DCS自控系統(tǒng)在污水減排處理中的設(shè)計

樓華敏 詹少林 管敏琳 婁小丹

（1 中煤科工集團杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201 2 中國聯(lián)合工程有限公司 浙江杭州 310052）

引言

DCS 自控系統(tǒng)是污水處理工程中的重要部分，其整體設(shè)計的質(zhì)量和控制設(shè)備的選擇是提高自控系統(tǒng)性價比的主要環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)科學的成本控制和節(jié)能減排的重要途徑，從而將水資源做到科學的節(jié)約，使企業(yè)所應獲得的經(jīng)濟效益擴大化[1]。為此，技術(shù)人員和相關(guān)部門通力配合，對污水的處理問題進行深入研究，在保證處理水質(zhì)達到排放標準的同時，注重污水處理過程中的節(jié)能與降耗，實現(xiàn)科學增效，讓污水處理水平提升到一個全新的高度。

1 DCS 自控系統(tǒng)設(shè)計的概述

1.1 DCS自控系統(tǒng)的概念與特點

DCS 系統(tǒng)即一種分布式的控制系統(tǒng)，也可將其稱為集散式控制系統(tǒng)，是基于集中式控制系統(tǒng)，借助通信網(wǎng)絡(luò)連接來完成全過程監(jiān)控，涵蓋計算機、通信與控制等多個技術(shù)，可以輕松實現(xiàn)分散式控制、分層次管理的目標。該系統(tǒng)不僅具有靈活性，即根據(jù)所需的組態(tài)軟件來完成軟件的配置，使系統(tǒng)設(shè)計與工作需求相契合，同時還帶有極強的可靠性，由于DCS 系統(tǒng)可以在多臺計算機上分布和使用，那么即便一臺計算機出現(xiàn)突發(fā)故障，卻不會影響整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)[2]。除此之外，DCS 自控系統(tǒng)還彰顯出一定的開放性，可在模塊化的設(shè)計中對系統(tǒng)功能進行針對性的拓展，滿足不同的工作需求。

1.2 DCS自控系統(tǒng)設(shè)計的原則

污水處理自控系統(tǒng)的設(shè)計可以將污水處理的最終效率做到極大程度的提高，更是將處理成本科學降低，但污水處理廠的構(gòu)筑物呈現(xiàn)出分散性，總自控系統(tǒng)需要科學控制各分控系統(tǒng)，所以工作人員必須謹遵DCS 自控系統(tǒng)的設(shè)計原則。

（1）實用性與經(jīng)濟性，即保證系統(tǒng)的設(shè)計可以滿足污水處理廠各階段的污水處理需求，也應將造價降低[3]。

（2）可管理性與先進性，即讓自控技術(shù)在更新中與自控系統(tǒng)的前行需求同步，同時為后續(xù)的系統(tǒng)維護與擴展帶來便捷。

（3）節(jié)能降耗和可靠性，該系統(tǒng)設(shè)計需要讓工作人員易于上手操作，在實際工作中能做到長時間的安全運行，從而將維護費用做到不斷減少，卻能在系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化中減排并增效。

（4）和諧共生原則，工作人員會根據(jù)污水處理系統(tǒng)當中出現(xiàn)的生物與非生物兩者之間存在關(guān)系進行分析，考慮到共生特點與需要，將污水成功引入具有一定生態(tài)性的系統(tǒng)當中，保證生態(tài)環(huán)境不會受到多種因素影響。那么，生態(tài)系統(tǒng)當中存在的生物能夠憑借自身能力對非生物做到及時吸收和有效降解，從而實現(xiàn)生態(tài)平衡并達到共生狀態(tài)。

1.3 DCS自控系統(tǒng)的控制方法

對于預處理系統(tǒng)而言，工作人員會通過分控站來完成進水量、pH 值、設(shè)備運行等的數(shù)據(jù)收集，一是在進水泵的控制中，要設(shè)計4 臺潛污泵，做到3 用1備，其中1 臺為變頻調(diào)速裝置，同時借助PLC 系統(tǒng)測定水位，依托變頻水泵的實際轉(zhuǎn)速保證水位靜止，通過機械輪換水泵的使用將水泵運行時間做到科學等化；二是格柵的控制，要在預處理工作中選擇2 道粗細不同的格柵，將各類型的懸浮物做到有效攔截與快速分離，也可在PLC 監(jiān)控中啟動格柵，實現(xiàn)液位系統(tǒng)的故障預防。

對于生化處理系統(tǒng)而言，一是中心配電控制室能夠完成設(shè)備運行的實時監(jiān)控、ORP 和MLSS、污泥泵房pH 值等的收集，對電氣參數(shù)進行科學掌握；二是做好表曝機在2 座氧化溝的安裝，要求有4 臺應具有變頻調(diào)速功能，可在中控室中對溶氧值的范圍進行監(jiān)控，獲得DO 并借助表曝機的作用為微生物的成長創(chuàng)造所需的條件，從而可以將微膠團做到科學構(gòu)建。在此基礎(chǔ)之上，工作人員會考慮到能源節(jié)約實際需求，對太陽能技術(shù)進行科學與合理利用，從而將電能整體消耗情況做到有效減少，保證污水處理工作極具環(huán)保性與綠色性。

2 污水減排處理中DCS 自控系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇與分配

在污水減排處理過程當中，技術(shù)人員要對DCS自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行科學選擇，可以借助二次監(jiān)測的方式來完成污水處理的減排，同時也應優(yōu)化分配模式。由于整個污水處理廠的中心監(jiān)控層多是在中央控制室中根據(jù)需求來建立起極為全面的PDS，即過程數(shù)據(jù)站，對處理過程中的模擬圖形、各處理階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和檢測信息等做到全面展現(xiàn)與顯示，同時根據(jù)污水處理的目標值來進行控制，從而做到節(jié)能減排處理。

技術(shù)人員結(jié)合程序的設(shè)置來創(chuàng)建各類表格，對每一次的操作記錄、趨勢曲線的實時繪制等進行存儲與控制[4]。在DCS 自控系統(tǒng)的運行中，收集站內(nèi)發(fā)出的模擬信號，也能獲得相應的脈沖量，為保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性和數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量，技術(shù)人員在中央控制室使用的PDS 系統(tǒng)中使用數(shù)據(jù)總線，從而可以隨時對系統(tǒng)下達的控制命令做到準確和實時接收[5]。除此之外，污水處理廠還應考慮多種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點來進行科學的選擇，例如，DCS 系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)多是用于控制點多，同時污水處理的廠區(qū)規(guī)模大的系統(tǒng)，而基于PC 控制的系統(tǒng)可滿足控制點較為集中的小型控制需求。

2.2 DCS系統(tǒng)的組成

正常來講，DCS 系統(tǒng)極具復雜性，是由三個部分構(gòu)成，一是管理級，涵蓋操作員和工程師的工作站；二是控制級，包括PLC1-PLC4 控制站；三是現(xiàn)場級，由現(xiàn)場總線接口、I/O 模塊組成。該系統(tǒng)中，控制器是整個污水處理系統(tǒng)中的核心所在，需要多個控制站的配合才能保證操作是節(jié)能性，讓處理愈發(fā)高效；現(xiàn)場級則是完成各系統(tǒng)功能的先決條件，也是對系統(tǒng)進行科學擴展的基礎(chǔ)；對于管理級，隸屬系統(tǒng)的中心部分，需要在各級的配合下進行實時的監(jiān)控與全面化的管理，從而保證DCS 系統(tǒng)的安全運行[6]。

在不斷的實踐中，技術(shù)人員巧用CASS 工藝，借助格柵井、加藥間、脫水機房、CASS 池等的配合，實現(xiàn)SBR 工藝的改進，讓DCS 系統(tǒng)的組成愈發(fā)科學和合理。例如，在SBR 工序中，技術(shù)人員認識到SBR 反映池是污水處理過程的核心，隨之對其進行優(yōu)化，將大分子有機物在該環(huán)節(jié)中做到科學分解，成為小分子的有機物并轉(zhuǎn)換為H2O、CO2，可見SBR 的自控在整個處理過程中是尤為重要的。

除此之外，在硬件的配置中，技術(shù)人員還應重視網(wǎng)絡(luò)的選擇，為遠程查詢工作帶來一定的促進。例如，在工程師站內(nèi)配備組態(tài)軟件，從而能夠完成系統(tǒng)的有效維護，同時在操作員站內(nèi)做好監(jiān)控管理，讓平臺得以有效完善。技術(shù)人員對主控卡、供電單元、I/O站等做到科學選擇，對冗余配置進行針對性的優(yōu)化，保證DCS 系統(tǒng)的組成和設(shè)計方案更加可行。

2.3 DCS系統(tǒng)的設(shè)計

為保證DCS 自控系統(tǒng)可以產(chǎn)現(xiàn)污水處理的節(jié)能減排，技術(shù)人員可為DCS 體系性充配備1 個通信站、2 個控制站和多個操作員站。對于控制站而言，其所肩負的任務卻完成各類參數(shù)的顯示，在DCS 系統(tǒng)中進行污水處理設(shè)備的控制；通信站則是完成交換數(shù)據(jù)與集成PLC 系統(tǒng)的結(jié)合。

在進行控制站配置工作的時候，實質(zhì)內(nèi)容就是JX-300XPDCS 系統(tǒng)所進行的過程控制關(guān)鍵設(shè)備，這主要被分為四個方面的建設(shè)內(nèi)容，即供電單元、I/O卡件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和主控制卡四個內(nèi)容，在這其中，主控制卡是最為關(guān)鍵的內(nèi)容，從中能看出，主控卡安裝工作十分重要，一般情況下，機架會專門設(shè)置一個槽位，然后將主控卡安裝于這一專門的控制槽位中。

操作員站的配置，主要是指JX-300XP 操作員站所具有很多的硬件，這些硬件構(gòu)成了操作員站配置，在這其中，包括了工業(yè)PC 機、彩色的顯示器和鼠標、鍵盤、SCnet 網(wǎng)卡，專業(yè)操作人員的鍵盤等等。在污水處理工作中，整個處理過程依據(jù)控制規(guī)模，安裝了一臺打印機和三臺操作員站，各個操作員站都能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)所有的流程畫面，同樣，也能夠根據(jù)相關(guān)的參與來進行調(diào)節(jié)，對整個系統(tǒng)中的監(jiān)控和控制操作等功能來進行操作。

網(wǎng)絡(luò)的配置，主要是指JX-300XPDCS 的通信網(wǎng)絡(luò)分為三層，分別為信息管理網(wǎng)、過程控制網(wǎng)、控制站內(nèi)部I/O 控制總線，這被稱為了SBUB。

一直以來，DCS 重點都是控制，但是現(xiàn)代發(fā)展更加注重于全系統(tǒng)信息綜合的管理，這就需要實施從最底層的實時控制和優(yōu)化控制逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)調(diào)度和經(jīng)營管理上，以一個最高層的戰(zhàn)略決策來形成具備較強柔性和高度自動化的管控一體化系統(tǒng)。

3 DCS 自控系統(tǒng)在污水減排處理過程中的應用

3.1 預處理環(huán)節(jié)的應用

在污水排入調(diào)節(jié)池后，技術(shù)人員運用DCS 自控系統(tǒng)對池內(nèi)溫度節(jié)點進行控制，待水溫與設(shè)定值相同時，將污水排入絮凝沉淀池，運用電磁流量計完成污水計算結(jié)算。在石灰泵與閥門打開狀態(tài)下，技術(shù)人員加入已按照科學比值調(diào)配而成的熟石灰溶液，不僅將污水pH 值做到改善，也加污泥脫水能力增強。同時會對每日排出的濃縮污泥進行污泥脫水，提高處理效率，做好污水減排。

3.2 水解配化環(huán)節(jié)的應用

技術(shù)人員結(jié)合厭氧菌能夠?qū)⑽鬯寒斨蠧OD與BOD 進行去除的特點，完成污水脫硫處理工作。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝要求，結(jié)合塔頂、塔釜位置溫度為參考，通過DCS 系統(tǒng)設(shè)計塔中溫度，減少蒸汽流量給溫度帶來的影響，保證蒸汽流量控制質(zhì)量，使得塔內(nèi)溫度恒定，使脫硫后的污水可以成功排至SBR 池，保證污水減排處理質(zhì)量。

3.3 SBR環(huán)節(jié)的應用

SBR 反應池可謂DCS 自控系統(tǒng)運行的關(guān)鍵，也是污水處理的核心部分。技術(shù)人員可以借助SBR 反應，運用間歇曝氣手段將活性污泥污水進行科學處理，污水當中存在的大分子有機物會巧妙分解成一種小分子有機物，最終形成H2O 和CO2，同時集反應與沉淀于一池，實現(xiàn)高質(zhì)量污水處理，從工藝上減少污水處理廠能耗總量。

3.4 接觸氣化環(huán)節(jié)的應用

該環(huán)節(jié)為曝氣池的繼續(xù)，可以借助重力沉淀相關(guān)管理，對污泥懸浮物進行處理。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員運用DCS 自控系統(tǒng)定時開啟吸泥機，合理地將污泥刮入污泥濃縮池當中。除此之外，在二沉池位置對水進行相應過濾與消毒，保證與國家規(guī)定排放標準相契合，還可進入回水系統(tǒng)，實現(xiàn)水資源再次利用，滿足污水減排處理實際需求。

3.5 污泥脫水環(huán)節(jié)的應用

在污泥排入濃縮池之后，將形成污泥濾餅，其含水量極低，可送入回轉(zhuǎn)窯進行燃燒，形成無害氣體與水，再進行相應排放。對于灰渣的處理，工作人員可以選用深埋方式，降低污泥后續(xù)處理費用，從而節(jié)省投資與占地，達到新時期下污水減排處理的目標，發(fā)揮出DCS 自控系統(tǒng)應有作用。

結(jié)語

在新時代下，DCS 控制系統(tǒng)可以借助科學的整合方式與自控軟件，在軟件界面的優(yōu)化中滿足污水處理的多種需求，讓處理方式愈發(fā)可行和高效，同時也能夠在相應程度上減少投入的整體成本，更是DCS 自控系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化中將運行的穩(wěn)定性做到極大程度的提升，為周圍環(huán)境帶來切實有效的改善，通過數(shù)據(jù)的快速交換與計算來完成不同的污水處理任務，一方面可以將整體的能耗做到降低，另一方面能夠縮短污水處理的周期，實現(xiàn)更高層次的集中管理與處理，不僅節(jié)能，更可增效，為企業(yè)在各時期的綠色可持續(xù)前行帶來一定的促進。