污水处理厂如何设计自动化控制系统

2020-12-18戎融

商品与质量 2020年47期

戎融

南京水务集团有限公司江苏南京 210000

1 污水处理厂自动化控制系统分析

污水处理厂自动化控制系统的设计目标在于确保水质满足相关标准要求，从而有效实现污水的优质处理，确保排放达标。结合污水处理厂的发展现状和相关工艺要求，污水处理的自动化控制系统需要包括现场控制系统、计算控制系统以及PC+PLC 控制系统等模式。其中，在污水处理行业当中应用较多的模式为PC+PLC 控制系统，其在具体运行过程中具有以下几方面特点。

首先，污水处理厂通常都设有中控室，因此控制环境和条件相对较好，可以对高性能计算机进行应用，使其作为处理厂的管理和操作监控站。而生产现场则可以根据具体控制要求和设备数量配置不同型号的PLC，从而提升控制系统的性价比。

其次，PC+PLC 控制系统具有集中管理和分散控制的特点，可以采用分层分布式控制的方式，对于监控站和中控室则可以应用冗余设计，从而有效保证操作系统的安全性。污水处理厂的现场设备多为顺序控制，因此采用分布式的PLC 可以使多数设备的自动控制功能得到独立完成，使系统具有分散和高效的优势。

最后，PC+PLC 控制系统能够根据污水处理厂的工艺流程和建筑物较为分散的特点，形成十分灵活的通讯网络，并在中控室PC 当中进行数据汇总，优化处理和调度相关环节[1]。

图1 污水处理厂自动控制系统流程图

2 污水处理系统现状与存在的问题

根据我国污水处理行业的发展现状进行分析，随着我国工业水平的有效提高，污水处理行业的发展速度也在不断加快，并从国外引进了许多先进的自动化控制系统和设备，加快了我国污水处理行业的自动化进程，提高了自动化水平。但由于我国污水处理行业的一些历史成因以及区域经济发展所存在的不均衡现象等，导致我国污水处理行业的自动化控制水平对比国外发达国家还存在着一定的差距，而且发展也表现出了明显的不平衡现象。在大中城市的水处理厂，特别是东部一些发达地区的大型水处理厂，在资金、设备以及工艺等方面的投入较大，因此自动化程度相对较高，而一些中小城市和城镇的水处理厂，自动化程度普遍偏低。部分污水处理厂虽然实现了水处理自动化控制，但相关系统和设备对比化工、电力等相关行业仍然有着较大的差距，没有充分发挥出自动化控制系统的主要功能[2]。

3 污水处理厂自动化控制系统设计分析

3.1 系统流程设计

污水处理厂需要保留原有的水处理子系统，对其应用PLC 控制技术进行自动化改造，并要利用变频技术对水泵泵站进行改造，以此来实现自动化污水处理控制目标。

3.2PLC 控制系统

PLC 控制系统在整体设计过程中是一项关键内容，需要对国际当中工业自动控制系统中的先进PLC 技术进行应用，与污水处理厂的相关系统进行有效结合。具体来说，污水处理厂应在保留现有系统的基础上，技术改造相关工艺和设备，通过运用具有先进性和可靠性的PLC 控制器，合理选择水泵机组、阀门、仪表等设备，从而实现取水、沉淀、曝气、加药等环节的自动化运行。而在对硬件进行设计时，需要统计设备的数量，了解控制要求，根据输入输出的点数选择相应的I/O 模块数量，并留有一定的裕量；在与现场设备连接后，需要对每一个输入输出点进行调试，确保连接无误。在对软件进行设计时，需要熟悉污水厂的各工艺环节，确保编写的程序满足工艺控制要求。

3.3 变频控制系统

在污水处理厂泵站改造过程中，变频技术是十分重要的一项手段，根据具体需要可采用恒压控制或恒液位控制两种方式。恒压控制时，PLC 将采集的管道压力值与预设的压力值进行对比，通过PID 运算，调节变频机组的频率及工频机组的运行数量，使整个系统运行在恒定的压力下；恒液位控制时，则是利用采集的吸水井液位值与预设液位值进行PID 控制，调节系统频率。两种模式下的预设值均可以人为设置，污水厂可根据工艺要求和实际运行情况，设置相应的参数，从而优化污水厂的处理能力，同时兼顾节能效果[3]。

3.4 系统联调

当PLC、单个设备的点动等部分分别调试结束后，自动控制系统需要进行系统联调，从而对系统的总体设计进行验证，确保满足相关设计要求。系统联调需要配合工艺的要求，首先在单个站点中实现全自动运行，在PLC 程序中需要开放液位、压力、流量等参数可供调试人员进行输入，使该站点的自动运行程序满足工艺要求。当所有站点调试完成后，再对全厂进行整体联调，通过对进出水水泵机组的频率调节控制进出流量，通过调节加药泵电机频率控制加药量，及鼓风机运行数量控制曝气量，最终确保出水水质参数能够满足环保要求。除此之外，自动控制系统还需要设计自动和手动两种控制方式，从而有效保证污水处理系统的应急运行。