淺談工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、淺談工業(yè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)摘要：本文主要介紹了我國(guó)目前污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成，分析了作為其核心的PLC控制器和通信網(wǎng)絡(luò)的選型以及整體解決方案，具體說明了污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，最后分析了污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)的改進(jìn)和發(fā)展。關(guān)鍵詞：工業(yè)控制系統(tǒng)；自動(dòng)化系統(tǒng) 污水處理引言 人類對(duì)水資源的需求以驚人的速度擴(kuò)大和日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可供消費(fèi)的水資源。目前城市生活污水處理已經(jīng)受到各地政府和許多研究人員的關(guān)注。為了提高污水處理的效果和管理，實(shí)現(xiàn)污水處理自動(dòng)化控制是關(guān)鍵。當(dāng)前我國(guó)污水處理自動(dòng)化控制還比較初步，有待于迸一步的提高和完善。 1.污水處理的意義及現(xiàn)狀 中國(guó)水資源人均占有量少，空間分布不平

2、衡。隨著中國(guó)城市化、工業(yè)化的加速，同時(shí)近年來江南水鄉(xiāng)出現(xiàn)嚴(yán)重干旱，水資源的需求缺口也日益增大。在這樣的背景下，污水處理行業(yè)成為新興產(chǎn)業(yè)，目前與自來水生產(chǎn)、供水、排水、中水回用行業(yè)處于同等重要地位。雖然由于國(guó)家和各級(jí)政府對(duì)環(huán)境保護(hù)重視程度的不斷提高，中國(guó)污水處理行業(yè)正在快速增長(zhǎng)，污水處理總量逐年增加，城鎮(zhèn)污水處理率不斷提高。降低運(yùn)營(yíng)成本，提高污水處理率，一直是污水處理行業(yè)面臨的最現(xiàn)實(shí)的問題。 采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、跟蹤經(jīng)常變化的水處理情況，檢測(cè)不同時(shí)間的水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)上動(dòng)態(tài)現(xiàn)實(shí)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并記錄下來，以備在需要的時(shí)候查閱。通過分析數(shù)據(jù)趨勢(shì)走向，隨時(shí)調(diào)整個(gè)設(shè)備及工藝過程參數(shù)，使其達(dá)

3、到優(yōu)化控制狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，節(jié)省能耗。采用計(jì)算機(jī)代替人工操作，減少事故，保證安全，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人力，甚至可以完成許多人工難以完成的任務(wù)，提高運(yùn)行的可靠性。 3.工業(yè)污水處理系統(tǒng)特點(diǎn)： 3.1高可靠與高穩(wěn)定性：環(huán)形冗余以太網(wǎng)方案的出現(xiàn)則保證了系統(tǒng)更高的可靠性，單一點(diǎn)的鏈路中斷不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)通訊的中斷；而控制器網(wǎng)絡(luò)作為OMRON專用的，能在CS系列PLC或上位工控機(jī)之間建立靈活方便的傳送和接收大量數(shù)據(jù)的工廠自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，與自控系統(tǒng)在通訊方面有極高的穩(wěn)定性。充分體現(xiàn)了集中管理分散控制的原則，也保證了高可靠與高穩(wěn)定性。與此同時(shí)，omron基于工業(yè)以太網(wǎng)的FINS（FactoryInterfaceNe

4、tworkService）通訊服務(wù)（FINS通訊服務(wù)功能），即使在通訊負(fù)擔(dān)較大的環(huán)境下，仍可保持高穩(wěn)定性的通訊效果。除網(wǎng)絡(luò)部分外，自控系統(tǒng)通過下列技術(shù)與工程措施，也確保了系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)性：整個(gè)系統(tǒng)選用符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的成熟定型產(chǎn)品；PLC模塊具有自診斷（檢錯(cuò)）與容錯(cuò)功能；PLC控制柜內(nèi)具有完善的抗干擾及防雷等技術(shù)措施；中控室及現(xiàn)地控制站設(shè)備均具備供電冗余功能；即使在上位機(jī)發(fā)生故障或通信中斷時(shí)，現(xiàn)地控制站亦可以在手動(dòng)模式下獨(dú)立完成基本局部控制； 3.2高擴(kuò)展性：工業(yè)以太網(wǎng)具有向下兼容性。對(duì)于雙絞線或光纖介質(zhì)，如果將傳輸速度從10Mbps提升到100Mbps，在大多數(shù)場(chǎng)合不需要改變現(xiàn)有的布線，

5、只需更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可。同樣，如果將本系統(tǒng)主干網(wǎng)從100Mbps以太網(wǎng)提升到千兆以太網(wǎng)，只需升級(jí)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，而無需重新鋪設(shè)光纜； 3.3開放性：系統(tǒng)對(duì)用戶是開放的。設(shè)備的增減、控制方案的選取、系統(tǒng)的擴(kuò)縮與維護(hù)等，用戶都可以在廣泛的設(shè)備環(huán)境下便利地自己完成。所有硬件接口，軟件協(xié)議全部按開放性的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、編制。此外OMRON串行口的協(xié)議宏功能，使得開發(fā)方不需要編寫專門的通信程序與第三方設(shè)備進(jìn)行通信，原則上OMRONPLC能和任何帶RS-232C，RS-422或RS-485接口的設(shè)備進(jìn)行通信。 3.4操作的實(shí)用性：組太軟件和編程軟件都是全中文界面，豐富的圖畫功能，使用戶清晰的了解污水處理廠各工段的運(yùn)

6、行情況，故障報(bào)警點(diǎn)的分支細(xì)節(jié)，使操作員僅通過鼠標(biāo)便可發(fā)布各種指令或換畫面；用戶還可通過上位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)訪問網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，梯形監(jiān)控工具亦可以監(jiān)控工業(yè)以太網(wǎng)甚至控制器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各站PLC梯形圖程序，而不需要現(xiàn)場(chǎng)操作，實(shí)現(xiàn)真正的無縫連接。 4.污水過程自動(dòng)控制系統(tǒng) 格柵控制、水泵控制、沉砂池控制、鼓風(fēng)機(jī)控制、生物反應(yīng)池控制和脫水機(jī)控制等6個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成了自動(dòng)控制系統(tǒng)的最重要部分。它們由各自相應(yīng)的PLC監(jiān)控工作站進(jìn)行監(jiān)控，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)全廠的工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)管理。某一部分出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信號(hào)立即通過網(wǎng)絡(luò)反饋到中心控制室，通過打印機(jī)將故障的具體信息打印出來，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)方便，快捷，準(zhǔn)確

7、，實(shí)時(shí)。 4.1格柵控制系統(tǒng) 格柵按預(yù)定時(shí)間周期可自動(dòng)開啟，并按設(shè)定時(shí)間運(yùn)行；亦會(huì)根據(jù)格柵前后的設(shè)定水位差（該水位差值直接反映格柵堵塞情況）自動(dòng)開啟，以保證格柵正常工作。我們可以將格柵調(diào)為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)或自動(dòng)模式。在自動(dòng)模式下，格柵將根據(jù)預(yù)定的時(shí)間周期及設(shè)定的水位差進(jìn)行工作，自動(dòng)清污，螺旋輸送器將一起聯(lián)動(dòng)，將污物排除。中心控制室可以設(shè)定為遠(yuǎn)程手動(dòng)或自動(dòng)控制模式。 4.2水泵控制系統(tǒng) 按水泵池的液位控制水泵，按預(yù)定的次序逐臺(tái)開啟。上一臺(tái)水泵不夠用時(shí)，開啟下一臺(tái)水泵，備用泵最后啟動(dòng)。根據(jù)水泵的運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)將水泵輪換為啟動(dòng)泵或備用泵，使各水泵的運(yùn)行時(shí)間均等。 對(duì)每個(gè)泵的控制，有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制兩種模

8、式。 4.3沉砂池控制系統(tǒng) 沉砂池有閘門、漿葉分離機(jī)、吸砂泵、砂水分離器等設(shè)備。設(shè)備之間存在連鎖關(guān)系，在上位機(jī)發(fā)出啟動(dòng)指令后，漿葉分離機(jī)先連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，吸砂泵在漿葉分離機(jī)運(yùn)行時(shí)按程序自動(dòng)定時(shí)啟停，砂水分離器與砂泵同步啟動(dòng)，延時(shí)停機(jī)。 4.4鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng) 鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的主要任務(wù)是為反應(yīng)池曝氣提供充足、穩(wěn)定的氣量。鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的總管參數(shù)、自動(dòng)測(cè)量的鼓風(fēng)機(jī)房總管壓力實(shí)際值，通過PLC中的PID控制器進(jìn)行計(jì)算、比較，并輸出一定的參數(shù)，再通過開（停）鼓風(fēng)機(jī)或調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的開度，控制鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)量。 4.5生物反應(yīng)池控制系統(tǒng) 生物反應(yīng)系統(tǒng)的任務(wù)是通過培養(yǎng)微生物，并將微生物與污水充分接觸，去除污水中的有機(jī)

9、物，還具有除磷脫氮功能。生物反應(yīng)池控制系統(tǒng)有兩種運(yùn)行方式： 4.5.1固定運(yùn)行方式。以固定運(yùn)行時(shí)段的運(yùn)行方式為基礎(chǔ)，各段運(yùn)行時(shí)間可調(diào)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)刻靈活調(diào)節(jié)。該方式為主要運(yùn)行方式。 4.5.2儀表參數(shù)控制運(yùn)行方式。主要利用氧化還原電位的變化率，來確定和調(diào)節(jié)生物反應(yīng)的時(shí)間。該方式工藝運(yùn)行較為精確，但對(duì)儀表的可靠性和穩(wěn)定性要求很高。該方式為補(bǔ)充運(yùn)行方式。 4.6脫水機(jī)控制系統(tǒng) 脫水機(jī)系統(tǒng)包括污泥脫水生產(chǎn)線、絮凝劑輸送泵、進(jìn)泥泵和脫水機(jī)等設(shè)備。當(dāng)儲(chǔ)泥池中的泥位、水池水位、藥罐藥量符合開機(jī)要求時(shí)，脫水機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)污泥脫水生產(chǎn)線，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)泥量，并根據(jù)進(jìn)泥量的測(cè)量值和藥、泥比例設(shè)定值自動(dòng)調(diào)整進(jìn)藥量。 5.結(jié)論 污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)早在20世紀(jì)80年代已引入我國(guó)，總體上網(wǎng)絡(luò)是安全、可靠、經(jīng)濟(jì)適用的，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)所存在的缺點(diǎn)也越來越明顯。如早期的DH+網(wǎng)絡(luò)具有系統(tǒng)不開放、可集成性差的缺點(diǎn)，有時(shí)必須是與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相同廠家的自控設(shè)備才可以鏈入網(wǎng)內(nèi)，具有一定的局限性；網(wǎng)絡(luò)傳輸速率低、信息集成傳輸能力差；只具有生產(chǎn)層，缺乏網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的可管性和可操作性差，缺乏遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)的功能。 參考文獻(xiàn)： 【1】惠鴻忠.污水處理智能監(jiān)