污水处理厂自动化控制系统设计应用

摘要：随着社会经济不断发展，工业三废不断增加，其中尤以污水为代表，对环境造成严重影响。污水处理是一项紧迫性任务，处理污水不仅可避免环境进一步恶化，还可降低资源浪费，防治水污染，具有重要的社会意义。污水处理厂控制是一项较为负责的任务，当前污水处理厂已开始逐渐引进自动化控制，提高控制效率，降低人为控制存在的不足。

关键词：污水处理厂；自动化控制；系统设计

污水处理可获得巨大社会效益，但污水处理成本较高，需要大量人力物力对污水处理系统进行控制。污水处理过程中通过自动控制系统可实现自动监控，具有重要现实意义。

1 污水处理自动化控制系统

1.1 数据收集功能

污水处理厂自动化控制系统可收集污水处理厂各仪表示数及模拟量信号，并对信息进行整合处理；厂区所有设备的开关、运行、故障灯及时反映并进行收集；收集厂区污水流量等信息，为后期决策奠定坚实基础。

1.2 自动检测功能

自动检测功能就是系统会检测并记录污水处理过程中各个工艺环节相关系数（水压、压力差、水位、流量等）、水质参数、电气参数等相关数据，并对设备运行情况进行详细记录，判断控制准确性，为操作提供一定防呆。当系统出现故障时及时将故障反馈，便于及时消除各种隐患，保证污水处理厂处于稳定工作环境下。

1.3 自动保护功能

污水处理厂自动保护功能就是在工作及非工作状态下连续监测设备相关数据及运行情况，并对相关情况进行综合分析，判断污水处理过程中可能发生的潜在风险，并采用子宫报警和自动控制系统防止事故进一步扩大，保障污水处理厂设备及人员安全。

1.4 自动控制及调节功能

自动化控制系统根据污水处理厂工艺及控制要求，通过自动控制程序对污水处理设备进行自动控制，或者控制设备进行交替运行，提高污水处理设备运行稳定性，保障工艺流畅性。

自动调节建立在自动化控制基础上，例如在污水处理过程中可根据泵井水位对泵的启动及关闭进行自动控制；根据生物池工艺环境对进水气阀门进行自动调节控制；根据溶解氧的值自动控制鼓风机调频改变溶解氧含量。

2 案例分析

2.1 概况

某污水处理厂位于居民区与工业生产区需，需处理工厂生产产生的污水及居民生活产生的生活污水，其中居民服务面积为1500公顷，工业生产区域500公顷。污水处理体积较大，污水处理量与日递增，污水处理能力已经逐渐显露出无法疲态，尤其是系统控制方面已经逐渐出现各种弊端，因此必须加速污水处理厂自动化控制系统建设。

污水处理厂污水处理总规模为20万m3/天，深度处理工程为10万m3/天。污水处理中采用生物处理工艺，过程控制较为复杂。

2.2 污水处理自控系统设计

为提高污水处理厂自动控制系统效率，经过研究后需实现以下几点：保障污水处理达到指标、降低污水处理过程药剂使用量、降低污水处理厂用电量、降低系统控制劳动强度、提高污水处理厂生产效率、改善污水处理厂作业环境。基于此需在污水处理系统中增加以下功能：数据采集功能、自动檢测功能、自动保护功能、自动控制功能、自动调节功能、管理功能等。

2.3 自动控制系统硬件构成

2.3.1 PLC工作原理及特点

PLC适用于工业环境下的数字化自动控制，采用可编程存储器，将逻辑运算程序及算法命令等存储于存储器中，并可通过数字形式或模拟形式进行数据信息输入和输出，从而实现对污水处理厂机器的控制。

PLC有运行模式和停止模式两种。运行模式过程中PLC需要执行各种操作，包含多个阶段。系统处于停止阶段时，PLC程序仅对内部处理及通信服务进行处理。PLC在运行模式和停止模式间不断切换，周而复始，此种工作方式称之为循环扫描方式。

2.3.2 PLC系统配置设计

PLC功能实现主要通过PLC控制站，某污水处理厂采用6个PLC控制站实现对污水处理厂全程控制。PLC1 控制站主要实现对进水泵房、总变配电室控制监测；PLC2 控制分站实现对曝气沉砂池及砂水分离间、初沉池、进水水质分析室控制监测；PLC3 控制分站实现对脱水机房、生物沥浸池、浓缩池、臭氧设备控制监测；PLC4 控制分站实现对鼓风机房、生物池、回流污泥泵房控制监测；PLC5 控制分站实现对二沉池、二沉池及配水井控制监测；PLC6接触池、出水提升泵房、总出水井、出水水质分析小室控制监测。

2.4 仪表控制

2.4 自动化控制系统功能及设计

2.4.1 自动化控制系统软件系统

该污水处理厂自动化控制系统为提高系统稳定性，选用具有一定开放性的系统平台软件、编程软件、组态监控软件等，结合系统硬件构成选择满足仪表等硬件设施工艺需求的应用软件，并配备污水处理站运行过程所需检测软件及污水处理信息软件，促进污水处理系统稳定运行。

2.4.2 污水处理系统控制流程

污水处理系统从操作形式上可分为手动操作和自动操作两种。手动操作可手动控制设备开始和停止时间，手动操作和自动操选择流程见图1。

3.4.3 手动操作

手动操作具有一定自由行，通过手动操作可实现对每个设备的控制，其主要控制方式为通过本地按钮对设备进行单独控制，其控制操作模式结构图见图2。

3.4.4 自动操作

自动操作仅需控制系统启动和停止后，设备即开始按照设备程序开始运行，系统运行过程主要通过PLC程序控制设备传感器实现。其控制操作模式结构图见图3。

参考文献

[1]王辰熙.关于污水处理自动控制系统的研究[J].陕西水利.2014（5）：45-49

[2]黎一强.PLC技术在生活污水处理及回用系统中的应用.自动化技术与应用，2012（3）：12-18.

作者简介：

吕晓东，1996.3.21，性别男、民族汉、籍贯丽水、就职单位浙江海洋大学学生、职称、主要研究方向或从事工作电气自动化。