污水处理中泵站的优化控制研究

魏华

（青岛市排水运营服务中心，山东 青岛 266002）

经济社会的高速发展促使城市化进程不断地深入，逐渐提高的生活水平增加了城市中的污水处理量。实际处理污水的时候，污水厂无法有效地动态监控处理过程，或受其他因素的影响导致污水处理中频频发生问题，和现代化的技术要求不符，目前较为重要的对水污染进行控制的方法就是进行城市污水处理工程的创建。以往液位控制是主要的对泵站控制方式进行优化的措施，即通过工艺条件明确水位变化的范围，一旦水位满足某个特定值，就会依次将潜水泵打开，此种方式虽然较为常用，但存在泵磨损、启动频繁的情况，不仅会增加后期的维护量，还会缩短泵的应用寿命，严重的会对污水流量处理造成不利影响。相关研究之处，轮值、模糊控制是较为有效地推动泵站控制效果提高的方式，其不仅可以获得较好的控制效果、性能，还具有较好的节能效果、稳定性，值得推广。

1 污水处理中存在的问题

不断深入的城市化进程以及社会经济的提高促使人们的生活质量得到改善，相应地增加了城市中的污水排放量，其是较为重要的一种对城市良好发展造成影响的因素。目前我国的动态监控技术在污水处理中属于初始阶段，与国外发达国家相比仍存在差距，协调性相对较低，因此会导致相关问题出现，主要包含以下几点。

（1）污水处理设备实际运行中无法获得良好的稳定性，且其稳定性、仪表准确性均和相关标准不符，无法满足现代的计算机技术要求；另外，目前我国的污水处理系统缺乏自控性，与智能化发展不符；实际运行中的污水处理系统需要较多外界因素的配合，但由于较多环节中存在调解性不灵活的情况，导致实际控制操作无法获得理想的效果。

（2）资金问题也是重要的对污水处理效果造成影响的因素之一，资金是保证各项工作顺利开展的前提，只有保证资金的充足性，才能保证各项污水处理工作能顺利、正常地开展。目前，我国部分地区存在经济落后的情况，因此实际中的资金投入相对缺乏，无法保证污水处理系统的处理方法技术以及应用设备和时代发展需求相符，影响了污水处理技术和效率的良好发展。

（3）污水再生利用效果以及资源利用率较低。因污水处理中较多技术的应用无法和相应标准相符，且对二次利用标准缺乏重视度，外加对经济效益过于重视，导致实际处理污水的时候，仅能过滤杂质，没有进行深度处理，导致较多污水并未进行二次利用就排出，因此，不仅会污染周边环境，还会导致资源浪费情况。

2 泵站系统的分析

（1）分析泵站的结构。给水管道、污水管道在实际处理污水的时候普遍存在压力差异情况，污水处理中的压力无法恒定，流动中会导致自流的行程，因此，需要泵站处理排放的污水没利用格栅处理各种垃圾，例如，悬浮物等。处理后的污水会在集水池中聚集，之后通过泵站推动管道压力的提高，以此保证污水能通过自流方式达到污水处理厂。如今不断深入的城市化进程促使我国的排水管网分布范围不断扩大，促使污水系统泵站逐渐朝着链状形式以及网状形式发展。在对污水进行处理的时候，需要将除污机设置在格栅出，以此保证能有效地处理各种大尺寸垃圾，从而保证泵机组能正常运行，增加泵站的实际应用寿命。电机是泵站运行中不可或缺的一种设备，其合理有效的运转是保证污水处理中泵站能连续运转的前提。生活水平的提高增加了城市总的污水排放量，因此，在实际设计优化泵站的时候，需要综合考虑具体的污水排出流量，科学合理地对设备进行选择的同时，需要提高保护周边生态环境的意识。

（2）控制目标分析。优化泵站控制系统的时候，需要最大程度地避免溢流情况的出现。需要充分保证管网蓄水能力的充分发挥，或通过推动系统终端的处理能力的方式保证污水能合理排放，进而降低发生溢流情况的概率，以此保证进水量和排出量的平衡性，进而避免设备损坏增加成本。同时，要重点考虑集水池在实际处理污水过程中的运行水位，依据实际情况进行高低水位运行的选择，保证控制程序的合理性，以避免泵站在实际处理污水中频繁起停，进而提高其应用寿命；另外，实际运行中，需要最大程度保证各个机组能统一运行，避免部分设备同时存在闲置、运行的情况。

3 优化控制污水处理中的泵站

（1）提高水泵的自动化控制性能。若泵站实际运行中自动化程度较低，必然会导致频繁起停情况的出现，因此，为了最大程度推动泵站运行效率的提高，降低能耗，需要推动泵站自动化水平的提高，以此降低设备出现故障的概率，改善人工操作的强度。泵站实际选择时，可以应用变频器控制泵，而启动器以及水泵等可以选择西门子系列PLC；另外，要保证设备、控机之间连接的有效性，进而保证能顺利对实时数据进行接收；对集水池数位的波动范围进行控制是优化控制泵站的主要目的，以此最大程度提高泵站的运行可靠性。PLC 属于可编程逻辑控制器的一种，其关键部分为微处理器，是一种集合自动控制技术、计算机、互联网以及通信技术为一体的工业控制装置，其属于电子化控制装置，以往属于工业体系生产中的专用技术，如今在各个行业中均得到了广泛的应用，其具有可靠性、灵活性以及通用性高的优势；在污水处理中，提高泵站的自动控制性能，应用PLC 时，需要先明确控制的目标，之后合理比较PLC的价格、功能，选择最优的程控器主机。①设计PLC 程序：在对污水进行处理的时候，我国的处理工艺基本一致，均通过泵站的格栅对污水中的大型垃圾进行处理，地下管网对污水进行处理后会集中在集水井中，统一输送到污水处理厂中进行处理。通过PLC 技术的应用保证有效控制水泵和格栅机，以此保证自动化控制效果的提高。在设计PLC 程序的时候，需要保证其具备自动控制、手动控制两种模式，并保证两种模式能在实际运行中灵活切换。在PLC 端口进行指令的设置，以此保证故障发生后可以全权应用PLC 控制。自控系统的应用可以依据程序良好运行，进而有效控制泵站设备；另外，PLC 指令信号的接收可以保证人机交互的顺利实现，而超声波液位计可以最大程度地保证控制、检测质量的提高。②水泵控制的开始环节就是污水泵，通过超声波液位计的应用准确实时地对集水井的情况进行测量，明确其内部的水位高度。PLC 模式启动后不仅可以设置液位计，还可以对开启泵的数量进行控制，一旦存在低液位情况会自动报警，以保证泵能及时停止运行。实际对泵站进行调控的时候，若泵需要长时间运行，需要进行停运命令的设置，以保证系统整体运行状态的合理性、准确性，最大程度地推动泵站使用寿命的提高。PLC 控制的应用可以自动识别运行中存在的故障情况和警报情况，继而保证水泵控制的科学性；另外，PLC 即使处于手动控制状态，也可以精确识别运行数量，并合理调整水泵的实际运行情况。③将超声液位计安装在格栅中，可以准确地对滤渣时判断其前后位差情况；另外，也可以识别水中杂质，保证设备运行的灵活性、科学性。应用PLC 控制系统时，可以通过时间、液位差的设置有效控制格栅的启停状态，并在不同时间自动对格栅的具体情况进行观测。一旦格栅实际的运行时间和所设置的标准不相符，就会通过停止命令的应用避免格栅急需工作，同时，会将下个周期的工作开启。若液位差和实际的标准不符，系统会自动将格栅启动；但实际运行中需要调试PLC，依据所有相关程序的运行情况，明确彼此之间的通信连接情况，进而保证实时数据的接收和反馈；另外，运行中需要判断设备的具体情况，及时进行开启或关闭指令的给与，若逻辑检查能顺利实现则表明系统运行较为顺利、正常；之后需要对参数截面进行检查，以此保证其均属于正确状态，保证整体调试过程的顺利实现。泵站优化控制中，应用PLC 自动化控制系统，不仅可以保证水泵运行的节能性，还可以提高其运行寿命；以往泵站的控制方法仅能对工作量进行模糊预测，因此，准确性缺乏，而PLC 技术的应用可以最大程度地保证泵站的自动控制准确性，其属于较为高效的一种自动控制设备，不仅可以保证泵站自动处理环境的完善，还可以保证其控制的可靠性，降低分运行风险的概率，进而最大程度地降低控制问题导致的成本增加情况，有利于污水处理厂经济效益的提高；另外，其可以对自动控制进行强化，进而保证其自动化程度和相关标准相符。

（2）模糊控制系统的应用。模糊控制器、被控制过程是主要的构成模糊控制系统的部分，其中去模糊化、模糊化以及模糊推理是主要的组成模糊控制器的部分，三者均依据知识库进行创建，其主要特点就是可以总结提炼实际工作中操作人员的经验，并进行适合控制系统表达的一种控制方法的创建，以此保证自动控制的顺利实现。将其应用于泵站优化控制中，在推动控制效果改善方面具有积极作用，以往的泵站控制方法仅会对液位变化进行关注，而对液位的变化速率有所忽略，集水井存在一定的延迟特性以及非线性特此安，导致实际操作控制中普遍存在控制滞后情况；而先进的液位检测仪、计算机技术的应用，可以简便、准确地对液位的变化速率、液位差进行获取，模糊控制方法的引入，可以通过液位变化率保证PD 控制结构的顺利实现，进而推动泵站响应水量变化的能力。①模糊控制方法的实际应用中，需要先对量化因子、模糊论域、模糊判决方法、隶属度函数、控制规章等进行确定。液位变化率、液位差以及启动泵台数是保证模糊控制器顺利应用的模糊变量，其中输出的模糊变量是启动泵台数，而其他两者属于输入模糊变量，PLC 是主要的保证模糊控制器编程实现的工具。②率熟读函数、模糊论域：隶属函数的形状不同其控制含义也存在差异，因此，在实际选择的时候，需要依据的实际控制要求对泵控制变量、液位差变量以及液位变化率选择三角函数形式。隶属度选择的时候，也需要依据现场的调查情况和相关成功经验，开展计算机仿真实验和在线调试，以保证变量隶属度的合理性。

（3）泵轮值控制。应用PLC 的逻辑连锁控制程序时，需要对启动频率、泵站负载分配情况进行控制，和传统的控制方法的不同点是轮值控制可以通过控制运行时间和启动次序均匀的分配泵站中各泵实际的复合负荷情况。通过PLC 的应用对泵的停止和启动序号进行设置，并将其在相应单元中进行存放。通俗来讲，就是对某一台泵的启动进行设计的时候，开始计时相应泵运行的时间。若系统实际运行中会依据模糊控制器输出的启动或停止命令实现泵的启动、停止控制；系统不会针对某台泵发出固定的停止、启动指令，会在实际操作中不但对模糊控制器输出情况以及启动泵台数等明确系统需要进行的停止或启动操作，因此，自动泵控制程序实际应用中会自动跳过故障泵，进而推动泵站自动程序处理故障的能力。泵房水位如果不再明显变化，那么可能会导致某台泵长期处于运行状态，因此，实际中需要进行限制工作时间的设定，通过程序在工作时间方面的监视功能的顺利实现，保证强制切换工作超时泵目的的顺利实现，进而保证工作负荷分配的均匀性、合理性。泵启动频率是泵站优化控制中面临的较为严峻的问题，启动过于频繁会导致设备、电气的冲击情况出现，进而对设备实际的应用寿命造成影响，因此，程序需要合理限制泵启动的周期，而轮值控制的应用可以保证上述目标的顺利实现。

4 结语

综上所述，泵站的自动化操作在推动污水厂的污水处理效率、效果提高方面具有重要意义，不仅可以推动管理控制科学性、合理性的提高，还可以降低污水处理厂工作人员的实际工作压力；同时，可以达到节能的效果，和现代社会的发展理念相符。如今处于信息时代，各种高新技术广泛应用于各个行业，实际中需要重视泵站自动化系统的完善、加强，以此保证污水处理的自动化、科学化发展，进而保证技术价值的充分发挥。