城市污水处理厂自动化控制系统的应用

城市污水处理厂自动化控制系统的应用

摘要：本文主要分析了城市污水处理中自动化控制系统的发展概况，介绍了自动化控制系统的基本组成及其总体构成设计。并对自动化控制系统的控制过程及其使用效果进行了说明。

一、前言

随着我国社会和经济的发展，现代化工行业也在不断的发展，因此更多污染物的产生使污水处理行业面临着越来越严峻的挑战。与此同时，自动化技术的应用也有了新的要求和更为广阔的应用前景。

二、城市污水处理中自动化控制系统的发展概况

1.城市污水处理中的常见问题

就国内污水处理过程来说，部分污水处理厂设置了自动化控制系统，力求对整个污水处理过程实行全面监控。但由于这项工作在国内尚处在实践摸索阶段，与国外水平相比存在较大差距，主要问题是：

（一）主要控制设备功能不稳定，特别是在仪表的准确性和稳定性来看，不能完全达到由计算机控制的要求。

（二）自控水平低，距智能化自动控制还有很大差距。

（三）运行条件变化范围大，某些工艺环节尚在不断调整。（四）运行操作人员尚不能对工艺进行全方位控制操作。

由于以上条件限制，大多数污水处理厂的自控系统只能发挥监视和对部分设备进行远程控制的功能。

2.污水处理厂自控技术发展概况

自动化控制系统是通过通信网络把众多的带有通信接口的控制

设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。dcs，fcs，scada，plc 等技术的蓬勃发展为自动化技术的发展带来了新的生机，它们在工业控制领域的广泛应用为各行业现代化生产提供了极大的方便。

我国污水处理厂直到90 年代以后才开始引进自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统的应用还比较少。先后设置pid 调节、比值、前馈、后馈、fcs，dcs 和最初的以太网技术，经历了几次重大的变革，自动化水平有了较大的提高。目前我国污水处理厂最为先进的自动化控制系统是用工业以太网

配合fcs 作为系统网络，也是世界上最先进的自动化系统，该系统配以高性能、高可靠的plc 控制站，并具有服务器的最新一代的控制系统。

3.城市污水处理中自动化控制系统的应用

随着中国市场经济的深入发展，中国的传统产业为了增强市场竞争能力，开始采用各种高新技术来改造企业。采用自动化和信息技术来改造传统企业将是企业技术改造的主要途径之一。通过这种技术改造，国内企业将增强自身在国内和国际市场的竞争能力。为保证污水处理过程的安全可靠和生产的连续性，并提高自动化水平，控制系统采用了目前在国内外大型污水处理厂比较成熟的以plc

为主的集中和分散相结合的控制架构，并根据处理厂污水处理工艺及实际需求采用针对性控制策略。工艺流程图如图1 所示。

三、自动化控制系统的基本组成

根据污水处理厂24h生产的连续性，各构筑物又较分散的特点.该工程采用可编程序控制器plc+pc组成dcs集散型控制系统，即集中管理，分散控制.其中，一级集中管理，在综合楼中心控制室内设二台上位机为厂级调度（总站）；二级为区域控制室plc分控站；三级为现场控制设备。该系统主干网络采用赫斯曼（hirschmann）的rs2系列交换机组成光纤工业以太网，现场总线利用屏蔽双绞线连接组成profi—bus—dp现场总线通讯形式，完成现场设备与cpu间的数据交换和通讯；各pig之间的数据交换采用mpi全局数据通讯，各plc站能独立运行，中心控制室有优先控制权。若某plc站故障停机，其它站仍可独立运行，各plc站数据共享全双工通讯。

四、自动化控制系统的总体构成设计

在总体设计中，应充分考虑污水处理工艺流程各个部分的特性，覆盖污水处理的各个环节，如沉砂池——最初沉淀池——反应槽——最终沉淀池——消毒设备——污泥处理等。这一自动化控制系统应该包括中央控制室监控系统、可编程控制器（plc）、检测仪表、闭路监控、避雷等。该系统应该能够及时全面地反映出污水处理过程的运行工况、工艺参数的变化等信息，保证适用性强，开放性好，保证出水水质，节省成本，保证提高运行管理水平。这一系统可以

分为现场控制层和管理监控层两个部分。现场控制层通过现场控制器实施控制。这是一个实时监控的体系，24小时全方位实现监控。它实现了污水处理所有环节的过程参数和设备运行状态监控；它还实现对电气参数的数据采集，对单元过程、设备进行控制。它利用网络向监控层传送数据，按照监控层的控制指令，实现对现场设备的数据采集、报警、控制和连锁等。管理监控层全面采用组态软件，数据传输、通讯通过开放式通讯协议进行实现。在运行的过程中，将形成实时数据库，同步完成画面的组态设置。不仅如此，这一大监控层，还能参与生产数据报表计算和统计，通过大量的数据信息，同步降低管理的强度，使管理更加科学化、系统化和规范化，有力地促进管理水平的飞跃。

五、自动化控制系统的控制说明

城市污水处理厂主要在以下工艺过程中设置了自动控制系统：1.在进水泵房安装了超声波液位计及电磁流量计，实时测量进水流量及进水泵站的液位值。

2.在粗、细格栅前后均设置了超声波液位差计，并在中央控制室电脑上实时显示粗、细格栅前后液面的液位差值。当此液位差值达到工艺设定值时，可以自动实现对粗、细格栅及螺旋输送机的连锁启停。

3.在生物池引入了智能曝气、优化控制系统，配有在线氨氮和硝酸盐双通道分析仪2套，在线氨氮分析仪2 套，在线溶解氧和污泥浓度双通道分析仪2 套，在线溶解氧分析仪6 套。生物池智能优

化控制系统（bios），能提前预测工艺运行状况，提高工艺稳定性；实时给出生物池运行工艺参数，提高脱氮及生物除磷效率，节省曝气量及能耗。

4.在中间提升泵房内设有超声波液位计及出水管道上的电磁流

量计，根据液位，自动控制三台软启动泵的开停及两台变频泵的运行频率，保持提升泵房的液位恒定及减少对高密度池的水力负荷的冲击；在加药间配置了6 套加药流量计，实现了按流量比例对高密度池pac、pam 药剂的自动投加。

5.转盘式微滤机自带plc，自动实现连续过滤器出水、周期性转动反冲洗的全过程处理，并通过profibus-dp 现场总线与全厂自动化控制系统进行通讯连接。

6.紫外线消毒装置自带plc 与操作员界面，自动实现对每组紫外灯组的监控、实时检测紫外光强度、自动维持水渠水位恒定、自动实现机械化学清洗，通过profibus-dp现场总线与全厂自动化控制系统进行通讯连接。

7.污泥螺压浓缩机、污泥脱水机及污泥输送系统，各自配有plc，通过siemens 的工业以太网协议与厂区自控系统实现通讯连接；厂区自控系统通过检测各设备的运行状态，根据工艺要求，对

各设备的运行控制进行整合，实现污泥处理系统的联动控制。8.水厂在进出水各配有bod、cod、氨氮、总磷多参数分析仪，污泥浓度计、ph 计等在线仪表，并在中控计算机上实时显示测量值，工作人员可随时掌握进出水水质情况，并判定出水是否达标排放，