污水处理厂的自控设计研究

摘 要：在自动化、信息化水平不断提升的背景下，污水处理厂的过程自动控制引发了极大的关注。为此，本文主要探索污水处理厂对污水处理过程的控制，建构和优化污水处理自动化控制系统，提高污水处理厂的出水水质，降低污水处理的能源消耗，使之达到规定的标准和要求。

关键词：污水处理厂；自控系统；设计原则

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）13-0143-02

Research on Self Control design of Sewage Treatment Plant

DANG Guodong

（Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute Group tenth Municipal Design Institute Co.， Ltd.，Lanzhou Gansu 730000）

Abstract： In the background of the continuous improvement of the level of automation and information， the automatic control of the process of sewage treatment plant has aroused great concern. Therefore， this paper mainly explored the control of sewage treatment process in sewage treatment plant， constructed and optimizd the automation control system of sewage treatment， improved the water quality of sewage treatment plant， reduced the energy consumption of sewage treatment， and made it meet the required standards and requirements.

Keywords： sewage treatment plant；automatic control system；design principles

在大力提倡节能环保的背景下，污水处理厂的自控系统设计和应用也日益凸显其重要性。由于污水处理的工艺流程较多、能耗较大，为此，要注重自控系统的设计、运行和管理，在污水处理厂中引入先进的控制技术、网络通信技术和现场总线技术等，实现对污水处理的自动化控制，从而较好地提升污水处理厂的经济效益和社会效益。

1 污水处理厂自控系统发展现状

国外经济发达国家对城市污水进行了长期、有效的治理，在人力、财力和物力方面的投入较大，并率先使用水处理新理论、新工艺、新技术和新设备，实现对污水的自动化控制和处理。相较于国外而言，我国污水处理自控技术还处于起步阶段，早期的污水处理缺乏自动化、信息化技术的支撑，自控技术相对落后。

当前，我国污水处理还处于手动操作和半自动化控制的状态，一些小型污水处理厂仍采用常规仪器设备对污水处理工艺中的流量、温度、浊度、pH值等指标进行采集和分析，由操作人员负责污水处理各个工艺环节的控制和管理。在该背景下，污水处理的稳定性较差，难免会出现错误，降低出水水质。目前，我国部分中、小型污水处理厂加大了资金投入，将自动化设备引入污水处理工艺流程中，采用了半自动化控制的方式进行污水处理，成立了污水处理数据控制室，负责采集、传递和分析污水处理全过程的数据，实现对部分污水处理设备的自动开启、关闭控制；而在部分设备的工艺流程中还仍旧采用人工操作、记录的方式，这种半自动化的污水控制方式无法保持生产工艺流程的连续性和稳定性，不利于出水水质的提高。未来的污水处理控制技术要向全自动控制的方向发展，形成以计算机技术为基础支撑的多层级网络自控系统，成立中央控制室，由计算机自动化系统实现对整个工艺流程的全程无人值守控制和监测，使污水处理生产作业现场的所有设备、在线运行数据等传送到中央控制室，统一实现对污水处理工艺流程的自动化调度和指挥[1]。

2 污水处理厂自控系统设计中存在的问题

污水处理作业的生产工艺流程相对较为分散，呈现出多变量、非线性、多回路的系统状态，在进行污水处理自控系统设计过程中，仍存在以下几方面问题。

2.1 资金成本控制问题

污水处理厂的自控系统设计必然要依赖于高效、先进的设备，而如何在保证污水处理过程稳定运行的前提下，降低自控系统的资金投入成本成为当前需要解决的一大问题。

2.2 自控系统与新型设备衔接不足

在污水处理厂不断加大资金投入，购置新型仪器和设备时，暴露出原有自控系统与新型设备之间的不匹配性，原有自控系统层级相对较低，难以充分发挥出新型设备的应用价值和效能，无法体现出自控系统应有的先进性和科学性，同时导致污水处理过程能耗较大。

2.3 数据采集仪器不够先进、精准

在应用污水处理厂自控系统的过程中，对污水处理反应中的水量、曝气量和药剂量的数据采集和控制极为关键。在对这些监测指标进行数据采集的过程中，暴露出数据采集仪器性能不够先进的问题，导致对水量、曝气量、药剂量的控制不够精准，从而影响自控系统的自动控制效果和水平。

3 污水处理厂自控系统设计原则

污水处理厂的自控系统是污水处理的“首脑”和中枢，與污水处理系统投资、运行稳定性有密切关联。为此，要注重把握污水处理厂自控系统的设计原则，以提升污水处理的有效性。

①集中管理、分散控制。污水处理厂自控系统要遵循集中管理、分散控制的原则，结合污水处理工艺的特点和整体管理要求，实现对污水处理工艺的控制和管理，可以降低人工管理成本。分散控制则是基于污水处理厂的构筑物相对分散而采用的一种方式，由于其生产工艺流程是连续性、不间断进行的，为此，还要考虑自控系统布线复杂的特点，通过分散控制的方式解决这一问题。

②经济实用性。污水处理厂自控系统设计要考虑实际要求，以节约投资为前提，建构与实际相契合的自控系统。

③先进可靠性。污水处理厂自控系统要引入先进、科学的自动控制技术，使之与未来发展方向相一致，较好地增强自控系统的运行安全与可靠性。

④开放可扩展性。污水处理厂自控系统要与国际标准相适应，具有方便、可扩展性的特点，从而较好地提升污水自动控制的投资效率。

⑤简便易管理性。污水处理厂自控系统要呈现出简单、直观的特点，并要注重设备选型，使之易于管理和维护。

4 污水处理厂自控系统设计

污水处理厂自控系统要根据生产工艺流程、设备分布情况等，组成相互独立的控制系统，能对区域内的设备进行监控和统一管理，系统内部的仪器设备主要包括變频器、PLC控制箱和配电柜等，具体分为三个层级。

4.1 智能设备层

智能设备层是将变频器、流量计、液位计和热电阻等智能设备布设于各个现场控制站中，采用无人值守的模式进行现场自动控制和管理，并选择直观可视的触摸显示屏进行操作。在这一层中，主要通过通讯或标准信号输出的方式进行信号传输，最终将所有数据信号传送到中间控制层PLC系统中。通常来说，大、中型污水处理厂的智能设备层主要以现场总线网络的方式进行布设；而小型污水处理厂则通过星型拓扑结构的方式进行布设，在自动化仪表和设备控制箱之间以硬接线电缆进行连接。

4.2 中间控制层

中间控制层主要选用光纤工业以太网或相对成熟的工业总线网络，将工作监控站、各控制站进行链接，采用西门子PLC控制的混合结构通信方式，实现对各控制站设备的数据采集和监测分析。以某污水处理厂为例，其共有三个现场控制站点，其中：1#现场控制站点在细格栅间配电室内，包括电动进水阀、变频控制泵、空压机、电动排泥调节阀和沙水分离器等；2#现场控制站点的PLC控制箱在污水厂变电所，包括厌氧池潜水搅拌器、表面曝气机、回流泵、排泥泵和刮泥机等；3#现场控制站的PLC控制箱则在污泥回流泵房，包括带式压滤机等设备。

在中间控制层的站点中，通常选取西门子S7-300控制器作为系统控制器，并通过工业以太网进行控制站点的信息传送，在上位机设定变频器的速度给定值，获取变频器的反馈速度，控制所有泵的开启、停止操作，并直观可视地呈现出运行状态信息，如泵的运行状态、变频器故障、流量和液位等信息。

4.3 上位监控决策层

上位机利用工业以太网，实现PLC自动控制系统与I/O设备的组态链接，使数据库变量与PLC设备变量相链接，并在上位机上进行直观呈现，为现场运行调度提供决策依据。

5 结语

当前，我国污水处理厂的自动控制还处于起步阶段，要引入先进的自动控制管理理论和技术，提升污水处理厂的出水水质，实时采集、分析、处理和控制污水处理生产运行状态信息数据，实现对污水处理全程的自动调节和控制，较好地提升污水处理自控系统的自动化、智能化水平，从而提升污水处理厂的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]蔡振旭，周坤龙，冯敏.工业泵系统料位计量及控制系统应用[J].自动化与仪表，2017（7）：56-59.

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