淺談自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用及組成

趙亞琨

摘 要：在污水處理廠中自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，不僅可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)和設(shè)備的異常；還可以根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行，確保出水水質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；并能生成圖表記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，為優(yōu)化工藝提供支持。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制系統(tǒng)；污水處理廠；應(yīng)用；組成

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.085

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加速，水環(huán)境污染問題日益突出，越發(fā)制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展。因此，當(dāng)前在全面控制污染物排放的同時(shí)，對(duì)污水處理也提出了更高的要求。目前，我國污水處理廠已由最初的現(xiàn)場(chǎng)人工操作轉(zhuǎn)變?yōu)槿珡S的自動(dòng)控制，優(yōu)化了污水處理技術(shù)，提高了污水處理能力。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用

1.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

在污水處理廠中運(yùn)用自動(dòng)控制系統(tǒng)可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工藝的遠(yuǎn)程監(jiān)控，在中控室就可以直接獲得水質(zhì)數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)等信息，并通過故障在線診斷，及時(shí)查找故障位置，進(jìn)行報(bào)警。例如當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到進(jìn)水泵無法啟動(dòng)時(shí)，會(huì)在上位機(jī)發(fā)出報(bào)警，相關(guān)工作人員在收到警報(bào)后，就能及時(shí)啟用備用泵，并快速到現(xiàn)場(chǎng)排除故障。

1.2 運(yùn)行控制

在污水處理廠中運(yùn)用自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控、采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)性能和變化趨勢(shì)的分析，并與預(yù)設(shè)參數(shù)做對(duì)比，自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行，保證現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)數(shù)據(jù)保持在預(yù)期工藝所要求的范圍內(nèi)。例如根據(jù)水位自動(dòng)控制水泵的運(yùn)行，根據(jù)生化池中DO值自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，根據(jù)水質(zhì)情況適時(shí)的調(diào)整格柵、轉(zhuǎn)盤過濾器等設(shè)備間隔運(yùn)行。通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，既降低了人工成本，又能確保污水處理廠穩(wěn)定、連續(xù)、節(jié)能、高效地運(yùn)行。

1.3 數(shù)據(jù)圖表

自動(dòng)控制系統(tǒng)還具備自動(dòng)生成數(shù)據(jù)圖表功能，根據(jù)需求可有5年甚至更長的保存期。其中數(shù)據(jù)報(bào)表一般分為日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表，詳細(xì)記錄多個(gè)參數(shù)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)值，同時(shí)生成的數(shù)據(jù)曲線，可直觀的體現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的變化，找出其相關(guān)性，為優(yōu)化工藝提供幫助。

2 在污水處理廠中自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)傳送下屬提升泵站和污水處理廠的水量、水位、水質(zhì)、電耗、藥耗、泥位、設(shè)備狀態(tài)等信息，通過對(duì)采集到的信息進(jìn)行整合、分析和處理，控制整個(gè)污水處理廠的進(jìn)、產(chǎn)、排環(huán)節(jié)，找出最優(yōu)化的管理方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制。依托于自動(dòng)化儀表技術(shù)、電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)將污水處理廠帶有通信接口的自動(dòng)化檢測(cè)儀表、PLC控制器與上位機(jī)聯(lián)接成一個(gè)整體，通過可視化操作軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠的智能化管理。

2.1 自動(dòng)化檢測(cè)儀表

自動(dòng)化檢測(cè)儀表是污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分，作用有如人的耳目，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)、記錄，快速準(zhǔn)確的采集、傳輸現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。一般的自動(dòng)化檢測(cè)儀表主要由三個(gè)部分組成：一是傳感器，用于檢測(cè)各種被測(cè)模擬量；二是變送器，將傳感器檢測(cè)的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)（一般轉(zhuǎn)換為4～20mA的電流信號(hào)），并傳送到可編程控制器中；三是顯示器，將檢測(cè)數(shù)據(jù)直觀的顯示出來。污水處理廠的自動(dòng)化檢測(cè)儀表種類繁多，不僅可以檢測(cè)包括COD、氨氮、MLSS、DO等水質(zhì)參數(shù)，還可檢測(cè)溫度、風(fēng)壓、水位、流量等物理量，為調(diào)整污水處理工藝提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 PLC控制器

PLC作為一種專業(yè)的工業(yè)控制裝置，是污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分，具有運(yùn)行可靠和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。PLC可以通過Profibus、Modbus等現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)采集檢測(cè)儀表的數(shù)據(jù)，通過Ethernet TCP/IP和上位機(jī)建立通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。

污水處理廠中通常擁有數(shù)量種類繁多的檢測(cè)儀表及設(shè)備，并且各個(gè)點(diǎn)位較為分散。因此根據(jù)構(gòu)筑物與檢測(cè)儀表、處理設(shè)備的關(guān)聯(lián)性，一般會(huì)分散設(shè)立多個(gè)PLC 控制站，各站間相對(duì)獨(dú)立地構(gòu)成各自的系統(tǒng)，當(dāng)一個(gè)PLC控制站發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響其他站點(diǎn)的自動(dòng)控制；同時(shí)各站間又相互聯(lián)系，各控制站通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信，將數(shù)據(jù)匯總到上位機(jī)，由上位機(jī)根據(jù)各現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行，確保水質(zhì)參數(shù)在預(yù)期范圍內(nèi)，滿足工藝要求。實(shí)現(xiàn)儀表和設(shè)備分散控制，集中管理，提高了自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

例如某污水處理廠主要分為4個(gè)PLC控制站，一是預(yù)處理段控制站，主要負(fù)責(zé)對(duì)電磁流量計(jì)、超聲波液位計(jì)、進(jìn)水COD、進(jìn)水氨氮、進(jìn)水PH等在線儀表，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并上傳到上位機(jī)，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)粗格柵、螺旋輸送機(jī)、潛污泵、沉砂池?cái)嚢杵鳌⑸八蛛x器等設(shè)備進(jìn)行控制；二是生化處理段控制站，主要負(fù)責(zé)對(duì)DO計(jì)、OPR計(jì)、MLSS計(jì)、空氣流量計(jì)等儀表，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并上傳到上位機(jī)，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)變頻器、鼓風(fēng)機(jī)、刮吸泥機(jī)、細(xì)格柵、回流泵等設(shè)備進(jìn)行控制；三是污泥處置段控制站，主要負(fù)責(zé)剩余污泥泵、污泥濃縮機(jī)、帶加藥系統(tǒng)的脫水機(jī)、空壓機(jī)等設(shè)備進(jìn)行控制；四是過濾消毒段控制站，主要控制轉(zhuǎn)盤過濾器、反沖洗泵、紫外線消毒等設(shè)備，同時(shí)負(fù)責(zé)出水流量計(jì)、出水COD、出水氨氮、出水PH等在線儀表，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并上傳到上位機(jī)。

2.3 上位機(jī)

在污水處理廠中，上位機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)與各PLC控制站建立通信，經(jīng)可視化操作軟件可實(shí)現(xiàn)全廠監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示；根據(jù)工藝要求直接設(shè)置自動(dòng)化系統(tǒng)的控制參數(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)操作；進(jìn)行異常數(shù)據(jù)、故障報(bào)警；繪制重要參數(shù)的曲線體現(xiàn)變化趨勢(shì)；進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析；更可根據(jù)需要進(jìn)行在線編程，修改生產(chǎn)作業(yè)過程。通過上位機(jī)可方便快捷地實(shí)現(xiàn)全廠的監(jiān)控和調(diào)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障解決故障，確保出水水質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)生活生產(chǎn)的一個(gè)重要問題就是水污染問題，直接制約著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，因此，污水處理廠的建設(shè)及發(fā)展也需與時(shí)俱進(jìn)。目前自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理廠得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)污水處理過程的智能化檢查、控制和管理，降低了人力成本，保證了污水處理廠高質(zhì)量、低成本、穩(wěn)定可靠的連續(xù)生產(chǎn)。

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