城市污水处理厂的自控系统设计

邓千山

深圳市碧园环保技术有限公司

城市污水处理厂的自控系统设计

邓千山

深圳市碧园环保技术有限公司

随着环境保护政策的加强以及人们物质生活的要求不断增高，污水处理技术面临的挑战越来越大。污水处理厂不仅要在工艺上有更好的要求，在设备选型方面也应该提高。随着科技的进步，自控系统已在城市污水处理厂应用的越来越广泛，对污水厂工艺的正常运行及管理方面有着巨大的帮助。出水水质是污水处理厂最为关心的指标，可通过自控系统的调控功能来提高污水处理厂的出水水质，保证达标排放。本文主要探讨城市污水处理厂的自控系统设计。

污水处理；自动控制；PLC

引言

为了保证污水厂生产的稳定和高效运行，减轻劳动强度，改善操作环境，同时提高污水厂的现代化生产管理水平，在充分考虑城市污水处理工艺特性的基础上，将建设现代化污水处理厂的理念融入到自控系统设计当中，本自控系统设计遵循以下原则：先进合理、安全可靠、经济实惠、开放灵活。

1 设计原则

设计原则自控系统是污水处理厂重要的一个环节，直接关系到整个工程的投资、系统的管理程序以及系统的可靠性。自控系统是基于一定的设计原则来进行设计的，不能一味地根据污水处理厂的情况来定。设计过程中既要按照基本的设计原则进行考虑，同时还要对控制的对象作深入了解，这样才能有效地对污水处理厂进行控制。根据大多数污水处理厂自控系统的设计，污水处理厂的自控系统通常采用集中管理、分散控制的形式。集中管理是依据污水处理厂的整体性和边界性的特点来进行管理的，该方式可以按工艺特点和整体的管理要求来进行控制，同时集中管理还可以减少污水处理厂的操作人员。分散控制是依据控制系统的可靠性提出来的，而且污水处理厂的构筑物单元较为分散，占地面积大，而且生产过程是连续进行的，所需采集的数据是分散在各个构筑物单元中，故采取分散控制的方式。此外，从经济的角度考虑，采用分散控制可以解决各构筑物设备自控布线复杂的缺点，进而达到减少污水处理厂投资的目的。污水处理厂的自控系统负责对全厂的各个控制单元进行控制和数据的采集，自控系统的设计要符合操作方便、运行可靠、性能稳定、维护方便等条件，同时还要考虑运行的费用、易于扩展等问题。其具体设计原则见表1。

表1 污水处理厂自控系统设计原则

2 自控系统的功能设计

污水处理厂的自控系统是由现场仪表和执行机构、信号采集控制和人机界面设备三部分组成。自控系统的构建主要是指三部分系统形式和设备的选择。本执行机构主要是根据工艺的要求由工艺专业确定，预留自控系统的接口，仪表的选择将在后面的部分进行描述。信号采集控制部分主要包括基本控制系统的选择以及系统确定后控制设备和必须通讯网络的选择。人机界面主要是指中控室和现场值班室监视设备的选择。污水处理厂的自控系统不仅需要保证污水处理工艺的正常运行，而且还需要优化工艺的整体水平等，其功能设计主要归纳如下。

2.1 单体设备控制

单体设备的控制有3个层次，控制的顺序为现场手动控制、上位手动控制和PLC自控控制。当工艺设备发生故障时，能够以最快的速度切断出现故障的设备，最大限度地降低设备的损坏程度，以保证系统其他设备的完整性。

2.2 提升泵站

(1)潜水提升泵3台(P101～P103)：P101、P102采用变频调速控制，P103采用软启动；L103＞高高液位时，开三台泵；L103＞高液位时，开两台泵；L103＞低液位时，开一台泵；L103＜低低液位时，三台泵全停。(2)粗格栅2台(OT101、OT102)，2用：L101、L102液位差≥180mm时，开粗格栅(OT101、OT102)；L101、L102液位差＜150mm时，停粗格栅(OT101、OT102)；粗格栅(OT101、OT102)每30min运行一次，每次运行5min；为使栅格保持良好运行状态，采用液位差控制和时间控制，液位差控制优先于时间控制。当机械格栅停止运行时间超过设定值时，系统转为时间控制。此时间根据现场调试而定，并为可调试设计。

2.3 节能控制

污水处理厂的设备功率大、能耗高，自控系统的节能控制对整个污水处理厂的运行非常重要，也是体现自控系统优越性的重要方面。例如提升水泵的变频控制和好氧部分溶解氧的自动调节。通过变频器和液位计的控制，使液面保持稳定，以减少提升泵的启动造成的能耗。

2.4 系统故障分析与报警

污水厂控制系统故障主要包括：现场各受控对象故障、现场自动检测仪表故障、PLC和计算机系统故障。现场受控对象故障最常见的是：沉砂池砂泵和二沉池浮渣泵堵塞引起跳闸报警。自动检测仪表故障报警主要是由于被测参数超出测量范围或仪表本身误差累积造成测量值偏离真实值过多而报警。如当送电后泵房液位超过100%，可引起液位传感器报警。PLC与计算机系统故障，一般是因为受到打雷、闪电或大功率设备频繁开、停机产生的冲击电流影响而引起的。为保证系统可靠工作，应对中控室计算机采用安装空调，电源经UPS(不间断电源)隔离保护；本例工程中还对全部自动模式下会频繁开停的鼓风机，设计为每组风机中变频调速风机自动运行，其它风机手动控制运行的方法，这样既能保证有稳定、充足的溶解氧供污水生化反应需要，又保证了现场PLC安全。报警时，除了可以振铃报警和在中控室模拟屏及计算机显示器上显示有关信息外，系统还可自动输出打印报警清单。

结束语

综上所述，随着我国经济的快速发展，生产力及人民的物质生活水平不断提高。由于环境污染问题日趋严重，国家和地方政府加大了环保投入，污染处理工程中自控系统的使用有了快速的发展。在污水处理厂采用自动控制系统同传统的人工控制相比，不仅大大提高了污水处理质量，而且在工艺、设备仪器仪表及管理上采用了现代化高新技术，极大地推动了污水治理技术的发展，创造了良好的社会经济效益。

[1]于玫洋，徐长弓.自动化控制系统在城市生活污水处理中的应用及改造.科技资讯，2010，8(15).

[2]薛迎成，何坚强，姚志垒.PLC基础与实战[M].北京：电子工业出版社，2010.