污水處理廠自動化控制系統及功能實現

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【摘要】經濟、社會活動過程中不可避免地會產生污水，若不加處理就進行排放，必然造成較為嚴重的水資源污染及生態(tài)環(huán)境問題。而污水處理廠作為重要的處理設施，隨著國家對環(huán)保工作的重視及科學技術水平的提升，逐步形成自動化程度較高的體系。論文簡單闡述了自動化控制系統的主要組成及工作原理，分析了對污水處理廠自動化控制系統的基本認識，探究了污水處理廠自動化控制系統主要組成及其控制功能的實現。

【關鍵詞】污水處理廠；自動化控制系統；組成；工作原理；控制功能

1引言

水資源是經濟、社會發(fā)展的重要基礎，與人類的生存關系較為緊密。但各地水資源均受到不同程度污染，加之我國淡水資源分布不均，無法更好地應對經濟發(fā)展和人口增長需求。為解決此類問題，必須采取有效措施解決水污染問題。在污水處理廠中借助自動化控制系統對運作系統進行智能化調整，使污水處理工作始終保持在最佳狀態(tài)，達到相應的控制功能，進而實現一定的環(huán)保目標。

2自動化控制系統概述

2.1主要組成

自動化控制系統中包括可編程控制器、監(jiān)控上位機、現場儀表、計算機操作站等部分。其中，可編程控制器、計算機設定了系統運行所需的邏輯程序及工藝標準、參數項目，可以根據系統要求對設備工況進行調節(jié)，或根據系統運行要求手動控制設備設施?，F場儀表通過檢測系統運行各個參數，將收集到的各類信號反饋到可編程控制器、計算機當中進行顯示、控制。

2.2工作原理

中央控制系統對自動化系統進行監(jiān)控、管理，掛接在相應的網絡結構當中，執(zhí)行管理、控制命令，針對污水處理廠中存在的污泥池、初沉池、污泥脫水機房、鼓風機房、曝氣沉砂池、儲泥池、生物反應池、提升泵房、加氯加藥間、上清調節(jié)池、反沖洗廢水調節(jié)池、變電所、再生水送水泵房、再生水蓄水池等設備設施進行管控，并將用戶指令、數據、通信等事項接入到系統當中，實現對污水處理廠自動化控制系統的操作、監(jiān)視。現場成套設備通過系統總線通信以通信方式進行指令、數據傳輸，通過現場控制柜對儀表、設備進行控制，借助標準信號線采集和控制系統數據，最終實現污水處理系統的自動化控制目標【1】。

2.3基本認識

污水處理廠自動化控制系統借助信號系統、采集系統、儀表系統、上位機對污水處理過程中的各類參數進行實時、在線采集，通過一定的人工干預輸入，合理操控污水處理指標，及時監(jiān)督、調整污水處理工藝，確保污水處理系統始終保持最佳運行狀態(tài)。

3污水處理廠自動化控制系統及控制功能實現

3.1主要系統構成

3.1.1中央控制系統中央控制系統當中不僅包含數據服務器，還有相應的監(jiān)控工作站。其中，數據服務器為主用，監(jiān)控工作站為冗余?？梢允褂每蛻魴C、服務器、交換機共同構建計算機局域網，與市政排水自動控制系統進行連接，經光纖、交換機與各處的現場控制場站進行連接，用于傳輸各類數據。在中央控制系統當中設有模擬屏、操作站、通信控制計算機、CCTV監(jiān)控系統、圖像投影系統、圖表處理及打印系統等多個部分。3.1.2區(qū)域監(jiān)控系統區(qū)域現場控制系統中使用可編程控制器進行“無人職守”模式下的工作，系統可以獨立運行。現場的控制站使用光纖、現場總線等于從站進行通信，對主要的污水處理設備、設施進行本地控制、遠程控制、現場控制，相應的控制級別中手動控制最高，自動控制最低，遠程控制位于中間。手動控制是通過本地電控箱、開關柜按鈕對設備進行啟停操作，一般用于特殊情況處理或檢查檢修設備。遠程控制是設備管理人員根據分控站操作面板或監(jiān)控畫面用I/O設備對現場設備進行控制，屬于自動模式下的遠程手動控制類型。自動控制模式是設備運行完全由分控站可編程控制，其結合污水處理廠工況、工藝等標準參數對各個設備進行啟?？刂?，運行過程中不需要人工進行管控或干預【2】。

3.1.3現場測控系統污水處理廠的現場測控系統主要適應數字化現場總線分布式控制模式，不依賴一個控制裝置、系統對整個污水處理廠進行自動化管控，這種情況下污水處理廠自動化控制系統可靠性較高。即使中央控制系統出現故障，各個現場站點仍可以根據已固化的模式進行獨立運轉。穩(wěn)定、先進的智能化儀表和控制設備具有自檢、自校、故障隔離等類型的功能，能夠大大提升設備故障檢出效率，將故障范圍控制在最小范圍，即使是最極端狀態(tài)下，整個自動化控制系統無法工作，還能通過現場手動操作維持污水處理廠的正常生產過程。對于各處工藝設備的監(jiān)控主要包括：運行/停止（啟/閉）狀態(tài)、A/M狀態(tài)、故障狀態(tài)、緊急停車狀態(tài)、報警狀態(tài)、控制器運行/故障狀態(tài)自動運行/停止（啟/閉）控制等內容進行監(jiān)控。若各處的水泵電機采用變頻控制，還要對變頻器的運行/停止狀態(tài)、故障狀態(tài)、工作頻率及反饋信號、頻率控制信號等進行監(jiān)控。自控儀表的基本測控內容：檢測儀表測量信號、故障報警狀態(tài)、極限報警狀態(tài)；自動調節(jié)閥A/M狀態(tài)、開啟/關閉狀態(tài)、故障狀態(tài)、閥位反饋信號、閥位控制信號等。

3.1.4保護系統在污水處理廠的自動化控制系統當中還存一系列的保護系統，如：防雷系統、過壓保護、接地保護等。這些保護系統需要根據系統實際需求，對各個體系的電源進行防護，實現防雷、避雷功能。對于自動化控制系統中的通信端口、儀表電源、模擬信號端口、攝像機端口等都要設置有效的防雷過壓保護元件。而系統整體的接地保護系統要嚴格依照標準規(guī)范及設計要求進行接地，需要設置獨立接地的必須結合現場實際情況進行設置，對于自動化控制儀表在工作過程中的接地系統要單獨設置，或與保護接地共同接入等電位接地體系當中。

3.2控制功能的實現

1）合理設置粗格柵、提升泵站的各類參數來實現其自動化控制要求。在污水處理過程中需要關注粗格柵前后位移的差值，一般情況下，可以采用超聲波液位差對其進行測量，若相應的位移差值滿足設備設定標準，污水處理自動化控制系統會將粗格柵除污機打開清理，完成相應流程后自行停止，形成一個完整的自動化環(huán)節(jié)。對于各類水泵的控制也需要借助自動化控制系統實現，可以在各個管路、水泵周邊設置相應的壓力表，根據壓力標準要求自動實現水泵的啟停，并且在壓力達到一定數值時自動打開電動閥門。2）曝氣池中污泥濃度、微生物總量都需要借助自動化控制系統進行維持，而自動化控制系統可以根據微生物數量進行控制。若微生物總量較高，水中的懸浮物總量較多，會對污水處理質量產生影響，而且過量的微生物需要大量氧氣消耗，增加了氧氣消耗水平。若微生物總量較低，生物負荷會出現超標現象，污水處理能力相應會降低，處理后的水質會不達標。因此，自動化控制系統會隨微生物總量進行判斷，而微生物則存在于污泥當中，可以通過污泥總量的變化來對應微生物總量變化，進而實現污水處理系統的自動化控制功能。

4結語

自動化控制系統應用到污水處理廠發(fā)揮了較為重要的作用，不僅為管理人員提供了及時、有效的運行數據，還節(jié)約了系統運行的時間和資源，能夠有效提升污水處理系統運行效率，降低人員勞動強度及運行成本，提升污水處理廠的現代化水平。但仍要關注污水處理廠自動化控制系統存在的問題和缺陷，并采取有效措施提升系統的通用性、擴展性、開放性、兼容性，推動自動化控制系統在污水處理廠的有效應用。

【參考文獻】

【1】王戰(zhàn)武.綠色建筑技術在建筑設計中的優(yōu)化與結合探討[J].建材與裝飾,2018(40):92-93.

【2】代霞.建筑學中綠色建筑設計的發(fā)展趨勢[J].綠色環(huán)保建材,2018(7):95-97.

作者：黃叢慧 單位：中國市政工程中南設計研究總院有限公司