包括電纜布線、儀表設備安裝、人機界面三個方面。

電纜敷設需遵循安全經濟的原則，敷設線路應按最短路線實行，避免繞路現象，集中敷設，不交叉，橫平豎直以直線的方式進行；在線路敷設完成后校線和標號是兩個不可少的步驟，線路的終端也必須設立標志牌，高低壓電纜、控制和信號也要以“從上到下”的原則分別敷設。

儀器設備的安裝要嚴格按照使用說明書和安全規章上的內容執行，銘牌標志、技術文件等資料要齊全，不可丟失；儀表設備安裝要選在便于操作和維修的地方，避免在陰暗潮濕等地，對于已安裝的設備要加以保護，不可因為施工而造成破壞。

監控軟件是人機交流的重要連接方式，是保證自動化控制系統操作和維護的最重要部分。人機界面的設計和開發要求操作直觀、簡潔明了，能夠很清楚的讓人理解污水廠的工藝運行情況，同時對歷史數據和圖表查詢也要盡可能的方便易于上手。中央控制室是污水處理的重要指揮部門，也是管理的核心地區，是相關部門檢查最多的地方，因此室內操作布局應合理有序，整齊明亮。

最后在調試運行階段，在自控、儀表系統等各工藝、電氣系統安裝完畢后，根據設計要求進行檢驗合格，需進行點對點測試，合格后再進行系統聯動運行調試。調試的主要目的是要檢查系統運行過程中存在的弊端，進行整改，滿足設計要求和期望效果。

5 維護和保養建議

（1）自動化檢測儀表傳感器要保持清潔狀態。由于儀表傳感器是和污水直接接觸的，處于一個惡劣的工作環境下，傳感器的清潔程度和監測數據準確性密切相關，特別是DO、SS等對外界影響因素較為敏感的儀器。因此必須要定期有專人清洗探頭，比如每月一次，來保證儀表的正常工作，此外還需注意的是，清洗過程中要求使用柔軟的面料清洗擦拭，防止損壞儀表。

（2）定時巡查和校正各類儀表。對于一些精密儀器、探頭來說，長時間的使用會導致其性能下降，準確性降低，很容易導致被測參數超出測量范圍或因為儀器本身的微小誤差累積，造成測量值偏離真實值過多而報警。因此工作人員應每天定時檢查，確保設備的正常運行，若發現異常則必須停機維修；對于分析類儀器，每月定期校正一次是必要的，且要求水質化驗員利用實驗室儀器所測項目與現場儀器測量結果相對比，了解偏差程度，根據實際情況進行校正，確保儀器測量精確。

6 結語

通過上文的分析，我們可以看出我國污水處理技術在不斷進步，自動化控制系統在污水處理領域也得到很好的應用，但是在運行過程中仍然存在很多不足之處漸漸顯現出來，這需要我們不斷加以完善和發展。隨著我國經濟的發展，污水處理技術方面也面臨越來越多的挑戰，自動化控制系統中的硬件和軟件也將迎來更新換代，提高整個系統的擴展性、開放性和兼容性，使其能夠更好的發揮污水處理自動化的作用。

[1]于立元.淺談自動化控制在污水處理廠項目中的管理.中國設備工程，2013（10）：75.

[2]徐衛東.污水處理廠自動化控制系統分析及其控制功能的實現[J].能源與環境，2014（11）.

[3]王永宏.污水處理廠自動化控制的分析與研究[J].科技創新，2013（13）.