分析污水处理厂自动化控制系统及控制功能实现

黄丛慧

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，山东 青岛 266000）

1 引言

水资源是经济、社会发展的重要基础，与人类的生存关系较为紧密。但各地水资源均受到不同程度污染，加之我国淡水资源分布不均，无法更好地应对经济发展和人口增长需求。为解决此类问题，必须采取有效措施解决水污染问题。在污水处理厂中借助自动化控制系统对运作系统进行智能化调整，使污水处理工作始终保持在最佳状态，达到相应的控制功能，进而实现一定的环保目标。

2 自动化控制系统概述

2.1 主要组成

自动化控制系统中包括可编程控制器、监控上位机、现场仪表、计算机操作站等部分。其中，可编程控制器、计算机设定了系统运行所需的逻辑程序及工艺标准、参数项目，可以根据系统要求对设备工况进行调节，或根据系统运行要求手动控制设备设施。现场仪表通过检测系统运行各个参数，将收集到的各类信号反馈到可编程控制器、计算机当中进行显示、控制。

2.2 工作原理

中央控制系统对自动化系统进行监控、管理，挂接在相应的网络结构当中，执行管理、控制命令，针对污水处理厂中存在的污泥池、初沉池、污泥脱水机房、鼓风机房、曝气沉砂池、储泥池、生物反应池、提升泵房、加氯加药间、上清调节池、反冲洗废水调节池、变电所、再生水送水泵房、再生水蓄水池等设备设施进行管控，并将用户指令、数据、通信等事项接入到系统当中，实现对污水处理厂自动化控制系统的操作、监视。现场成套设备通过系统总线通信以通信方式进行指令、数据传输，通过现场控制柜对仪表、设备进行控制，借助标准信号线采集和控制系统数据，最终实现污水处理系统的自动化控制目标【1】。

2.3 基本认识

污水处理厂自动化控制系统借助信号系统、采集系统、仪表系统、上位机对污水处理过程中的各类参数进行实时、在线采集，通过一定的人工干预输入，合理操控污水处理指标，及时监督、调整污水处理工艺，确保污水处理系统始终保持最佳运行状态。

3 污水处理厂自动化控制系统及控制功能实现

3.1 主要系统构成

3.1.1 中央控制系统

中央控制系统当中不仅包含数据服务器，还有相应的监控工作站。其中，数据服务器为主用，监控工作站为冗余。可以使用客户机、服务器、交换机共同构建计算机局域网，与市政排水自动控制系统进行连接，经光纤、交换机与各处的现场控制场站进行连接，用于传输各类数据。在中央控制系统当中设有模拟屏、操作站、通信控制计算机、CCTV 监控系统、图像投影系统、图表处理及打印系统等多个部分。

3.1.2 区域监控系统

区域现场控制系统中使用可编程控制器进行“无人职守”模式下的工作，系统可以独立运行。现场的控制站使用光纤、现场总线等于从站进行通信，对主要的污水处理设备、设施进行本地控制、远程控制、现场控制，相应的控制级别中手动控制最高，自动控制最低，远程控制位于中间。手动控制是通过本地电控箱、开关柜按钮对设备进行启停操作，一般用于特殊情况处理或检查检修设备。远程控制是设备管理人员根据分控站操作面板或监控画面用I/O 设备对现场设备进行控制，属于自动模式下的远程手动控制类型。自动控制模式是设备运行完全由分控站可编程控制，其结合污水处理厂工况、工艺等标准参数对各个设备进行启停控制，运行过程中不需要人工进行管控或干预【2】。

3.1.3 现场测控系统

污水处理厂的现场测控系统主要适应数字化现场总线分布式控制模式，不依赖一个控制装置、系统对整个污水处理厂进行自动化管控，这种情况下污水处理厂自动化控制系统可靠性较高。即使中央控制系统出现故障，各个现场站点仍可以根据已固化的模式进行独立运转。稳定、先进的智能化仪表和控制设备具有自检、自校、故障隔离等类型的功能，能够大大提升设备故障检出效率，将故障范围控制在最小范围，即使是最极端状态下，整个自动化控制系统无法工作，还能通过现场手动操作维持污水处理厂的正常生产过程。

对于各处工艺设备的监控主要包括：运行/停止（启/闭）状态、A/M 状态、故障状态、紧急停车状态、报警状态、控制器运行/故障状态自动运行/停止（启/闭）控制等内容进行监控。若各处的水泵电机采用变频控制，还要对变频器的运行/停止状态、故障状态、工作频率及反馈信号、频率控制信号等进行监控。

自控仪表的基本测控内容：检测仪表测量信号、故障报警状态、极限报警状态；自动调节阀A/M 状态、开启/关闭状态、故障状态、阀位反馈信号、阀位控制信号等。

3.1.4 保护系统

在污水处理厂的自动化控制系统当中还存一系列的保护系统，如：防雷系统、过压保护、接地保护等。这些保护系统需要根据系统实际需求，对各个体系的电源进行防护，实现防雷、避雷功能。对于自动化控制系统中的通信端口、仪表电源、模拟信号端口、摄像机端口等都要设置有效的防雷过压保护元件。而系统整体的接地保护系统要严格依照标准规范及设计要求进行接地，需要设置独立接地的必须结合现场实际情况进行设置，对于自动化控制仪表在工作过程中的接地系统要单独设置，或与保护接地共同接入等电位接地体系当中。

3.2 控制功能的实现

1）合理设置粗格栅、提升泵站的各类参数来实现其自动化控制要求。在污水处理过程中需要关注粗格栅前后位移的差值，一般情况下，可以采用超声波液位差对其进行测量，若相应的位移差值满足设备设定标准，污水处理自动化控制系统会将粗格栅除污机打开清理，完成相应流程后自行停止，形成一个完整的自动化环节。对于各类水泵的控制也需要借助自动化控制系统实现，可以在各个管路、水泵周边设置相应的压力表，根据压力标准要求自动实现水泵的启停，并且在压力达到一定数值时自动打开电动阀门。

2）曝气池中污泥浓度、微生物总量都需要借助自动化控制系统进行维持，而自动化控制系统可以根据微生物数量进行控制。若微生物总量较高，水中的悬浮物总量较多，会对污水处理质量产生影响，而且过量的微生物需要大量氧气消耗，增加了氧气消耗水平。若微生物总量较低，生物负荷会出现超标现象，污水处理能力相应会降低，处理后的水质会不达标。因此，自动化控制系统会随微生物总量进行判断，而微生物则存在于污泥当中，可以通过污泥总量的变化来对应微生物总量变化，进而实现污水处理系统的自动化控制功能。

4 结语

自动化控制系统应用到污水处理厂发挥了较为重要的作用，不仅为管理人员提供了及时、有效的运行数据，还节约了系统运行的时间和资源，能够有效提升污水处理系统运行效率，降低人员劳动强度及运行成本，提升污水处理厂的现代化水平。但仍要关注污水处理厂自动化控制系统存在的问题和缺陷，并采取有效措施提升系统的通用性、扩展性、开放性、兼容性，推动自动化控制系统在污水处理厂的有效应用。