污水處理廠如何設(shè)計自動化控制系統(tǒng)

戎融

南京水務(wù)集團有限公司 江蘇南京 210000

1 污水處理廠自動化控制系統(tǒng)分析

污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)在于確保水質(zhì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，從而有效實現(xiàn)污水的優(yōu)質(zhì)處理，確保排放達標(biāo)。結(jié)合污水處理廠的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)工藝要求，污水處理的自動化控制系統(tǒng)需要包括現(xiàn)場控制系統(tǒng)、計算控制系統(tǒng)以及PC+PLC 控制系統(tǒng)等模式。其中，在污水處理行業(yè)當(dāng)中應(yīng)用較多的模式為PC+PLC 控制系統(tǒng)，其在具體運行過程中具有以下幾方面特點。

首先，污水處理廠通常都設(shè)有中控室，因此控制環(huán)境和條件相對較好，可以對高性能計算機進行應(yīng)用，使其作為處理廠的管理和操作監(jiān)控站。而生產(chǎn)現(xiàn)場則可以根據(jù)具體控制要求和設(shè)備數(shù)量配置不同型號的PLC，從而提升控制系統(tǒng)的性價比。

其次，PC+PLC 控制系統(tǒng)具有集中管理和分散控制的特點，可以采用分層分布式控制的方式，對于監(jiān)控站和中控室則可以應(yīng)用冗余設(shè)計，從而有效保證操作系統(tǒng)的安全性。污水處理廠的現(xiàn)場設(shè)備多為順序控制，因此采用分布式的PLC 可以使多數(shù)設(shè)備的自動控制功能得到獨立完成，使系統(tǒng)具有分散和高效的優(yōu)勢。

最后，PC+PLC 控制系統(tǒng)能夠根據(jù)污水處理廠的工藝流程和建筑物較為分散的特點，形成十分靈活的通訊網(wǎng)絡(luò)，并在中控室PC 當(dāng)中進行數(shù)據(jù)匯總，優(yōu)化處理和調(diào)度相關(guān)環(huán)節(jié)[1]。

圖1 污水處理廠自動控制系統(tǒng)流程圖

2 污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀與存在的問題

根據(jù)我國污水處理行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，隨著我國工業(yè)水平的有效提高，污水處理行業(yè)的發(fā)展速度也在不斷加快，并從國外引進了許多先進的自動化控制系統(tǒng)和設(shè)備，加快了我國污水處理行業(yè)的自動化進程，提高了自動化水平。但由于我國污水處理行業(yè)的一些歷史成因以及區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展所存在的不均衡現(xiàn)象等，導(dǎo)致我國污水處理行業(yè)的自動化控制水平對比國外發(fā)達國家還存在著一定的差距，而且發(fā)展也表現(xiàn)出了明顯的不平衡現(xiàn)象。在大中城市的水處理廠，特別是東部一些發(fā)達地區(qū)的大型水處理廠，在資金、設(shè)備以及工藝等方面的投入較大，因此自動化程度相對較高，而一些中小城市和城鎮(zhèn)的水處理廠，自動化程度普遍偏低。部分污水處理廠雖然實現(xiàn)了水處理自動化控制，但相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備對比化工、電力等相關(guān)行業(yè)仍然有著較大的差距，沒有充分發(fā)揮出自動化控制系統(tǒng)的主要功能[2]。

3 污水處理廠自動化控制系統(tǒng)設(shè)計分析

3.1 系統(tǒng)流程設(shè)計

污水處理廠需要保留原有的水處理子系統(tǒng)，對其應(yīng)用PLC 控制技術(shù)進行自動化改造，并要利用變頻技術(shù)對水泵泵站進行改造，以此來實現(xiàn)自動化污水處理控制目標(biāo)。

3.2PLC 控制系統(tǒng)

PLC 控制系統(tǒng)在整體設(shè)計過程中是一項關(guān)鍵內(nèi)容，需要對國際當(dāng)中工業(yè)自動控制系統(tǒng)中的先進PLC 技術(shù)進行應(yīng)用，與污水處理廠的相關(guān)系統(tǒng)進行有效結(jié)合。具體來說，污水處理廠應(yīng)在保留現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，技術(shù)改造相關(guān)工藝和設(shè)備，通過運用具有先進性和可靠性的PLC 控制器，合理選擇水泵機組、閥門、儀表等設(shè)備，從而實現(xiàn)取水、沉淀、曝氣、加藥等環(huán)節(jié)的自動化運行。而在對硬件進行設(shè)計時，需要統(tǒng)計設(shè)備的數(shù)量，了解控制要求，根據(jù)輸入輸出的點數(shù)選擇相應(yīng)的I/O 模塊數(shù)量，并留有一定的裕量；在與現(xiàn)場設(shè)備連接后，需要對每一個輸入輸出點進行調(diào)試，確保連接無誤。在對軟件進行設(shè)計時，需要熟悉污水廠的各工藝環(huán)節(jié)，確保編寫的程序滿足工藝控制要求。

3.3 變頻控制系統(tǒng)

在污水處理廠泵站改造過程中，變頻技術(shù)是十分重要的一項手段，根據(jù)具體需要可采用恒壓控制或恒液位控制兩種方式。恒壓控制時，PLC 將采集的管道壓力值與預(yù)設(shè)的壓力值進行對比，通過PID 運算，調(diào)節(jié)變頻機組的頻率及工頻機組的運行數(shù)量，使整個系統(tǒng)運行在恒定的壓力下；恒液位控制時，則是利用采集的吸水井液位值與預(yù)設(shè)液位值進行PID 控制，調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率。兩種模式下的預(yù)設(shè)值均可以人為設(shè)置，污水廠可根據(jù)工藝要求和實際運行情況，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，從而優(yōu)化污水廠的處理能力，同時兼顧節(jié)能效果[3]。

3.4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

當(dāng)PLC、單個設(shè)備的點動等部分分別調(diào)試結(jié)束后，自動控制系統(tǒng)需要進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，從而對系統(tǒng)的總體設(shè)計進行驗證，確保滿足相關(guān)設(shè)計要求。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)需要配合工藝的要求，首先在單個站點中實現(xiàn)全自動運行，在PLC 程序中需要開放液位、壓力、流量等參數(shù)可供調(diào)試人員進行輸入，使該站點的自動運行程序滿足工藝要求。當(dāng)所有站點調(diào)試完成后，再對全廠進行整體聯(lián)調(diào)，通過對進出水水泵機組的頻率調(diào)節(jié)控制進出流量，通過調(diào)節(jié)加藥泵電機頻率控制加藥量，及鼓風(fēng)機運行數(shù)量控制曝氣量，最終確保出水水質(zhì)參數(shù)能夠滿足環(huán)保要求。除此之外，自動控制系統(tǒng)還需要設(shè)計自動和手動兩種控制方式，從而有效保證污水處理系統(tǒng)的應(yīng)急運行。

4 結(jié)語

綜上所述，目前在污水處理廠自動化控制系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中還存在著一些不足，這導(dǎo)致部分污水處理廠的自動化水平相對較低。對此，需要污水處理行業(yè)對此加大重視，并要結(jié)合自身實際情況進行充分考慮，以此來全面優(yōu)化自動控制系統(tǒng)設(shè)計工作，使污水處理廠的自動化控制水平得到有效提高，從而進一步促進我國污水處理行業(yè)的快速發(fā)展。