污水处理厂自控系统设计实施中应注意的问题

苏 炜 岑 明 臧宾帮 张 彬

（1、山东博控机电有限公司，山东 济南250100 2、济南市知识产权保护中心，山东 济南250002）

在现代的污水处理系统中，自控系统正在发挥着越来越重要的作用。随着电子信息技术的进步，污水处理工艺对于控制系统的依赖性也越来越大。由于污水处理的工艺特点，决定了其生化反应的过程并不是一个精确的系统，因此在污水厂的自动化控制系统实施中需要根据这些特点来进行。

1 系统方案设计

一般的污水厂自控系统图如图所示。

工控机（工程师站或操作员站）可以监控各站点的运行状态，当工控机发生故障或关闭时，各站点仍然可以按照设定的工作模式自动保持系统的正常运行，确保系统的高可靠性。同时，工控机之间也互为冗余。

运行模式及工作状态的选择和系统参数的设置既可以在主控室内用工控机操作又可以在现场用各站点的触摸屏操作。在现场的操作柜上设置手动/自动切换按钮，可以实现所有控制点的手动和自动运行。（注：手动和自动应当是两套相对独立的系统）。

为保证系统免遭过电压侵害，所有来自现场的I/O 信号均要通过信号继电器的隔离，所有远程模拟量均通过隔离装置与系统接口，彻底保证在遭遇雷击等过电压情况下的系统安全。

针对于污水厂自控系统来说，拥有着众多类型的传感器，其中具有代表性的有压力计、流量计、ORP 仪、液位传感器、COD 传感器、DO 传感器、pH 传感器以及温度传感器等。为了获得准确地数据作为工艺的控制参数，一些重要的传感器（如：pH、DO（溶解氧）、流量计等）数据上传通过通讯接口进行，控制系统与现场仪表的接口是通过这些智能接口来完成的，在此背景下运用现场总线来传输系统中重要的工艺参数仪表信号，这种传输模式不但有助于促进信号传输精度的提升，而且还拥有减少电缆敷设、增强现场控制灵活性以及易于扩展与维护等方面的优势。

众所周知，污水拥有腐蚀性，并且其成分是相对复杂的，因此运用超声波液位计来对液位进行测量是非常有必要的，不但可以有效的避免液位计与污水接触，而且具有反应速度快的优势，直接输送到PLC，将COD、pH 等传感器分别安装在出水总管与进水总管，然后根据传感器所收集得到的出水参数来对工艺的整体运行效果进行监测，并根据进水参数来控制生化反应，并可通过环保部门提供的的GPRS 等设备上传至环境监测部门。

同时，将ORP 计安装在反应池的厌氧区，进而来对该区域的氧化还原电位进行测量，可以将生物硝化脱氮的实际状况呈现出来，并作出是否需要从好氧区进行回流污泥的判断。另外，为了能够控制好氧池的曝气量，还需要安装DO 传感器，根据该区域内的溶解氧含量进水水量等综合因素决定罗茨风机的运行台数及运行频率，从而控制曝气量。在满足工艺要求的同时可以实现节能。

2 控制软件设计

由于污水处理过程控制的复杂性，因此需要不断的对相关经验进行整理与归纳，在此基础上来选择更加合理、科学的控制方式。具体来说，传统的PID 调节基本上被认为是不适合污水处理系统的控制的，一般均是人为的根据不同季节、不同的水情，固定一个运行方式。因而，目前大部分的控制系统仅仅是一个简单的远程遥控和远程监视系统。

软件系统是一个自动控制系统的灵魂，优良的控制软件不仅使系统操作方便、运行可靠，极大地减轻操作人员的负担，而且它还应当能够根据情况的变化自动调整运行参数，而不应当仅仅是一个简单的远程遥控和远程监视系统（这当然应当是自控系统所应当具有的基本功能）。有鉴于此，我们集中优势力量结合工艺和控制两方面的要求，在总结、分析大量工程实例及数据的基础上，提出了具有智能配方功能的污水处理模糊控制思路，以此指导控制系统的软件开发，摆脱了污水处理厂的自控就是“远程遥控”的初级概念，使污水处理的复杂机电系统控制得以成为真正意义上的自动化系统。

软件系统分为上位组态软件和下位控制软件两大部分。

2.1 上位组态软件性能

（1）数据管理。在系统运行的过程中，将相关数据存储到数据库中，并通过分析数据的方式得到一定的结论。另外，员工可定期将数据库中的历史数据传输到其它存储介质，这对于促进查询历史数据的便利性提高有着重要的意义。综合的、全面的分析与对比相关数据，可以得到部分有价值的观点与结论。

（2）实时画面显示功能。将各个现场的设备运行工况运用图形的方式实时的展现出来，并借助于曲线图、趋势图、模拟仪表等多种方式呈现出设备的变化状况，在此背景下生产管理人员可以实施的掌握与把控系统的具体运行状况。

（3）友好的人机界面，操作与控制方便。相关人员可在中心控制室来实时的控制系统中的各种设备，例如在线对PLC 中程序的部分工艺参数进行配置、对设备的启动与暂停控制等。

（4）报警功能。在系统中设备运行的过程中，假如出现故障或者参数超过预设范围等问题时，可根据实际情况来自动进行声光报警，例如打印机输出报警信息、屏幕显示报警信息等，此时管理人员可根据报警信息来做出相应的措施。另外，报警数据库中会存储全部的报警信息，主要用于事故分析，以避免事故的再次出现。

（5）报表打印功能。打印方式是由事件触发打印、定时打印两种类型构成的，可进行报警实时打印、事件打印、图形与报表打印。

2.2 控制软件的编程注意事项

控制软件想要达到理想的状态，除了需要保障工艺符合相关需求外，同时还应该考虑到现场可能出现的各种类型情况，做到易修改、实用、可靠。

对于污水厂来说，生化处理工艺流程控制是其自动控制系统的核心，其主要控制规律：

污水处理工艺传统的主要控制量为：MLSS 的PID 调节（回流比）、DO 值的PID 调节（进气量），全部都是对单一参数的单一对象控制。但是需注意的是，污水处理过程中包含着大量的参数，并且其滞后量是非常大的，因此想要凭借某个具体参数来控制整个污水处理过程是无法实现的。具体来说，污流回流系统控制、生物池的曝气系统控制都是尤为复杂的，意味着独立的单一闭环控制方法是不可行的。近年来，在控制技术持续发展的背景下，再加上污水处理厂在运行期间积累了规模庞大的数据，因此模糊控制方式得到了广泛的关注。

在实际操作期间，根据人工经验与模糊控制方式，在此基础上来对专家数据库进行构建，并由计算机来对控制方案进行制定，这种模式不但有助于实现工作量的减轻，而且还可保障出水水质。与此同时，在减少能源消耗、提高设备运行效率方面也会取得显著的效果。

针对于软件编程来说，重点是根据生产工艺的实际情况来对控制规律进行制定。需要根据进水的水质变化情况，来选择与调节控制方法。由上位机设定沉淀时间、曝气量、进水流量、剩余污泥排泥间隔、滤池反洗间隔等参数。需根据预设值来控制生化反应池的各段工艺执行情况与时间，并可运用电气柜上的手动/自动转换开关来对设备状态更改，但是预设值不可改变。在自动状态下，也能够在中心控制室来远程操控。另外，现场设备的工作状态均送上位机显示。

在编制控制程序的过程中，需要将以下几个问题放在首位：

（1）编程软件可监视各个元件的状态，并运用显示器呈现出来；（2）全部程控逻辑都在可编程控制器内完成，且不需运用硬接线；（3）全部逻辑程序与整定参数存储在可编程序控制器的掉电保持存储器内，系统故障或失电恢复后无需对程序进行重新装载；（4）系统可轻松的程序段修改地址、增加与删除元件、修改程序等；（5）注意编程的规范性和程序的扩展性。

综上所述，污水处理厂的自控系统实施过程中不仅需要紧密结合工艺流程，还需要对整个生化反应系统有全面的认识，实现系统的运行可靠、操作方便、出水达标。

随着智慧水务以及节能减排降耗等在污水处理行业的深入推广，污水厂自控系统作为其核心基础也必将会提出更高的要求。