污水处理系统设计要求

一、污水处理控制系统基本功能
污水处理控制系统主要实现如下功能：
(1) 运行状态显示功能
能够显示和记录全厂各工段的所有设备的电气参数值和生产设备的运行状态信息。

能够显示和记录全厂各工段的所有仪表的运行状态和反馈信息。

(2) 管理和参数设定功能
能够管理各工段所有设备的运行状态，能够修改仪表的设定值(SP)、报警限(HA、LA)、比例系数(P)、积分系数(I)、微分系数(D)、专家PID参数(K1、K2、K3、K4)等参数。

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(3) 报警功能
对于本系统中的控制回路，能够显示发生的警报信号的名称、报警状况、当前值、发生时间、参数提示等内容。

(4) 事件记录功能
能够记录设备和仪表的运行状态，能够记录最近一段时间内所有操作事件，能够记录发生的警报信号的名称、报警状况、当前值、发生时间、参数提示等内容，能够记录在线和离线水质监测分析数据。

此记录在计算机内保存的时间长短由管理人员事先设定，权限低于管理人员权限的不可以对记录设定时间作修改。

(5) 生产运行指标评价功能
能够记录、统计、分析污水处理过程常用的评价水质运行指标，利用系统收集的过程数据，采用统计分析等数学方法，对整个系统运行指标进行评价和技术经济分析，为生产管理人员提供决策参考。

(6) 事件查询功能
能够查询设备和仪表的运行状态，能够查询最近一段时间内所有操作记录，包括操作人员的安全级别、操作时间、系统响应情况等。

能够查询发生的警报信号的名称、报警状况、当前值、发生时间、参数提示等内容。

能够查询
(7) 数据管理功能
能够对所采集的历史和当前数据建立各类数据库，操作人员可以通过计算机对各种参数值和模拟量信息做出趋势曲线，曲线的颜色、形状、量程均可以修改。

操作者可以任意选择所要观看的趋势，可以按时间先后顺序进行查询，供管理人员分析比较，以便找出污水厂的最佳运行规律。

同时分析各种事故原因，改进管理方法，保证出水水质，提高经济效益。

(8) 报表功能
利用历史数据库，可以生成各种格式的生产报表(班／日／月)，内容包括：运行参数、设备故
障情况、水质分析、能源参数统计等。

其资料来源主要是在线仪表实际测量数据、化验室数据等。

(9) 全厂视频监视功能
显示和控制全厂的摄像机，记录、保存摄像机的监控视频图像；
(10) 全厂路灯管理功能
能够远程手动控制和远程设定时间控制整个污水处理厂的路灯。

(11) 管理权限设定功能
系统能够进行了清楚的权限划分，共设计了三个操作等级：普通级、工程师级、管理员级。

具有普通级权限的操作者只能使用流程画面的切换、浏览，报警确认等功能；具有工程师级权限的操作人员除享有普通级权限的所有功能外，还可以对所有参数进行设定与修改，并可以进入软手动画面，对某一设备进行启／停操作；具有系统管理员级权限的操作者除具有以上所有功能外，还可以执行退出监控系统的操作，进入后台程序。

二、污水处理控制系统界面设计
上位机监控画面包括19幅主要画面：开机画面、登录画面、系统流程画面、一级AA/O处理过程画面、控制参数设定画面、一～四号沉淀池处理画面、UASB反应器显示画面、报警画面、报表画面、栅格渠画面、综合调节池画面、污泥贮池画面、数据列表画面、历史数据趋势图画面、系统管理画面、用户管理画面、设备检视画面，各个画面之间可以实现切换。

(1)登录画面设计
监控系统运行时首先进入开机画面，停留l0秒后自动将画面切换到登录画面，操作人员必须在登录画面注册相应的权限才能切换到系统其它画面，否则监视系统不允许操作。

针对三个不同的操作登记(普通级、工程师级、管理员级)，本系统共建立了三个用户，分别享有不同操作权限。

登录画面如图3-6所示。

(2)主画面设计
当用户完成登录后，系统自动将画面切换到本工程概况画面，本画面简单描述了本工程的工艺流程简图和各构筑物的主要设计参数。

在本界面还应该出现如下按钮，如“系统管理”、“设备控制”、“仪表显示”、“报警窗口”、“故障复位”、“监测数据”、“视频监控”、“路灯管理”、“系统设置”、“退出系统”等菜单，点击可进入相应画而进行操作。

点击“系统管理”将出现下拉菜单“用户登陆”、“退出登录”、“用户管理”等，点击所想要实现的功能。

主画面显示整个污水处理厂的工艺流程，在此处并不显示各个工段的运行状态和各个模拟量实时值，只提供通往再分画面的连接，如果想了解某个工序的现场情况，可以切换到该工序分画而。

(3)仪表显示设计
在主界面下，通过点击“仪表显示”，可以进入工艺流程图界面，在本界面下，主要表示工艺流程中各监测仪表、监测点位及其编号。

污水处理厂的系统流程画面如图3—7所示。

画面上每一个控制节点或者控制器都可以手动双击进入相应的子画面，进行控制设定等操作。

系统流程画面右上角显示当前用户名、系统当前时间。

当系统报警时，系统流程画面的右上角的红色警报器会闲烁报警，系统流程画面上与警报源相应的控制节点和控制器的图标也会变成深红色，指导操作人员快速识别报警源，并及时处理。

(4)设备控制设计
在主界面下，通过点击“设备控制”，可以进入厂区平面布置图界面，在本界面下，主要表示平面设备布置和管线流向。

污水处理厂的系统流程画面如图3—8所示。

画面上每一个控制节点或者控制器都可以手动双击进入相应的子画面，进行控制设定等操作。

系统流程画面右上角显示当前用户名、系统当前时间。

当系统报警时，系统流程画面的右上角的红色警报器会闲烁报警，系统流程画面上与警报源相应的控制节点和控制器的图标也会变成深红色，指导操作人员快速识别报警源，并及时处理。

(5)各控制节点画面设计
污水处理过程复杂，控制节点、控制器比较多，在设计上力求清晰简洁、一目了然。

在控制节点画面上，操作员可以选择点击进入控制节点具体设置该控制节点下的控制设备，实现全线设备的单动启停、联动起停、紧急停车：还可以获取在线仪表的检测数据。

图3-8即为一级AA/O的监控图。

每幅画面都能充分显示一个设备或控制节点的工作情况，用相应的符号表选系统设备。

为了方便提示，还利用子窗口显示提示信息，当鼠标移动到画面上的按钮、动态对象、参数设置、参数显示时，会弹出文本提示，表明其相应的名称、含义、用途，进一步提高了人机交互能力。

在每一个工艺画面．可以切换到仪表测量值的趋势图、设备状态信息图，电机每个设备的示意图可以弹出设备操作的子窗口。

例如图3-9为一级AA/O内循环泵P301A设置画面，图3-10为一级AA/O好氧池内PH值专家PID参数设置画面。

(6)趋势图设计
在污水处理时，对污水测点信号的实施监测并画出其趋势图，对于运行人员来说是非常重要的。

监控系统中的模拟量处理以动态数字显示以外，还设计了连续曲线形式，用来显示各个模拟量值的变化趋势。

该趋势实时显示在趋势页上，变量被连续记录，操作者不仅可以看到过去的趋势而且可以看到当前的趋势。

通过趋势图可以看出污水的流量、PH值、溶解氧、污泥的浓度等参数的变化趋势，从而，操作员可以做出控制预测。

需要分析的变量被贴上趋势标签并记录在历史文件中，需要时可以随时调用。

通过选择菜单也的趋势按钮，这些变量可以显示在图形趋势页上。

历史数据记录的长度，设计成用户定义，根据磁盘空间，大约可以连续记录一个星期到一年。

每个变量由趋势窗口内的一条与时间轴对应的(称作
笔)来表示。

操作者可以用鼠标选定一个时间来显示那个时间笔的值。

使用趋势控制按钮操作者可以水平地浏览趋势图。

(a)单笔、多笔显示方式
监控系统的模拟量分为液位、流量、PH值、溶解氧、温度等几种，因此可以分类显示，也方便各个量的对比。

在画面纵坐标上，显示模拟量的量程；模拟量可以任选，趋势曲线幅值可以手工设定，时间轴间隔可以手工设定。

对于多笔显示的情况，每一条曲线分别用不同颜色显示，并且画面的分度以量程最大的为准。

(b)检索数据
由于模拟量检测信号保存在Access数据库中，因此可以通过重新读取数据的方式来查看以前的记录。

(C)放大、缩小
用鼠标在画面上拉出一个矩形框圈主曲线，可以查看其细节。

或者由画面上的缩放按钮，将数据显示的范围增大，看到较长时间段记录。

这种显示方式只需要确定出鼠标圈划过的区域坐标，通过改变现实比例，操作方便。

(d)打印输出
为了配合生产报表，还设计了实时、历史趋势图打印功能，可以实现打印当前、历史趋势图，帮助管理层作出生产决策。

(7)报警设计
报警系统用于不断的对系统的设备进行在线故障检测，当系统设备发生故障时，产生闪烁的红色报警信息，并可打印记录下来以备进行故障分析。

本监控系统从报警的产生时刻、持续时间、状态记录及使用者等各方面做了十分细致的设计，能及时反映生产过程的运转状态，快速处理各种故障、事故和排除故障，保护设备和保证生产正常运行。

报警的设计师通过建立相关报警的逻辑条件来实现。

能够综合和分门别类的记录和打印预警事件、时间。

(8)设备检视设计
应普通级操作人员要求，设计一系列设备检视画面，方便操作员对系统主要运行设备进行在线检视，减少因为设备不同页面，导致的多余页面切换操作。

设计一些页面，包括设备状态表画面和PLC输出量监视画面。

设备状态监视表按照受控设备所处在的控制节点分类，同一控制节点下的设备状态框显示在同一颜色背景下，不同节点依靠不同的背景颜色加以区分。

如图3-11所示。

PLC输出量监视画面在线显示各个PLC输出点的运行状态，红色OFF代表停止，绿色ON表示运行，如图3-12所示。

(9)视频监控设计
应能显示、切换、管理各监控画面。

(10)路灯管理设计
应能显示、管理各路灯画面。

三、各工艺流程PLC控制流程
所有设备的控制均分为两种控制方式：现场手动控制和自动控制。

手动控制可以手动强制开停；自动控制可以按照自控要求运行，可以现场自动控制和远程自动控制。

3.1 粗细格栅控制
分为两种控制方式：现场手动控制和自动控制。

自动控制模式又采用液位差和时间双重控制；通过水位差测量仪检测格栅前后水位差值，当水位差值大于设定值时，启动除污耙。

水位差小于设置的下限时，格栅机组将停止运行。

当采用定时控制方式时，格栅机组将根据计算机设置的间隔周期，如格栅距上次运行的时间超过设定值时，自动运行。

启动除污耙时，先启动螺旋式输送机和栅渣压实脱水机，格栅停止后延迟一段时间再停螺旋式输送机和栅渣压实脱水机。

任何一台除污耙启动时，均启动螺旋式输送机和栅渣压实脱水机。

通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏可以设定水位差值、格栅距上次运行的时间间隔及格栅的运行周期。

图5为粗格栅程序流程图。

3.2 进水泵房控制
水泵自动控制：是通过水位测量仪检测水位值，当水位升高时，控制水泵依次逐台启动，水泵的启动顺序按累计的水泵运行时间从小到大排列。

当水位降低时，控制水泵依次逐台停止，顺序与之相反。

同时自动累积水泵运行时间，实现水泵的自动轮值，保证水泵总是处在最佳运行状态。

当水位降低到干运转保护水位时，水泵全停。

通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定水位值。

进水泵房主控对象为6台进水泵，其开、停是根据进水池中污水的液位来控制的，在进水池上方安装有超声波液位探头，然后将液位分为几个区段，当液位达到第一段的上限时(比如300cm)，起动1群泵；当液位达到第二段的上限时(比如400cm)，再起动2撑泵；依此类推。

当液位低于某一段的下限时，停掉一台泵，直到恢复到初始状态为止，之后6台泵自动做一个循环，当液位达到第一段的上限时，起动2#泵；当液位达到第二段的上限时，将起动3#泵；以保证每台泵都能正常运行。

并且每个区段的上、下限都可在上位机中进行修改。

上位机通过现场仪表监测进水泵的运行状态、电流值、温度、故障信号等。

图6为进水泵房程序流程图。

3.3 旋流沉砂池控制
沉砂池的作用是为了避免砂粒对工艺设备带来的不利影响。

砂粒进入二沉池内会使污泥刮板过度磨损；大量砂粒进入浓缩池将可能堵塞排泥管路，使排泥泵过度磨损；砂粒进入带式压滤脱水机
将大大损伤脱水机，并使滤布过度磨损。

在沉砂池中通过搅拌使池内水呈螺旋状运动，污水中的有机物处于悬浮状态，而吸砂机则将沉砂吸出，送到砂水分离器。

沉砂池有两台罗茨鼓风机、两台螺旋沉砂器和一台砂水分离器，其主要作用是将砂粒吸走，需要对其进行监测和控制。

它们可由现场控制柜手动控制，也可以由中央控制室的上位机进行远程控制。

运行时，旋流沉砂池搅拌叶轮连续运行，由控制系统定时启动排砂过程，同时控制砂水分离器等设备的联动运行。

沉砂池到氧化沟段设置电磁流量计，其信号送入PLC站，并送入中控室显示和统计处理的污水量。

3.4 氧化沟控制
氧化沟集厌氧、缺氧、好氧于一体，依次分为厌氧区、缺氧区和好氧区三部分，利用综合池内大量活性污泥中的各类微生物降解污水中的有机物并除磷脱氮。

在氧化沟中装有污泥浓度计Cus41-A2、含氧量测定仪COM223、超声波液位计FDU91，以监视污泥浓度、含氧量、出水口处的液位高度。

以上仪表变送号，接入PLC站，然后送往中央控制室上位机监测显示。

每个氧化沟内有九台潜水推流器、三台表面式曝气机、一个电动堰门和一个内回流旋转门。

潜水推流器分为三台高速潜水推流器和六台低速潜水推流器。

潜水推流器通过转换开关可实现由控制柜手动控制和远程控制。

潜水推流器带有漏水和过热保护器，一旦出现漏水和过热现象不管处于就地或远程状态都立即断开动力电源，并且控制柜上亮相应的报警指示灯，同时上位机出现相应故障的报警，方便维护人员故障查找。

曝气机上面带有降温润滑油泵，曝气机和油泵要联锁控制，启动时先启油泵，停止时后停油泵，油泵故障时曝气机马上停止。

电动堰门可以通过现场控制柜手动启动和关闭，也可以远程启动和关闭，同时在远程时可以根据液位高度自动升降。

在氧化沟出口处安装溶氧仪检测出水的含氧量，并通过它控制曝气机的曝气量。

3.5 二沉池控制
二沉池的主要设备为两台半臂式刮泥机。

有机污染物在活性污泥微生物作用下，沿氧化沟进行新陈代谢和降解，污泥混合物流入二沉池，在二沉池沉淀、分离，二沉池的澄清水排放。

运行刮泥机，大部分的活性污泥返回氧化沟，一部分流入污泥回流泵房。

可手动控制：由现场控制柜按钮来控制刮泥机的启停。

也可自动控制：上位机远程控制。

在二沉池的清水排放处安装电磁流量计50W9H用来检测出水流量，送PLC及中控室监视。

3.6 污泥回流泵房
污泥泵房内主要设备包括3台污泥回流泵、4个蝶阀和2台剩余污泥泵。

污泥回流泵主要功能是将活性污泥送回生化反应池，剩余污泥泵的主要作用是将剩余污泥送入污泥贮池进行均质处理。

其运行状态可以在触摸屏和中央控制室监视。

可手动控制：由现场电控柜来实现各泵的启停；也可自动控制：在回流污泥渠道安装明渠流量计，回流泵根据生化反应池的混合液悬浮固体(MLSS)及进水流量，确定泵的运行台数，自动转换参与运行的回流污泥泵，使其运行时间均等。

剩余污泥泵由PLC根据时间控制启停，同样需自动轮换，运行时间均等。

在污泥泵房中安装超声波液位计并设液位开关，其信号送入PLC站，并送入中控室监视。

液位开关完成下限停泵的保护。

3.7 脱水和制药系统控制
分为两种控制方式：现场手动控制和现场自动控制(远程监视设备运行状态及报警等)。

脱水系统设备包括：泥泵、药泵、脱水机、(内、外)螺旋输送机、加压水泵；制药系统设备包括：药罐搅拌器、进水电磁阀、放药电磁阀。

污泥浓缩脱水系统控制：采用时间控制和手动控制。

该系统中设备启动顺序依次为倾斜式螺旋输送机、水平螺旋输送机、脱水机、浓缩机、反冲洗水泵、加药泵、进泥泵，停止顺序相反。

当药液制备段的溶液罐的液位低，进泥泵的进泥流量低、系统中任何一台设备发生故障时，系统停止运行。

通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定每天允许的运行次数及每次运行的时间。

图7 为脱水机房程序流程图。

3.8 污泥贮池
污泥贮池用于储存一定量的剩余污泥，保证浓缩机及脱水机的运行时间。

剩余污泥通过回流污泥泵房提升至污泥贮池中，经污泥贮池均衡后，进入脱水机房内的浓缩脱水机。

污泥贮池内搅拌机连续运行，可通过中控室监控。

在污泥贮池中装有超声波液位计并设液位开关，用以检测污泥贮池液位，并完成下限停泵的保护。

3.9 控制柜设计
PLC3站要实现的功能有：
1)控制四台搅拌机的启停；
2)监控生化反应池内的含氧量、氧化还原电位、污泥浓度；
3)控制三台回流污泥泵及四个蝶阀的启停；
4)监控污泥回流二个闸门状态及回流的流量；
5)监控污泥回流泵房的液位，控制二台剩余污泥泵的启停；
6)监控二沉池内两台刮泥机的状态；
7)监视污泥贮池的液位，控制搅拌机的启停；
8)对紫外线消毒渠的二个闸门进行控制，监控出水流量和COD含量。

3.10 监控区域具体设计
a)在粗格栅、细格栅、泵房及脱水机房处设置一台摄像机，主要用于监视
各设备运行状态。

b)在氧化沟设置两台摄像机，对整个氧化沟进行宏观监控。

c)在二沉池设置一台摄像机，对两个二沉池和综合楼进行监控。

d)在厂大门口设置一台摄像机，对进出厂区的人和车进行监控。

e)在综合楼上面设置一台摄像机，对整个厂区进行宏观监控。

3.11 路灯控制
整个污水处理厂里设立了四十四盏庭院式路灯，用于全场的夜间照明和美化厂区。

路灯可以由配电房里的路灯控制箱手动控制也可以远程手动控制和远程设定时间控制。

3.12 PLCl站具体设计
现场PLCl站功能为：
1)监测粗格栅、皮带输送机及前后启闭机的运行状态并对他们进行控制；
2)监测提升泵房液位和提升泵的运行状态并对提升泵进行控制；
3)监测细格栅、螺旋压榨机的运行状态并对他们进行控制；
4)监测细格栅出水PH值和温度；
5)监测罗茨鼓风机、螺旋沉沙器和砂水分离器运行状态并对他们进行控制；
6)监测二沉池的刮泥机运行状态并对他们进行控制；
7)监测污泥回流泵和剩余污泥泵运行状态并对他们进行控制；
8)路灯的监控；
9)对进水量、出水量、回流污泥量、剩余污泥量进行监测和累计。

3.12 PLC2站具体设计
PLC2站要实现的功能有：
1)监测十八台潜水推流器的运行状态并对它们进行控制；
2)监测氧化沟内的含氧量、污泥浓度和液位高度：
3)监测六台曝气机及六台油泵的运行状态并对它们进行控制；
4)监测四个闸门的运行状态并控制它们的开度。

根据设计控制要求，PLC2共需数字量输入190点，数字量输出38点，模拟
量输入14路，模拟量输出2路。

故配置与PLCl站基本相同，仅少一个8通道模拟量输入模块(AI)331。

3.13 其他P LC站设计
PLC4站主要负责污泥脱水机房各设备、药剂制备与添加系统的数据采集和设备运行状态的检测和控制；PLC5主要负责紫外线消毒渠各设备的数据采集和设备运行状态的检测和控制。

PLC4站和PLC5站的PLC均由设备厂商随设备提供，为德国SIEMENS公司的S7．200。

由于这两台SIEMENS PLC均未带通讯模块，所以添置CP243．1两块实现以以太网形式与上位机的通讯。