計算機(jī)控制系統(tǒng)在污水處理設(shè)施中的應(yīng)用研究

（中鐵（石家莊）設(shè)計研究院，石家莊 050000）

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境問題日漸突出，大量的污水處理廠和各種污水處理工藝應(yīng)運(yùn)而生，為保證污水處理系統(tǒng)高效運(yùn)行，同時根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，故此在設(shè)計中采用了PLC自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了污水處理工藝運(yùn)行的穩(wěn)定性和便利性，實(shí)現(xiàn)了污水處理工藝的半自動、全自動監(jiān)控，具有十分重要的推廣意義。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)控制系統(tǒng);污水處理;自動控制

1 項目背景

伴隨著人們對環(huán)境的關(guān)注度越來越高，大量的污水處理廠和各種污水處理工藝應(yīng)運(yùn)而生，有物理法、化學(xué)法及生物法等。而在污水處理運(yùn)營中存在著各種各樣的問題。例如：現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)問題沒有能立即反饋;加藥量不準(zhǔn)，造成藥劑浪費(fèi)或效果不明顯等等。在時間上，不能做到快速反應(yīng)，及時解決問題;在人力上，需要大量人員巡視現(xiàn)場;在經(jīng)濟(jì)上，藥劑投加過量或者過少，直接造成成本過高或水質(zhì)不達(dá)標(biāo)。

為保證污水處理系統(tǒng)高效運(yùn)行，同時根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及其他外界因素適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行，提出設(shè)計一套關(guān)于污水處理廠從污水收集、處理到排放全過程控制的智能化、自動化，保證排放水質(zhì)達(dá)標(biāo)的計算機(jī)自動控制系統(tǒng)。

2 技術(shù)方法

（1）根據(jù)污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行工藝，確定計算機(jī)自控系統(tǒng)的工作模式。污水廠關(guān)鍵設(shè)備及管路的閥門均設(shè)置手動及自動兩種工作模式，在自動工作模式下，設(shè)備的啟停和控制閥開閉均依照預(yù)設(shè)程序所定制的流程自動運(yùn)行，無須人工干預(yù)。采用在線溶解氧檢測儀控制風(fēng)機(jī)曝氣的輸入量，監(jiān)測到氧含量低于設(shè)定值時，則自動曝氣;氧含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值并維持運(yùn)行設(shè)定時間后，則曝氣結(jié)束。各結(jié)構(gòu)單體均采用液位控制儀在PLC預(yù)設(shè)程序的控制下進(jìn)行自動進(jìn)水及排放。

（2）通過試驗(yàn)分析，優(yōu)化各設(shè)備的工作參數(shù)。合理調(diào)整污水處理工藝運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行對比試驗(yàn)，找出運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化數(shù)值。

（3）建立自控系統(tǒng)模型，設(shè)計自控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)擬采用集中控制，分散控制的集散型系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由主控級，現(xiàn)場控制級和就地控制級三層結(jié)構(gòu)，利用DP總線通信，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。

（4）編制程序，設(shè)計自控系統(tǒng)軟件。自動控制軟件的設(shè)計主要包括污水廠各工藝流程段的操作、監(jiān)視和控制?？蛇M(jìn)行系統(tǒng)功能組態(tài)、監(jiān)視報警、參數(shù)的在線修改，同各PLC站（I/O站）進(jìn)行通訊，收集檢測信息、運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行匯總、運(yùn)算、處理、報警、故障分析等。

（5）進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)、改進(jìn)調(diào)試，完善整套系統(tǒng)。

3 技術(shù)方案

根據(jù)就近采集和單元控制為劃分區(qū)域的原則，由檢測控制系統(tǒng)--現(xiàn)場控制站（LCS），對污水處理設(shè)備進(jìn)行分散控制;再由中心控制系統(tǒng)--中心控制室，對全廠實(shí)行集中管理。各現(xiàn)場控制站與中心控制室之間由DP總線（或以太網(wǎng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在生產(chǎn)管理區(qū)有相應(yīng)數(shù)量控制對象（設(shè)備和儀表），采用線纜與現(xiàn)場控制站連接，組成工廠計算機(jī)綜合管理控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計從工藝流程出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計為主控級、現(xiàn)場控制級和就地控制級三層結(jié)構(gòu)。

第一層為主控級，位于中心控制室內(nèi)。一般污水廠內(nèi)設(shè)中心控制室一座，建于綜合樓內(nèi)（面積150平方米左右）并設(shè)維修間、資料室等附屬房間。內(nèi)設(shè)兩套監(jiān)控管理計算機(jī)操作站、兩套數(shù)據(jù)服務(wù)器、通訊裝置和不間斷電源，主要完成對污水廠各工藝流程段的集中操作、監(jiān)視和控制功能。

第二層為現(xiàn)場控制級，即PLC控制站。各現(xiàn)場控制PLC采用抗干擾時序雙機(jī)熱備型控制器，對上它們在中央控制管理計算機(jī)的協(xié)調(diào)下運(yùn)行，并傳送數(shù)據(jù)，對下它們分別承擔(dān)本區(qū)域的數(shù)據(jù)采集和自動控制功能，即使中心控制室的計算機(jī)發(fā)生故障，它們也能獨(dú)立運(yùn)行。

第三層為就地控制級，主要應(yīng)用在設(shè)備調(diào)試、設(shè)備維護(hù)階段。

（1）機(jī)械格柵自動控制系統(tǒng)。對粗格柵設(shè)置三種控制方式液位控制、時間控制、手（自）動控制。

在粗格柵前后設(shè)超聲波液位計，根據(jù)液位計測得的格柵前后水位差值自動控制機(jī)械格柵的運(yùn)行時間，即水位差達(dá)到設(shè)定值時，自動啟動格柵。當(dāng)格柵停止運(yùn)行的時間超過設(shè)定值時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時間控制。PLC系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動控制柵渣螺旋輸送機(jī)、機(jī)械格柵的運(yùn)行先后順序。

（2）提升水泵自動控制系統(tǒng)。在提升泵房設(shè)超聲波液位計，根據(jù)液位計測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停。當(dāng)泵房水位高至某一設(shè)定的水位值時，PLC系統(tǒng)將按程序自動增加水泵的運(yùn)行臺數(shù);相反，當(dāng)泵房水位降至某一設(shè)定的水位值時，系統(tǒng)將按程序自動減少水泵的運(yùn)行臺數(shù)。

（3）風(fēng)機(jī)曝氣量自動調(diào)節(jié)。生化系統(tǒng)曝氣量首先通過溶解氧儀檢測生物池的溶解氧，用空氣流量計檢測空氣管路的流量，根據(jù)溶解氧值和空氣流量調(diào)節(jié)生物池空氣管路上的電動調(diào)節(jié)閥門，以調(diào)節(jié)生物池的進(jìn)氣量。通過控制管理系統(tǒng)可以設(shè)定溶解氧調(diào)節(jié)的參數(shù)值。

（4）回流污泥量的自動調(diào)節(jié)。為保證生物池中污泥混合液濃度在工藝要求范圍內(nèi)，采用回流污泥泵的變頻運(yùn)行控制方式。根據(jù)厭養(yǎng)段的污泥沉降比（SVI）測量儀的測量數(shù)值調(diào)節(jié)控制回流污泥泵的變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水量與污泥回流量的合理配比，從而保證生物處理的質(zhì)量穩(wěn)定性。還可通過控制系統(tǒng)的操作面板設(shè)定回流污泥比例和回流泵的變頻控制參數(shù)。

4 實(shí)施效果

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于蠡縣污水處理廠，日處理污水3萬噸，控制準(zhǔn)確、可靠、有效，靈敏度可調(diào);管理運(yùn)行，自動化程度達(dá)90%以上，減少操作員工62.5%以上，基本達(dá)到現(xiàn)場無人值守。污水處理廠系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溶解氧和污泥濃度在線控制，實(shí)時調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)曝氣量的大小和剩余污泥泵的運(yùn)行時間，使污水處理費(fèi)用低于0.20元/t，自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。不僅有效地改善了排放水質(zhì)，每年還可節(jié)省支出費(fèi)用32.08萬元。

5 社會和經(jīng)濟(jì)效益

通過使用計算機(jī)控制系統(tǒng)，市、縣級污水處理廠可提高自動化程度90%以上、控制準(zhǔn)確、快速有效，大大提高了設(shè)備效率，減少人工操作60%以上，減輕人員勞動強(qiáng)度，減員增效;符合國家節(jié)能減排的政策。

計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，將有助于提高污水處理工藝運(yùn)行的穩(wěn)定性和便利性，實(shí)現(xiàn)污水處理工藝的半自動及全自動監(jiān)控，從而推動污水處理行業(yè)的巨大進(jìn)步，具有非常重要的推廣意義。

作者簡介：嚴(yán)偉（1980-），男，河北饒陽人，本科，工程師，研究方向：環(huán)境工程及水污染治理技術(shù)研究。