電氣自動(dòng)化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

袁娜 申峰

【摘 要】隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)環(huán)保問(wèn)題也越來(lái)越重視。而污水的排放處理是影響環(huán)保質(zhì)量的重要因素之一，實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制勢(shì)在必行。為了降低不必要的能源消耗，充分利用水資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的共同發(fā)展，只有不斷改進(jìn)，完善污水處理的自控技術(shù)。污水自動(dòng)化處理系統(tǒng)具備管理功能完善、運(yùn)行效果優(yōu)良、兼具科學(xué)管理和過(guò)程控制于一體的特點(diǎn)，可靠性高，控制性強(qiáng)，在污水處理中起著廣泛和重要的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】污水處理廠 自動(dòng)化控制 設(shè)備改造

【中圖分類號(hào)】x703【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0305-01

隨著現(xiàn)代化工行業(yè)的不斷發(fā)展，更多污染物的產(chǎn)生，使污水處理行業(yè)將面臨著更多的挑戰(zhàn)，因此，給自動(dòng)化技術(shù)提出了新的要求和展示新應(yīng)用前景的空間。文章介紹了自控技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用、發(fā)展及實(shí)現(xiàn)功能，并對(duì)目前實(shí)際應(yīng)用中普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，為污水處理廠技術(shù)人員對(duì)自控技術(shù)的進(jìn)一步了解提供參考。

一、在自動(dòng)化控制技術(shù)分為兩類

1.1 全自動(dòng)化：人只需要作為操作員，確定控制的要求和程序，不用直接參與生產(chǎn)過(guò)程；在這個(gè)過(guò)程中人一般只需要在中央控制室內(nèi)通過(guò)電腦或相關(guān)的各類遠(yuǎn)程控制儀器，對(duì)廠區(qū)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作。通過(guò)全自動(dòng)化我們節(jié)約了人力成本，能夠及時(shí)對(duì)處理工藝中產(chǎn)生的變化進(jìn)行靈活調(diào)整、設(shè)備的操作方便易用。比如當(dāng)污水處理水質(zhì)變化頻繁的時(shí)候，進(jìn)出水量大的時(shí)候，我們都可以在中中央控制室的自動(dòng)控制系統(tǒng)上及時(shí)調(diào)整。特別是夜間工作的時(shí)候，能夠有效避免不必要的安全隱患。

1.2 半自動(dòng)化：控制要人通過(guò)設(shè)施、設(shè)備、機(jī)械、儀器或手工等勞動(dòng)力的參與。這個(gè)控制過(guò)程往往是為了確保處理工藝的精細(xì)話操作，能夠及時(shí)根據(jù)所在場(chǎng)合的具體情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的判斷操作，同時(shí)很大程度上也可以節(jié)約人力在大強(qiáng)度工作上的消耗，比如開(kāi)關(guān)閥門(mén)、機(jī)泵等設(shè)備。舉例來(lái)說(shuō)：二沉池低位放空本來(lái)需要人直接下去進(jìn)行作業(yè)，通過(guò)半自動(dòng)控制技術(shù)只需要人到現(xiàn)場(chǎng)安排好相應(yīng)的排水渠道，防止水流滿溢，控制好進(jìn)水水位確保放空順暢，就可以按抽水按鈕自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉放空閥，減少了人爬窨井的消耗也降低了安全隱患。但是半自動(dòng)控制對(duì)人員操作的要求較高，特別是在現(xiàn)場(chǎng)工作的處置上，在規(guī)范操作上都有很嚴(yán)格的要求。

污水處理的工作一向都是伴隨著各種各樣的機(jī)械設(shè)備的操作、維護(hù)和運(yùn)行。越是龐大的處理量就越是需要大量的人力、物力、精力去控制管理這些設(shè)備，很多時(shí)候就造成了人力資源的浪費(fèi)和成本的增加。但是隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)于機(jī)械設(shè)備的集約化、自動(dòng)化控制技術(shù)越來(lái)越被得到重視，也越來(lái)越多的被運(yùn)用到污水處理的工作中來(lái)。

二、常見(jiàn)問(wèn)題

就國(guó)內(nèi)污水處理過(guò)程來(lái)說(shuō)，部分污水處理廠設(shè)置了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，力求對(duì)整個(gè)污水處理過(guò)程實(shí)行全面監(jiān)控。但由于這項(xiàng)工作在國(guó)內(nèi)尚處在實(shí)踐摸索階段，與國(guó)外水平相比存在較大差距，主要問(wèn)題是：

2.1 主要控制設(shè)備功能不穩(wěn)定，特別是在儀表的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性來(lái)看，不能完全達(dá)到由計(jì)算機(jī)控制的要求。

2.2 自控水平低，距智能化自動(dòng)控制還有很大差距。

2.3 運(yùn)行條件變化范圍大，某些工藝環(huán)節(jié)尚在不斷調(diào)整。

2.4 運(yùn)行操作人員尚不能對(duì)工藝進(jìn)行全方位控制操作。

由于以上條件限制，大多數(shù)污水處理廠的自控系統(tǒng)只能發(fā)揮監(jiān)視和對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的功能。

三、污水處理廠自控技術(shù)發(fā)展概況

自動(dòng)化控制系統(tǒng)是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)把眾多的帶有通信接口的控制設(shè)備、檢測(cè)元件、執(zhí)行器件與主計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化管理，實(shí)現(xiàn)集中數(shù)據(jù)處理、集中監(jiān)控、集中分析和集中調(diào)度的新型生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)。DCS，F(xiàn)CS，SCADA，PLC等技術(shù)的蓬勃發(fā)展為自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了新的生機(jī)，它們?cè)诠I(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用為各行業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)提供了極大的方便。我國(guó)污水處理廠直到90年代以后才開(kāi)始引進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，但多是直接引進(jìn)國(guó)外成套自控設(shè)備，國(guó)產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用還比較少。先后設(shè)置PID調(diào)節(jié)、比值、前饋、后饋、FCS，DCS和最初的以太網(wǎng)技術(shù)，經(jīng)歷了幾次重大的變革，自動(dòng)化水平有了較大的提高。目前我國(guó)污水處理廠最為先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是用工業(yè)以太網(wǎng)配合FCS作為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，也是世界上最先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)配以高性能、高可靠的PLC控制站，并具有服務(wù)器的最新一代的控制系統(tǒng)。

四、對(duì)設(shè)備的改造與完善

污水處理裝置從試運(yùn)行以來(lái)，由于現(xiàn)場(chǎng)電氣及機(jī)械設(shè)備存在一些問(wèn)題，直接影響了自控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況及工藝要求，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備進(jìn)行了部分技術(shù)改造。

4.1 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一些設(shè)備進(jìn)行改造

污水處理廠要增加一臺(tái)脫水機(jī)和PLC柜，為了把新增的這臺(tái)脫水機(jī)PLC柜的運(yùn)行信號(hào)聯(lián)到中控室，避免重新進(jìn)行布線。使用交換機(jī)聯(lián)接兩臺(tái)脫水間PLC柜，通過(guò)一根信號(hào)線接到中控室交換機(jī)。改造現(xiàn)場(chǎng)的配電線路，互鎖了曝氣機(jī)的二次控制回路，解決了中控室不能控制曝氣機(jī)啟停的問(wèn)題。

氧化溝的變頻曝氣機(jī)由于控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處在開(kāi)關(guān)柜控制和機(jī)旁控制方式時(shí)，變頻器模擬量4～20mA電流輸入電路斷開(kāi)，使得不能輸入變頻器運(yùn)行頻率，變頻器控制失效，不能運(yùn)行。經(jīng)研究，我們短接模擬量電流輸入的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制回路，保證變頻器的有效運(yùn)行；變頻器頻率信號(hào)（模擬量）未能轉(zhuǎn)化為運(yùn)行信號(hào)（開(kāi)關(guān)量）進(jìn)而輸出給PLC，使得上位機(jī)無(wú)法判斷曝氣機(jī)是否運(yùn)行。經(jīng)自動(dòng)化人員改進(jìn)后，只需給出變頻器頻率信號(hào)（模擬量）即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備正常運(yùn)行。

4.2 對(duì)PLC源程序的修改、優(yōu)化

試運(yùn)行中，要采用的是巡檢制度，將各分散值班點(diǎn)集中到中心控制室值班操作。所以必須對(duì)比較重要的報(bào)警參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況做進(jìn)一步的修改。通過(guò)對(duì)PLC可編程控制器的源程序進(jìn)行修改、編譯，主要是啟停液位、報(bào)警液位、邏輯控制、出水流量、加藥間液位、提升泵站液位差等。不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備按工藝流程運(yùn)行的要求，而且機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確性、安全性有了很大提高，電氣故障大為減少。故障點(diǎn)檢查也很方便，大大降低了電氣設(shè)備的故障率，使現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

4.3 加藥間的自動(dòng)控制

溶解、溶液池為兩組，每組2 m；每組內(nèi)安一臺(tái)攪拌機(jī)，和超聲波液位計(jì)一套，工況一用一備；

溶解池加料加水后，攪拌機(jī)工作15分鐘，攪拌機(jī)停車，溶液池的液位預(yù)報(bào)警（液位現(xiàn)場(chǎng)確定）；

當(dāng)一格溶解池最低液位時(shí)（液位現(xiàn)場(chǎng)確定），自動(dòng)關(guān)停藥液輸出電磁閥同時(shí)開(kāi)啟另一溶液池的電磁閥；

FeCl3液按照出水流量計(jì)信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，手動(dòng)調(diào)節(jié)沖程控制投加量，使其出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 紫外光的自動(dòng)控制

紫外光消毒采用的是德國(guó)威得高系統(tǒng)，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)行動(dòng)，使液位始終保持在1.7m，紫外光燈啟動(dòng)±5%左右。

五、自控系統(tǒng)的使用效果

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)出任何的異常情況，可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)一目了然的看出問(wèn)題。有設(shè)備出現(xiàn)故障、上位機(jī)同時(shí)報(bào)警并停止該設(shè)備的運(yùn)行，相應(yīng)地計(jì)算機(jī)作故障情況記錄，方便設(shè)備故障排除、管理、維護(hù)等。

六、自控系統(tǒng)的發(fā)展前景

從各種污水處理裝置自動(dòng)化控制水平上看，只是完成了人對(duì)設(shè)備簡(jiǎn)單的機(jī)械性能的操作，這種系統(tǒng)在智能化高度發(fā)達(dá)的今天顯得很粗糙。因?yàn)槲鬯幚淼目勺円蛩睾芏?，有水量、濃度、溫度、氣量、微生物狀態(tài)、系統(tǒng)配水情況。供電情況、機(jī)械運(yùn)行情況等等，是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，只靠預(yù)先設(shè)定的簡(jiǎn)單程序就想控制好全過(guò)程是不可能的。我們需要一種更高級(jí)的控制系統(tǒng)，使之能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)給予采集、計(jì)算、分析，得出目前運(yùn)行狀態(tài)是否正常的結(jié)論，給操作人員以有益的提示，使自動(dòng)化控制能夠真正實(shí)現(xiàn)智能化。

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