污水处理自动控制系统的设计研究

（中钢集团武汉安全环保研究院有限公司华安分公司，湖北 武汉 430081）

环境污染问题关系到人们的生产生活，在污水处理过程中，随着人们对污水处理要求的逐渐提高，传统的污水处理控制方法难以达到控制要求，使得污水处理的现状不容乐观，还存在诸多亟待解决的问题。在新形势下，污水处理自动控制系统的设计，运用现代化自动化控制处理污水满足了污水处理的要求，在污水处理过程中发挥着重要的作用。如何进行污水处理自动控制系统的设计是当前污水处理关注的焦点。因此，研究污水处理自动控制系统的设计具有十分重要的现实意义。鉴于此，笔者对污水处理自动控制系统的设计进行了初步探讨。

1 污水处理工艺流程。近年来，从污水处理的实际需求的环境出发，污水处理的工艺过程也日趋复杂，污水处理工艺流程按处理程度的不同，分为不同的处理阶段。具体说来，污水处理一般可分为五个阶段，即预处理、一级处理、二级处理、深度处理和污泥处理及处置。其中，预处理主要包括:粗格栅、细格栅、沉砂池;一级处理主要包括:初沉池;二级处理主要包括:生物滤池、曝气池和二沉池;深度处理:常用的工艺有混凝沉淀和过滤。污泥处理主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或卫生填埋。通过对需求进行详细的调研，决定污水处理工艺流程应包括粗格栅、沉砂池、细格栅、初沉池、生物滤池、提升泵房、曝气池、二沉池等，结构图如图1 所示:

图1 污水处理工艺流程图

2 污水处理自动控制系统设计要求

污水处理自动控制系统，在设计过程中，必须按照一定的要求来进行设计，其具体内容如下：(1)所有的电气和机械设备能够自动或手动操作，控制系统需包括报警、联锁和控制回路。并且上述设备传送的信息应能够在控制面板和过程控制计算机显示器上显示。（2）所有的设定值（液位、流量、温度、PH 值、溶解氧量）和计时器可以在控制系统中通过操作面板或键盘更改。（3）通常，过程联锁的设定值不能被未授权的人员通过操作面板修改，只有在输入正确的密码之后，才能进行操作。（4）控制系统负责系统自动化运行的监管，能实现24h 全天候连续运转，并按工艺要求进行自动操作。（5）利用工艺参数的反馈，实现过程的稳定控制（液位、温度、流量、PH 值和溶解氧），提高反应效率、节约能源，并提高系统的抗冲击性能。（6）实现厌氧处理过程集水井液位与2 台入水泵、初沉池液位与2 台冷却塔进料泵、均衡池液位与2 台调制池进水泵、2 台浅液式搅拌机之间的连锁控制。（7）实现冷却塔温度与冷却塔2 台风扇、调制池回流管温度与进料阀门XV-401A/B、碱液投加泵、盐酸投加泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵之间的联锁控制。（8）实现2 台初沉池污泥泵、进料阀门XV-401A/B、厌氧污泥泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵的时间控制。（9）实现调制池回流管流量开关与进料阀门XV-401A/B、厌氧污泥泵、碱液投加泵、盐酸投加泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵之间的联锁控制。（10）实现好氧处理过程集水井液位与提升泵的联锁控制。（11）实现曝气池溶解氧（DO）与4 台罗茨鼓风机的联锁控制。（12）实现液位、温度、流量、PH 值和溶解氧（DO）的高低限报警。（13）实现好氧处理过程加药设备的控制。（14）实现脱水机房相关设备的运行状态显示及故障报警显示。（15）对所有带控制点的电机和泵实现启停控制。（16）实现模拟量的历史趋势及趋势图表显示。（17）实现必要的流量累计功能。（18）实现整个污水处理系统所有电机、泵的故障报警。

3 污水处理自动控制系统硬件设计。污水处理控制系统设计是污水处理的重要组成部分，污水处理自动控制系统具有广阔的发展前景。在污水处理系统中，关于污水处理自动控制系统硬件设计，以下将从污水处理系统控制和PLC控制系统硬件的介绍来阐述，其具体内容如下：

3.1 污水处理系统控制介绍。污水处理系统控制对象既有开关量又有模拟量，污水处理过程的共同特点就是开关量多，模拟量少；与此同时，既有开环控制又有闭环控制，具体在污水处理系统控制中，以逻辑控制为主，闭环控制为辅。污水处理系统控制的控制系统包括两套CPU412 控制器，三条通讯链路，三个ET200M 从站。工程师站通过上位机监控软件实现对全厂设备的监控、水质数据记录、生产报表等功能。其中，自动控制柜是整个自动控制系统的核心部分，自动控制系统的功能主要是由PLC按照实现编好的程序进行控制。

3.2 PLC控制系统硬件介绍。可编程逻辑控制器，简称PLC。PLC控制系统在工业领域应用极为广泛，PLC控制系统硬件设计需要考虑的PLC产品种类。从PLC的定义上看，PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，它采用了可编程序的存储器，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新，并通过数字式和模拟式的输入和输出，取代了继电器控制装置的要求，控制各种类型的机械或生产过程。PLC控制系统硬件，根据对控制系统工艺特点和现场生产的条件，适应于现代工业的需要，例如采用了S7-400 PLC作为主站，从站采用有源底板总线的方式将各模块从物理上和电气上连接起来，每块信号模块都带有总线连接器。安装时先将有源底板装入导轨，然后依次将各模块插入，最后将这组模块固定在导轨上。

4 污水处理自动控制系统软件设计。目前污水处理的PLC控制系统在国内外已经得到广泛应用。在污水处理系统中，关于污水处理自动控制系统软件设计。以下将从PLC控制程序的开发和上位机监控软件开发两个方面进行深入探讨，下文将逐一进行分析。

4.1 PLC控制程序的开发。PLC控制程序的开发要以满足系统控制要求为主线，按PLC的工作原理，PLC控制程序的开发可分为建立I/0 映像区、循环扫描。I/O 映像区的大小由用户程序确定，对于系统的每一个输入或输出点总有输入或输出映像区的某一位与之对应，PLC在执行用户程序时所需要的外部信息取自于I/O 映像区而不直接与外部设备发生关系。I/O 映像区的建立，使PLC工作时只和有关地址单元内所存信息状态发生关系，系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态。 PLC控制程序开发下位机是整个控制系统的核心部分，负责完成所有的控制功能和现场数据采集功能。

4.2 上位机监控软件开发。上位机监控界面采用组态软件WinCC 进行开发，完成对系统现场数据的采集以及控制工艺流程的实时监控。西门子视窗控制中心SIEMENS WinCC 是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统。WinCC 提供各种PLC驱动程序，因此使PLC与上位机联接变得非常容易。由于监控系统要求覆盖几乎整个工艺流程，因此在结构规划时紧紧围绕合理地安排信息反映形式，既要实现所有的功能模块又要保证监控系统的安全可靠运行。根据污水处理厂的自身工艺和控制系统对上位机软件的要求，上位机监控软件主要由登录管理模块、预测模块、监控界面、趋势、报警、报表、数据库、系统帮助等模块组成。

结语

总之，当前污水处理任务十分紧迫，污水处理自动控制系统是一项综合的系统工程，具有长期性和复杂性，利用自动控制系统处理好污水，在一定程度上可以避免环境恶化和经济资源的损失。关于污水处理控制系统的设计，应符合国家相关部门的电气设计基本要求，并结合具体情况综合考虑，选取设计成本较低，维护费用较少，可靠性较较强的污水处理自动控制系统设计，只有这样，才能保证水资源的持续再生功能的发挥，进而改善水环境污染的现状。

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