污水处理过程控制系统设计

王志钰

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原 030012)

0 前言

随着城市污水处理方面的技术越来越先进，我们的生活环境也得到了改善。三沟式氧化沟工艺是采用生物法净化有机废水，能够很好地净化废水，通过低负荷污水处理工艺，得到了治理废水的良好效果[1]。因为需要频繁测试污水水质以调整曝气和沉淀时间，这样就产生了对自控系统的需求和依赖；为了实现对整个污水处理过程的监测和管理，提高污水处理的自动化程度，则需要通过上位机组态建立污水处理厂信息管理系统[2]。

如图1所示，是三沟式氧化沟工艺流程框图，污水通过粗格栅间过滤掉大块的掺杂物；通过细格栅和平流沉砂池可以沉淀出较重的沙粒[2]。在氧化沟内进行消毒曝气等处理，把处理过的水通过出水堰排出。氧化沟出水进入接触池加氯消毒后达标排放，而污泥先经过污泥调节池，然后经过污泥浓缩池，再到污泥脱水间脱水，最后做成泥饼外运。

图1 三沟式氧化沟工艺流程框图

1 污水处理厂自控系统设计

为了更好地对污水处理过程进行监控和控制，我们设计了一套可靠、高效、安全的过程控制监控系统，可以满足对工艺过程和设备的监测和自动控制，完全符合集中管理、分散控制的信息化环保工程理念。带测控点的工艺流程图如图2所示。

图2 带测控点的工艺流程框图

粗格栅间、细格栅间前后装设液位差仪表，由PLC控制每两个小时进行一次动作，如果出现液位差达到阈值时，格栅机运行进行液位差调整，直到低于阈值为止。同时对温度、pH值、流量、COD浊度等数据进行检测输出[3]。对设备栅渣输送机和压榨机运行进行过程检测，如果发生故障可以进行准确定位并发出报警，按顺序依次停止格栅动作。在设定格栅动作时间周期时，注重设备损坏和能耗，既要保证达到液位差设定值也要保证不能低于设定下限值。

当集水池液位超高或超低时，PLC发出报警。污水泵出口阀与污水泵连锁工作，其所有阀门的工作状态信号均送入PLC。PLC接收所有故障信号，报警后做出相应处理。通过PLC控制两台吸沙泵动作，来进行污水和沙粒的分离，在停止运行时设备要继续运行5分钟，通过过程检测可以对沙水分离设备故障进行监控。

氧化沟工艺控制：氧化沟选择曲型的三沟式交替氧化沟，由A、B、C三池组成，B沟始终进行曝气，A、C两沟交替工作为曝气池和沉淀池。每个氧化沟中设置曝气转刷，氧化沟池上分别设溶解氧仪，检测水中溶解氧，每个转刷均能根据氧化沟中溶解氧值，通过变频调速来控制转刷转速机运行的台数。同时PLC还可根据氧化沟出口水位测量值，自动调节出水堰高度。

为了随时掌握接触池的液位情况，在接触池中安装静压液位计一台，信号送PLC[4]。

污泥脱水系统的控制：用PLC3来控制氧化沟排泥口闸阀的起闭，污泥浓缩池刮泥机的起停，污泥提升泵房污泥泵的起停，污泥浓缩池排泥闸阀的起闭，污泥浓缩池上清液排放闸门的控制，污泥脱水机房污泥脱水机及加药装置的起停。PLC3对污泥泵、污泥脱水机及加药装置联动控制，以上各设备的运行状态、电动阀门的开关信号、故障状态信号送至PLC3。

2 上位机组态的实现

本设计使用组态王软件进行系统组态，形成一个工业过程控制人机交互智能软件系统。在I/O设备连接时，将PLC、仪表、板卡等外部设备进行定义，设置输入输出变量设置和数据交换形式，使用仿真软件进行仿真模拟。运用“图库”和“工具箱”提供的功能，得到绘制的全厂工艺流程图。最后，保存所制作的画面。用同样的方法可以依次绘制各分段的工艺流程图并保存。

在设计数据库时，对整个信息管理系统监控数据进行定义，并将其反映到动画屏幕上，在计算机发出指令前可以得到最新的过程控制数据。这些数据都存放在数据库中，在上位机和下位机之间。在组态王中这些数据变量被称之为数据字典。变量定义包括对变量的基本属性、是否报警、是否记录及安全区的设定。本设计中对格栅前后液位差和集水池液位设置了报警定义；对要以历史趋势曲线形式显示的变量：进、出水COD设定了数据变化记录。

当工业现场的数据发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化，因为数据库中的变量和现场同步，所以这样就能使静态的画面动起来，从而反映工业现场的状况。这里以集水池填充连接为例说明，在组态王开发环境下双击图形对象集水池图素，就会弹出动画连接对话框如图3。

图3 动画连接对话框

本设计对整个工艺过程中的多个数据进行了数据属性设置，比如闪烁、隐含、数据值是模拟值还是离散值是输出方式、命令语言与按键的设计等等。

本设计中针对工艺的关键参数：三个氧化沟中的溶解氧量进行实时趋势曲线分析，对进、出水COD进行历史趋势曲线分析。二者制作过程类似，这里以实时趋势曲线为例说明。在组态王开发环境中，从工具箱中选用“实时趋势曲线”工具，然后在画面上绘制趋势曲线框，双击此实时趋势曲线对象，弹出“实时趋势曲线对象”对话框，如图4。

图4 “实时趋势曲线对象”对话框

运行时的实时趋势曲线图如图5。

图5 实时趋势曲线图

组态王运行系统中的报警显示分为实时报警和历史报警。二者制作过程相似，这里以实时报警窗口定义为例说明。在开发环境中，从“工具箱”中选用报警窗口工具，在画面上绘制报警窗口，双击此窗口，弹出对话框。

本设计还通过控件的属性、方法等控制控件的外观和行为，接收输入并提供输出，用棒状图来实现对三个氧化沟中液位的监测，来显示运行环境下的液位柱状图。

3 总结

本文对污水处理厂工艺过程进行分析，设计了一套可靠、高效、安全的过程控制监控系统，可以满足对工艺过程和设备的监测和自动控制。利用组态王软件进行系统组态，形成了一个工业过程控制人机交互智能软件系统，能完成污水处理厂所需数据的监测和过程控制。