自控技术在污水处理中的应用

摘要：自控技术在污水处理中的应用具有广泛的前景，本文以某城市污水处理厂为例，简要阐述了污水处理系统设计方法，通过一年多的运行显示，系统具有良好的性能。

关键词：自控技术; 污水处理; PLC

中图分类号： X703.1文献标识码：A文章编号：1007-0370（2011）07-0128-02

随着现代自动化控制技术、计算机技术以及各种继电器、传感器等电气设备的改进和发展，自控技术在污水处理领域得到了广泛运用，使得污水处理整个过程实现了计算机监测、控制和管理，不仅提高了污水处理的质量，同时也降低了运行成本，提高了安全性与稳定性，并且也为环保部门完善在线监控管理提供了技术上的保障。

但由于受资金以及技术水平等方面因素的制约，目前我国污水自动控制系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表、阀门在功能和精度上还存在着一定的缺陷，因此，在实际应用中难以达到预期效果，误差很大，因此，如果单纯依靠这些检测设备来判断污水处理情况并实施自动控制，往往很难达到处理水质达标排放和节约能源的目的。

为此，在实际设计中，既要以污水厂的规模、工艺复杂程度为依据选择合适的控制系统，同时也要积极地引入新的控制方法和控制设备，并且从技术可靠性和经济合理性方面综合考虑，应合理地平衡进口设备和国产配套设备的比例。同时，系统的整体设计，要最大程度地减少控制变量，简化控制模式，降低技术的复杂性，通过简单可靠的方法提高控制效果，从而提高系统的可靠性。

1污水处理过程

城市污水的处理，目前比较盛行的处理工艺有氧化沟法、AB法、SBR法、BIOLAK法、生物膜法等多种工艺，选择何种工艺应以污水量、污水水质和环境容量为依据。以某城市为例，其污水处理厂主要任务是净化城市生活污水，并对产生的污泥进行相应的处理，由于城市生活污水主要含有悬浮固体、微生物和有机物等，因此，污水处理工艺采用普曝法氧化沟形式、倒伞型表面曝气机工艺法。其工艺流程图如图1所示。

图1污水处理流程图

在这个系统中，粗格栅过滤污水中的较大漂浮物和悬浮物，细格栅过滤污水中较小漂浮物以及细小纤维等，曝气沉砂池除沙及去除其他较重物质。溢流渠和计量渠主要是用来进行水的输送，污水从从沉砂池出来直接进入溢流渠，再进入计量渠，经计量渠送到氧化沟进行生化处理后流入终沉池澄清消毒后排出。

2污水处理自动控制系统的设计

由于本污水处理厂采用了机械预处理、生化处理和污泥处理三级处理，分别采用了物理法、生物法和化学法三种处理方法，因此，自动控制系统可以划分为四个子站（PLC），即，机械预处理子站、生化处理子站、污泥浓缩子站、污泥脱水子站。中央控制室的网络采用TCP/IP协议方式的星形以太网结构，中央控制室与PLC子站之间以100MbPs的工业以太网进行连接，这样，既能提高系统的可靠性，又使得成本大幅降低，同时也方便了以后的升级维护等。为取得更好的控制效果，PLC与现场设备采用现场总线结构，现场设备采用带DP口的智能马达控制器、高压综合保护装置以及低压智能测量装置等。PLC之间采用光纤环网结构，系统结构示意图如图2所示。

图2 自控系统结构图

3自动化控制系统的实现

3.1系统通信

系统硬件组态按照实际硬件安装顺序完成。ProfibuS设备本身具有不同的性能特征，为实现即插即用，在设备数据库文件（GSD）要加以说明并在配置软件组网时，拷贝到hxysnew/steP7/S7DATA目录下。

硬件组态完成后，每一套马达控制器会自动分配16位DI、DO以及2个字节Al，然后为地址指定区间，并根据实际需要定义每个位。

上位机与PLC之间利用组态王通信，为了实现PLC与智能马达控制器之间的通信，还需要将组态好的文件下载到PLC的CPU中。

3.2软件设计

3.2.1上位机监控软件设计污水处理工艺复杂，对自动化系统技术要求高，上位机除了要对整个系统内设备及运行结果进行监控、诊断及报警外，还要根据污水处理工艺和逻辑要求，严格执行设备的开启、停止、故障或紧急停机，并选择合理的自动运行模式，从而使得整个系统的运行处于安全稳定的状态。在软件设计方面，我们采用亚控6.5版“组态王”256点运行组态软件。在本系统中，根据污水处理系统的要求，系统监控软件主要设计监控系统总图、动态工艺流程图、自动控制系统图、动力配电系统图、运行动态图、历史记录显示表图、报警记录显示表图、系统自诊断图等，画面组成如图3所示。

图3监控画面组成图

以组态王为平台建立本系统的监控程序包括如下四个步骤：

首先是设计图形界面。即以I/O点的参数、FO点的FO点标示以及所使用I/O设备的生产商、种类、型号及接口类型和通信协议为根据来设计画面结构。

其次是构造数据库。即正确组态各种变量参数，定义数据链，建立实时数据库与FO点的对应关系。

再次是建立动画链接，即建立操作界面中的图形与实时数据库中的变量之间的连接关系。

最后进行运行调试，对组态内容进行单回路和联合调试，根据运行调试的结果对数据库和动画链接做出相应的修改和完善。

3.2.2下位机软件设计下位机采用SIMATICS7-400PLC系统，系统由机架（RACK）、电源模块（PS）、中央处理单元（CPU）、信号模块（SM）、通信处理器（CP）、功能模块和接口模块（IM）组成。这种系统安装简便，通讯方式多样，扩展性能良好。编程软件采用简洁易用的STEP7。它为用户提供了结构话得程序设计方法，用户根据具体的控制要求对程序进行层次化分割，并为每一个控制任务编制模块化程序，即可调用。

根据本系统的实际，我们需要对以下控制单元进行程序编制。

首先，粗细格栅运行的自动控制首先以格栅前后的水位差来确定，其次是时间，即格栅前后的水位差控制的时间超过一定时限后转为时间控制器控制，启动顺序为“压榨机-螺旋输送机-格栅除污耙”，停运顺序与此相反。

其次，进水泵房的开启用集水池的水位值来控制，备用泵的自动投入均可自动选择或人为重新设定。

再次，旋流沉砂池搅拌器、配水井、厌氧池以及沉淀池的开启或停机由中心控制室的管理计算机进行远程控制。

第四，曝气池供氧量调节系统的任务是将曝气池的溶氧值维持在特定的范围内，从而使得微生物的生存环境得以保证，去除污水中的污染物，其供氧量的调节用曝气池的溶氧值来调节鼓内总出风口管上的调节阀的开度，然后根据鼓风机总出风管的压力变化来调节鼓风机运行台数以及鼓风机导片的角度。

第五，回流污泥量调节系统的任务是为了使得生化处理系统混合液浓度维持在特定的范围内。活性污泥回流到厌氧池中污泥量是被调节量。回流污泥泵运行台数依据进水量的百分比来调节。剩余污泥管上的调节阀的开度依据污泥均质池的液位来调节。

4 结束语

我国的污水处理自动化程度低，因此目前尚处于起步发展阶段。随着国民经济的不断发展，人们环保意识的不断加强，污水处理的投入也会不断增大，而提高污水处理的自动化程度已成为污水治理工程中一个广阔的拓展领域，也成为提高污水治理水平的一个重要组成部分。以本文的研究结果为基础的设计方案在某城市的污水处理厂的实施，经过一年多的运行，其结果表明，结构设计合理，运行安全可靠，各项技术指标满足城市生活污水处理的实际需要。

参考文献

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收稿日期：2011-05-02

作者简介：潘龙(1970-)，男，副高级工程师，就职于江苏龙腾工程设计有限公司.

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