污水处理厂自动控制系统_污水处理厂安全标准化
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污水处理厂自动控制系统
姓名：褚金鹏
学号：101824103 摘要：随着中国经济的发展和人民生活水平的逐步提高。必然对环境质量提出更高的要求。污水智能控制技术渐渐应用到污水处理工艺过程监测过程当中，并且取得了相当好的效果，既节省了人力资源又节约了能源，有着广阔的发展前景。文章主要论述污水厂的自动化系统的结构形式以及数据监控系统在处理厂自动化监控的基础上实现处理厂全自动化控制管理。
关键词：城市污水处理 自动化系统 监测 结构方式
Sewage treatment plant automatic control system
Name: Chu jin peng Number:101824103 Abstract: with the development of Chinese economy and the gradual improvement of the people's living standard.Neceary quality put forward higher request to the environment.Sewage intelligent control technology is gradually applied to the proce of sewage treatment proce monitoring, and has achieved fairly good results, is to save human resources and save energy, with broad prospects for development.The paper mainly expounds the structure forms of sewage factory automation systems and data monitoring system on the basis of the treatment plant automation monitoring implementation treatment plant automatic control management.Key words： Urban sewage treatment Automation system monitor Structure moder 随着城市发展以及人民生活水平的提高，城市污水排放量也在逐年增加，这给城市环境造成了严重污染，基于此需求，各地都在积极建设污水处理厂，以实现城市可持续性发展、美化和治理城市环境。
中国环保力度的加大，使中国的水污染控制重点，从工业点源为主的控制，逐步转变为以城市污水污染为主的控制。近年来，各地相继将先进的工艺及设备引进国内，在提高工艺设备技术水平的同时，随着计算机与自动化控制技术的发展以及各种继电器、传感器等电气设备的改进和发展，城市污水处理的自动控制也正进入计算机智能化控制阶段，结束了以往城市污水处理全部用人工或简单的电器控制的落后局面。本文以一个污水处理厂为例，结合工艺流程，介绍污水处理厂实施自动化控制的解决方案。[1]1 工艺流程
根据工艺流程及构筑物的地理分布，依据“实用、可靠、经济、先进”的原则，采用“集中管理、分散控制”模式建立经济可靠的现场监测、过程控制和计算机管理一体化的系统。利用网络通讯实现信息、资源的共享和“现场无人值守、总站少人值班”的目标。污水处理自动控制系统是采用自动化技术、通讯技术、计算机技术、网络技术、数据库技术、图形显示技术构建成的综合自动化远程监控系统。污水处理自动控制系统不仅要求具有良好的安全性、可靠性和稳定性等基本要求，还应考虑系统操作与维护的方便性，并能在传统的自动化控制系统的基础上，加入以优化处理效果和节省运行费用为目标的优化控制。
1．1 污水处理工艺
目前，污水处理的方法一般以生物处理法为主，辅以物理处理法和化学处理法。常用的污水处理工艺有以下几种：传统活性污泥法。传统活性污泥处理法是一种最古老的污水处理工艺，其污水处理的关键组成部分为曝气池与沉淀池，污水中的有机物在曝气池停留的过程中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分有机物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后再沉淀的浓度，沉淀池中，微生物絮体下沉，经过一段时间后，就可以输出清水，同时为了保持曝气池中污泥的浓度，沉淀池中经过沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝气池中。
1．2 污泥处理工艺
污水生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。
污泥处理工艺采用机械浓缩、机械脱水方案，处理后的污泥含水率均能达到80％以下。而污泥稳定的常用工艺包括：厌氧消化、好氧消化、热处理、加热干化和加碱稳定。由于后三种直接稳定处理工艺的投资与运行费用较高，国内污水处理厂鲜为采用。由于受技术力量和经济性的限制，现在的污泥处理方法大多采用填埋的方式，一是比较成熟，同时具有投资和运行成本较低、管理操作方便，[5]
[4][3]
[2]其优点是处理容量大、见效快等诸多优点，这也是污泥填埋处置为目前国内采用最广泛的原因。
1．3 控制难点
污水处理所涉及的控制系统规模较大，系统工艺流程复杂，各工艺过程地理位置较为分散，是一个多变量、多同路、大滞后、非线性的复杂系统。由于污水处理控制系统具有较大的超调量、控制过程短暂、工序存在互锁关系等特点，而某些检测在线参数的检测仪器存在滞后、误差等问题，从而导致控制的实时性和精度难把握。为此需要研究污水控制对象的特性，选择合适的控制参数，保证其控制质量。污水处理涉及到一些生化反应过程，如污水的曝气过程，是一个大滞后的过程，选择既保证控制效果又不能太过于复杂的控制策略是一个重要的研究问题。对于大功率设备节能也是必须考虑的问题。在污水处理的控制系统中存在网络通信，如何实现较高的通信速率和通信质量，开放性的通信接口，建立完整、可靠的综合自动化系统，也是有待研究发展的问题。
[6]2 主要设备
污水处理厂的设备均采用三级控制方式，即现场控制方式、MCC控制方式和微机控制方式。目前，以MCC控制为基础，PLC控制为主导的控制方式始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。
2.1 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制
粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由PLC和上位机实现，包括微机手动和微机自动，而微机自动控制方式为：①水位差控制方式，通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运行；②时间设置控制方式，在上位机的RSVIEW组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间，经PLC控制器的程序运算指挥MCC对格栅机进行控制。
提升泵运行控制以远程控制为主。污水处理厂暂时设1个中途提升泵站，泵站设有1个PLC工作站与厂内主站联络，距污水处理厂约3～4 km。为实现进水提升泵的远程自动控制安全、可靠，水位测量和提升泵的流量测量和数据分析、[8][7]传输、控制等设备是不可缺少的，所以在进水泵房处安装了液位计，测量泵井的水位；PLC工作站担负泵站的设备控制、设备保护、数据采样、远程数据传输等作用。根据测量值对应控制程序，自动控制提升泵的运行组合。这样可以根据厂外来水量准确及时地调整泵运行数量，减少设备疲劳；同时可以取消传统泵站三班倒的人力资源耗费。
2.2 沉砂池、CASS池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制 砂搅拌器的自动运行通过进水泵站水泵开停控制，而提砂装置的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的。CASS池的进水阀、搅拌器、空气进气阀、污泥回流泵、污泥剩余泵的开关及运行状态都是由微机触发指令通过PLC控制。曝气池溶解氧的控制、厌氧段与好氧段的控制、污泥浓度的控制是污水处理厂工艺的核心。该系统控制思路：PLC通过对DO的检测，自动调节空气阀的开度}当检测到空气阀的调节不能满足DO的需要时，再行调整鼓风机的进风阀的开度；PLC检测DO计、MLSS计、pH计的值传送上位机进行数据分析，实时掌握厌氧段与好氧段、污泥浓度等状况，及时调整工艺控制。2．3 脱水机房的设备控制
脱水机房的设备主要担负由剩余污泥泵将储泥池的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务。污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的固体颗粒被凝聚成絮团，并分离出自由水，然后被输送到离心污泥脱水机上，经浓缩脱水一体机的离心脱水后形成滤饼排出。设备的控制思路是以时序的逻辑控制为主导，污泥和絮凝剂混合的比例通过污泥电磁流量计、清水流量计和投药泵实现。
[9]3 自动控制系统的构成PLC作为一种自动化程度高、配置灵活工业生产过程控制装置，因为其本身的高靠性、允许在较为恶劣的环境下工作而在动控制领域中得到广泛应用。在污水处理控制系统中，除了存在分布区域广、设备分散、控制点多及控制信息复杂等要求外，同时具有控制输入和输出以开关量参数居多
[10]，模拟量参数少的特点，而这些都是PLC控制系统的优势所在，因此，以PLC为主体就成为污水处理厂自动控制系统的主要控制模式。PC+PLC系统由高性能个人计算机(PC)和可编程控制器(PLC)组成。中控室设置CP组成的操作监控站和工程师监控站，通过网络联结PLC组成的多个分控站，实时多任务集散型(集中管理、分散控制)网络控制系统，数据处理能力强，能对生产过程进行实时监控，对生产数据自动进行统计处理。系统稳定性能好，开发、维护、操作简便。开发方便，应用也非常灵活。该系统的特点是：
(1)可实现分级分布式控制，可实现“集中管理、分散控制”，大大提高了系统的安全性。
(2)可靠性高、组网方便。硬件系统配置简洁，很容易在网络中增减PLC来实扩展网络的目的。
(3)编程方便、开发周期短、维护简易。(4)系统内配置和调整非常方便。
(5)与工业现场信号直接相连，易于实现机电一体化。自控系统特点
4．1 系统硬件特点
本系统硬件结构采用柔性连接，积木式结构．便于系统扩充．并且模板的编址不受在机柜内的插槽位置影响，在机柜内的任何插槽位置都能执行其功能。性能范围宽广的不同模板町灵活组合[11]
。扩展十分方便。其主要特点有：
(1)用开放式网络通讯协议：一如既往地提供开放、标准，强有力的工业网络，是名副其实的工业网络中心，本系统采用标准的代TCP/IP Ethernet。
(2)功能强大的新486和586CPU及高速背板：使用基于486和586的CPU，存储容量最高可达4M。浮点运算协处理器的使用极大提高了过程控制中对模拟量处理、回路调节等的运算速度。
(3)带电插拔：允许用户带电插拔系统中的任何模块．而不会对模块造成损坏。这样用户就可以在继续维持系统运行的同时更换故障模块。
4.2 系统软件特点
它提供强大的功能，高级诊断能力，可靠的通讯，以及方便易用的界面。它的特点是：
(1)共同的用户界面(2)灵活易用的编辑器(3)选中一点击方式进行输入输出组态(4)强有力的数据库编辑器(5)诊断和排错工具(6)可靠的通讯
5.自动化系统的应用
考虑使整个系统更加灵活安全，将整个系统控制分三层：第一层现场手动；第一二层上位机监控软件控制；第三层上位机脱网PLC自动运行。现场手动：便n殳备的维护和调试，当某个设备圳换到现场于动模式下，该设备就不受和PLC的控制，只接受现场的操作命令；上位机监控软件手动控制：有利于调度室的操作，可以针对每个设备，让它脱离PLC的自动运行状态，由中控室的计算机直接对其进行操作；PLC自动运行：对现场所有设备进行自动控制，它负责整个污水处理工艺的控制，并且对故障，也会有响应。即使PLC和上位机脱离了通信，它也能自己安全的工作。
中控室由l台PC机完成操作员站、工程师站的任务，平时以值班长、操作 员操作为主，操作员应在授权后才能进入操作。工程师能打开相应的功能设定界 而，其他人不得进入该层面。操作员站采用8屏多屏显示，可任意调入各运行图，并可自动翻屏，翻屏的时间可调(默认为15min)。在公司中心调度室设1个远程 监控站，利用市话线路采用拨号方式与污水厂中控室通讯，该站采用四屏多屏显 示，可实现拨号时间间隔设定、可任意调人各运行图，并可自动翻屏，翻屏的时 间可调。
界面主要包括：污水处理厂自动控制系统结构图，污水处理厂工艺流程图，污水处理厂厂区平面图(动态)，进水预处理段、泵房运行平面图(动态)，水解池、污泥处理运行平面图(动态)、鼓风机运行平面图(动态)，脱水机房、井房运行平面图(动态)，高低压配电平面图(动态)，污水处理厂运行状态总表(动态)，进水预处理段、泵房运行状态表(动态)，水解池、污泥处理运行状态表(动态)，鼓风机运行状态表(动志)，变电所、脱水机房、井房运行状态表(动态)。^
6、结语
污水厂自动化系统从理论上来讲是一个完整的、开放的系统，但在实际设计及工程实施过程中也存在一些问题。特别是一些大型设备如鼓风机、离心脱水机、高压配电系统综合智能保护装置等，其控制系统由设备配套带来，一般情况下自成网络，是各自分离的自动化孤岛，使日后的自动化运行、管理、维护及再开发变得很困难。如何在工程设计及招投标中协调好各子控制系统，使之能够与中心控制室的主控机实现安全开放的网络通信并满足工业控制实时性的要求，是今后在工程设计中需要进一步研究的新课题。
参考文献
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