浅谈工业污水处理自动控制系统

摘　要：本文主要介绍了我国目前污水处理自动化系统的构成，分析了作为其核心的PLC控制器和通信网络的选型以及整体解决方案，具体说明了污水处理厂自动化系统的应用，最后分析了污水处理厂自动化系统的改进和发展。

关键词：工业控制系统；自动化系统 污水处理
引言
　　人类对水资源的需求以惊人的速度扩大和日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。目前城市生活污水处理已经受到各地政府和许多研究人员的关注。为了提高污水处理的效果和管理，实现污水处理自动化控制是关键。当前我国污水处理自动化控制还比较初步，有待于迸一步的提高和完善。
1.污水处理的意义及现状
    中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，同时近年来江南水乡出现严重干旱，水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。虽然由于国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。降低运营成本，提高污水处理率，一直是污水处理行业面临的最现实的问题。
    采用计算机技术、跟踪经常变化的水处理情况，检测不同时间的水质指标数据，在计算机上动态现实，对这些数据进行分析处理，并记录下来，以备在需要的时候查阅。通过分析数据趋势走向，随时调整个设备及工艺过程参数，使其达到优化控制状态，经济运行，节省能耗。采用计算机代替人工操作，减少事故，保证安全，降低劳动强度，节约人力，甚至可以完成许多人工难以完成的任务，提高运行的可靠性。
3.工业污水处理系统特点：
　　3.1高可靠与高稳定性：环形冗余以太网方案的出现则保证了系统更高的可靠性，单一点的链路中断不会造成网络通讯的中断；而控制器网络作为OMRON专用的，能在CS系列PLC或上位工控机之间建立灵活方便的传送和接收大量数据的工厂自动控制网络，与自控系统在通讯方面有极高的稳定性。充分体现了集中管理分散控制的原则，也保证了高可靠与高稳定性。与此同时，omron基于工业以太网的FINS（FactoryInterfaceNetworkService）通讯服务（FINS通讯服务功能），即使在通讯负担较大的环境下，仍可保持高稳定性的通讯效果。除网络部分外，自控系统通过下列技术与工程措施，也确保了系统的长期稳定可靠运性：整个系统选用符合工业级标准的成熟定型产品；PLC模块具有自诊断（检错）与容错功能；PLC控制柜内具有完善的抗干扰及防雷等技术措施；中控室及现地控制站设备均具备供电冗余功能；即使在上位机发生故障或通信中断时，现地控制站亦可以在手动模式下独立完成基本局部控制；
　　3.2高扩展性：工业以太网具有向下兼容性。对于双绞线或光纤介质，如果将传输速度从10Mbps提升到100Mbps，在大多数场合不需要改变现有的布线，只需更新网络设备即可。同样，如果将本系统主干网从100Mbps以太网提升到千兆以太网，只需升级网络传输设备，而无需重新铺设光缆；
　　3.3开放性：系统对用户是开放的。设备的增减、控制方案的选取、系统的扩缩与维护等，用户都可以在广泛的设备环境下便利地自己完成。所有硬件接口，软件协议全部按开放性的标准设计、编制。此外OMRON串行口的协议宏功能，使得开发方不需要编写专门的通信程序与第三方设备进行通信，原则上OMRONPLC能和任何带RS-232C，RS-422或RS-485接口的设备进行通信。
　　3.4操作的实用性：组太软件和编程软件都是全中文界面，丰富的图画功能，使用户清晰的了解污水处理厂各工段的运行情况，故障报警点的分支细节，使操作员仅通过鼠标便可发布各种指令或换画面；用户还可通过上位机的网络访问网络内任一节点的数据，梯形监控工具亦可以监控工业以太网甚至控制器网络内各站PLC梯形图程序，而不需要现场操作，实现真正的无缝连接。
4.污水过程自动控制系统
　　格栅控制、水泵控制、沉砂池控制、鼓风机控制、生物反应池控制和脱水机控制等6个自动控制系统构成了自动控制系统的最重要部分。它们由各自相应的PLC监控工作站进行监控，通过网络对全厂的工艺系统进行调节管理。某一部分出现故障，现场报警信号立即通过网络反馈到中心控制室，通过打印机将故障的具体信息打印出来，并根据实际情况进行操作，实现方便，快捷，准确，实时。
　　4.1格栅控制系统
　　  格栅按预定时间周期可自动开启，并按设定时间运行；亦会根据格栅前后的设定水位差（该水位差值直接反映格栅堵塞情况）自动开启，以保证格栅正常工作。我们可以将格栅调为现场手动或自动模式。在自动模式下，格栅将根据预定的时间周期及设定的水位差进行工作，自动清污，螺旋输送器将一起联动，将污物排除。中心控制室可以设定为远程手动或自动控制模式。
　　4.2水泵控制系统
　　  按水泵池的液位控制水泵，按预定的次序逐台开启。上一台水泵不够用时，开启下一台水泵，备用泵最后启动。根据水泵的运行时间自动将水泵轮换为启动泵或备用泵，使各水泵的运行时间均等。
　　对每个泵的控制，有现场手动控制和远程控制两种模式。
　　4.3沉砂池控制系统
　　  沉砂池有闸门、浆叶分离机、吸砂泵、砂水分离器等设备。设备之间存在连锁关系，在上位机发出启动指令后，浆叶分离机先连续运转，吸砂泵在浆叶分离机运行时按程序自动定时启停，砂水分离器与砂泵同步启动，延时停机。
　　4.4鼓风机控制系统
　　  鼓风机系统的主要任务是为反应池曝气提供充足、稳定的气量。鼓风机控制系统根据设定的总管参数、自动测量的鼓风机房总管压力实际值，通过PLC中的PID控制器进行计算、比较，并输出一定的参数，再通过开（停）鼓风机或调节鼓风机的开度，控制鼓风机出风量。
　　4.5生物反应池控制系统
　　  生物反应系统的任务是通过培养微生物，并将微生物与污水充分接触，去除污水中的有机物，还具有除磷脱氮功能。生物反应池控制系统有两种运行方式：
　　4.5.1固定运行方式。以固定运行时段的运行方式为基础，各段运行时间可调，实际运行时刻灵活调节。该方式为主要运行方式。
　　4.5.2仪表参数控制运行方式。主要利用氧化还原电位的变化率，来确定和调节生物反应的时间。该方式工艺运行较为精确 ，但对仪表的可靠性和稳定性要求很高。该方式为补充运行方式。
　　4.6脱水机控制系统
　　  脱水机系统包括污泥脱水生产线、絮凝剂输送泵、进泥泵和脱水机等设备。当储泥池中的泥位、水池水位、药罐药量符合开机要求时，脱水机控制系统自动启动污泥脱水生产线，自动调节进泥量，并根据进泥量的测量值和药、泥比例设定值自动调整进药量。
5.结论
　　污水处理自动化系统早在20世纪80年代已引入我国，总体上网络是安全、可靠、经济适用的，但随着科学技术的不断发展，传统污水处理自动化系统所存在的缺点也越来越明显。如早期的DH+网络具有系统不开放、可集成性差的缺点，有时必须是与网络设备相同厂家的自控设备才可以链入网内，具有一定的局限性；网络传输速率低、信息集成传输能力差；只具有生产层，缺乏网络管理系统，网络的可管性和可操作性差，缺乏远程诊断及维护的功能。
　　参考文献：
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　　[4]汪吉鹏.工业控制技术的应用现状和发展方向.潍坊学院学报.2002.2