導語：如何才能寫好一篇污水處理控制系統，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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[關鍵詞]火電廠；污水處理；控制系統

中圖分類號：TD60 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）42-0018-01

火電廠污水處理優化控制系統是一個復雜的綜合性系統，其主要處理技術設計動力學原理、自動控制原理、分散控制原理等多個領域，是針對不同污水處理工藝開展的綜合控制系統，保證污水處理的效率和水平，降低污水處理的成本。

1.火電廠污水處理控制系統作用

隨著全球水資源的短缺和水污染日益嚴重，污水處理是解決這一問題行之有效的方法之一，對于火電廠污水處理工藝來說一般分為三個層次，分別是一級機械處理、二級生化處理、三級處理。火電廠的污水處理工藝種類較多，例如活性污泥法、生物穩定法、生物膜法等。在火電廠污水處理中，污水處理控制系統是其中的重要組成部分，對于整個系統來說作用重大。火電廠污水處理控制系統是一個復雜的多變量控制系統，主要是對火電廠的污水處理過程進行有效的自動化控制，提高整個污水處理的可靠性和穩定性，降低污水處理的運行成本，減少污水處理維護開銷，確保處理后的水質量符合國家要求排放標準。隨著國家水資源的匱乏，水污染日益嚴重，火電廠污水處理控制系統的應用也受到重視。近年來，隨著污水處理控制系統中模糊控制、神經網絡控制、模型預測控制的應用，保證了污水處理的質量，降低了處理成本，完善了整個污水處理的結構。[1]

2.火電廠污水處理優化控制系統研究現狀

火電廠污水處理非常重要，火電廠污水處理等級以及工藝都離不開優化控制系統的調節，因此，優化控制系統是火電廠污水處理發展的必然趨勢。我國火電廠污水優化控制系統主要結合儀器、控制以及自動化等核心技術，但是與西方、日本等發達國家的污水處理控制系統相比，我國的污水處理優化控制系統發展還相對落后，在普及率和自動化方面都存在差距。現階段，國外主要應用Martinez M建立的污水處理優化控制系統，達到了基于過程數據驅動的全流程控制水平。而我國的優化控制系統還集中在數據采集和空路控制方面，自動化、智能化等方面還存在一定缺陷。近年來，我國在污水處理優化控制系統研究中也取得了較大進步，例如模糊控制和監測方法在控制系統中的應用，大大降低了污水處理耗能，提高了污水處理過程中氨氮的處理能力。再如人工神經網絡控制技術的應用，加強污泥回流量和氧傳遞速率，提高了污水處理的自動控制能力。但是，當前的優化控制系統仍存在一些不足，例如底層控制對象單一，適應性差；污水處理水質與耗能直接關系無法計算等，需要進一步研究改善。[2]

3.火電廠污水處理優化控制系統模型分析

3.1 活性污泥法ASM1模型分析

活性污泥法ASM1模型是火電廠污水處理優化控制系統中常見的處理模型，其中ASM1是由溶解氧、硝態氮、氨氮等13中成分構成的，描述了污水在好氧、缺氧條件下有機物降解、水解的反應過程。ASM1模型中應用矩陣模型對污泥系統中各組分間的聯系和變化進行清晰的表達。使用COD值來表示污水中有機物和生物固體含量，使用相關參數表示細菌的各項指標。ASM1模型在應用中具有一定的缺陷，其不能處理污水中的磷元素，因此在使用是受到一定的限制。該模型系統應用的溫度在8到23℃之間，酸堿度為中性，保持在6.5-7.5之間，曝氣池中混合強度應小于142/s，避免降低污泥的沉降性能，且污泥的濃度要保持在750-7500mg/L范圍內。[3]

3.2 BSM1模型分析

火電廠污水處理系統是一個十分復雜的綜合性系統，針對不同處理辦法具有不同的控制策略，因此，在多樣化的處理方案中無法評定處理后的水質標準和運行成本，所以，為了更好的評估污水仿真過程及各種不同控制策略，應用BSM1模型，對污水處理設備布局、相應的仿真模型、污水負荷及結果進行標準評價。BSM1模型能夠有效的調整自動控制策略來實現最優配置，利用評價指標完善設備布局。污水處理的基本要求就是滿足出水限制指標，其中總氮濃度、化學需氧量、氨氮濃度、固體懸浮物濃度等。在BSM1中，可采用兩種污水處理方法對污水處理水平進行評價，其一是驗證控制策略實施是否正確，通過對底層回路控制程度好壞進行評估。其二是對控制策略整體進行性能評估，主要是出水水質和操作費用。

3.3 基于耗能特征模型的節能優化分析

火電廠污水處理優化控制系統應用的目的在于滿足出水質量符合排放標準的基礎上，最大程度的降低污水處理的運行成本。火電廠污水處理過程中受到多種因素影響，例如水溫、環境、微生物、污染程度等，多種復雜因素影響下使各個變量間嚴重耦合，難以計算出水質量與耗能間的關系，如果希望實現兩個性能指標最優化，依靠單純的回路控制是很難實現的，因此需要應用基于ASM1模型和BSM1模型基礎上的耗能特征模型。該模型是一種預算模型，其算法主要依賴其被控對象的系統輸出信息，不追求形式而著眼于實際功能需求，改變了控制對模型結果要求嚴格的弊端。耗能特征模型能夠對污水處理進行節能優化，并且通過反饋校正環節對系統進行信息反饋，實現最優性能。

3.4 基于EENN-ECM污水處理控制模型分析

EENN-ECM污水處理模型是對前幾種模型的優化處理，主要針對優化受限問題進行解決。例如，環境、設備運行狀況、入水流量及污染物濃度波動較大、生化反應、優化指標間嚴重耦合等。該污水處理控制模型主要包含四部分內容，分別是被控對象、底層回路控制器、EENN-ECM預測模型及上層優化模塊。該模型以火電廠污水處理過程為被控對象，采用生化反應機理進行活性污泥法模型的構建，采用傳統PID算法進行控制器設計，應用簡單的、易于實現的原理進行設計參數的選定，通過EENN-ECM模型表示出出水質量與耗能間的關系，建立輸入和輸出變量模型。

3.5 化學污水處理優化控制模型分析

化學污水是火電廠污水處理中的重點部分，由于化學物質污染的水對環境、土壤以及人的健康具有極大的影響，所以在處理化學污水時，其水質控制更為重要。優化控制系統在化學污水處理中應用非常重要，優化控制系統不僅要綜合各方面因素，實行最優的處理方案來保證污水處理后的質量，還要利用化學方法最大程度節約能源創造更大的經濟效益和環境效益。化學污水處理中重點要控制酸堿度，避免污水酸度或堿度過高腐蝕水管。優化控制系統在化學污水處理中多采用自動化檢測控制方法，通過變送器信號傳遞來實現控制命令的發出，進而實現污水處理的優化控制。

4.結束語

綜上所述，火電廠污水處理過程具有影響因素多、受環境影響大、多變量、控制精度低、出水質量難以控制、運行成本較高等特點，因此，污水優化處理系統是污水處理中不可缺少的重要組成部分，綜合各種優化處理系統模型，有利于提高火電廠污水處理的效率與質量，減少運行成本，具有較高的社會效益和環境效益。

參考文獻

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關鍵詞：污水處理；PLC；控制系統

中圖分類號：U664 文獻標識碼： A

一、總體概述

1.1污水處理系統概況

污水處理就是人們利用各種設備和工藝技術把污水中含有的污染物質從水中分離去除，使有害物質轉化為無害的物質、有用的物質，使水得到凈化。

1.2設計原則

結合國內外現代化污水處理自動控制系統的先進技術和發展趨勢，充分發揮本人綜合實力，使該污水處理工程達到國際先進水平前提下，基礎自動化控制系統的配置達到二十一世紀的國內先進水平，做到電、儀自動化控制系統一體化， 在保證系統總體技術方案的完整性、先進性、合理性，在總體上降低用戶的投資，為用戶提供最優化的產品及服務。

二、控制系統概要

2.1 AB公司SLC500系列PLC簡介

SLC500模塊化可編程控制器（PLC）及輸入輸出模塊由羅克韋爾自動化公司生產。該系列產品采用框架式結構，為在不同的工業現場使用提供了同樣穩定可靠的平臺。SLC500系列構成包括處理器、輸入輸出模塊和相關外部設備。處理器功能強大、使用靈活，并有各種內置通訊方式和不同容量的內存供用戶按需選擇。

2.2編程軟件

RSView32監控軟件是高度集成、基于組件并用于監視和控制自動化設備和過程的人機界面監控軟件，RSView32通過開放的技術擴展了您的視野，達到了與其它羅克韋爾軟件產品、微軟產品以及第三方應用程序的高度兼容。

開放的圖形顯示系統通過OLE容器方式支持ActiveX控件-可供選擇的第三方ActiveX控件有數千種，用戶可以方便地將現有解決方案添加到RSView32項目中。

通過軟件能實現下列功能：

動態流程畫面顯示：動態顯示污水處理廠整體工藝流程圖、工藝參數和格柵機、輸送機及污水提升泵等主要工藝設備的工況進行監視。

動態數據顯示：各種模擬信號如：液位、流量、污泥濃度信號等；開關信號如：風機起停信號、行程限位信號、報警信號等；累計量信號。

趨勢曲線：顯示污水處理中主要模擬量的歷史曲線、實時曲線圖，并能多參數在一幅圖形上對比顯示。

報表：可根據需要制作即時報表、日報表、月報表、年報表。

報警功能：發生超限和故障報警時控制室及現場控制柜發出聲響報警。

三、工藝簡介

在我國，污水處理廠的工藝有多種，如懸掛鏈式曝氣工藝、氧化溝工藝、間歇性活性污泥工藝等，而在北方，多采用懸掛鏈式曝氣工藝，下面我們以此工藝為例，介紹自控系統在此種工藝下的污水處理廠的應用。

3.1 懸掛鏈式曝氣污水處理工藝

污水處理廠采用懸掛鏈式曝氣生化綜合池工藝技術，以活性污泥為基礎，利用細菌種群的新陳代謝使污水中的污染物減少，以達到凈化水質的目的。

污水處理廠工藝流程參見下圖。

圖 污水廠工藝流程圖

3.2 主要檢測數據

流量、溫度、壓力、液位、PH、污泥濃度、溶解氧DO、氨氮、污泥界面、COD、BOD、氯等。

BOD： 指生物需氧量，也就是微生物降解一升污水中有機物所需的氧量。一般用BOD表示廢水中有機物的一個指標。

COD就是指用強氧化劑，在酸性的條件下，將有機物氧化成二氧化碳和水所消耗的氧量。

四、控制系統結構

4.1控制系統硬件結構

根據污水處理廠的構筑分布情況，可分不同的控制策略，下面我們以一種方式舉例說明，如可在變電間、脫水機房、加氯間擬設分控制室三座。分控室內各設PLC控制器一套（或共一套PLC，設各遠程I/O站的方式）。負責各自轄區模擬量，開關采集，傳輸以及有關過程的自動控制。

系統結構如下圖所示：

圖 污水處理廠控制系統結構

4.2 污水處理人機界面組態

中央控制室上位機可顯示整個廠區的模擬畫面；監控生產作業過程，包括顯示控制過程畫面和實時數據，顯示系統總體框圖；繪制重要參數的變化趨勢圖；顯示設備的工作狀態；歷史數據的統計分析和存儲，提供決策參考。現場控制站上位機除具有以上功能外，還可對污水處理廠數據采集及控制自動化系統的控制參數進行設置；完成數據采集及控制自動化系統的組態；進行在線、離線編程及設定參數的修改。

五、控制方案

5.1 自動化控制方式

該系統采用三種控制模式，即就地設備控制箱手動控制、控制柜遠程控制和現場控制站上位機控制。其中，就地設備控制箱操作具有最高優先權，控制柜遠程控制次之，最后為現場控制站上位機控制。現場的泵類、鼓風機、脫水機、電磁閥等開關信號，曝氣池溶解氧濃度等模擬信號，全部經控制器在上位機上顯示，現場各個監控點的物理參數，均由對應的一次儀表傳感器或變送器檢測出來并轉換為電信號，傳輸到控制站內。

5.2 各工段控制方案

1） 粗格柵

粗格柵控制

3臺粗格柵、1臺無軸螺旋輸送機和1臺壓榨機為聯動控制，格柵前后各裝一臺液位計以檢測格柵是否堵塞，有兩種運行方式：1）時間方式在PLC內設定一個時間周期，格柵和無軸螺旋輸送機及壓榨機運行。2）液位差方式：在格柵前后裝有投入式液位計，當液位差達到設定值h1時，柵格自動開啟進行清渣，當液位差降到設定值h2時，格柵自動停止運行，無軸螺旋輸送機和壓榨機依次滯后停止。

控制方案示意如下：

2） 細格柵

與粗格柵類似，3臺細格柵、1臺無軸螺旋輸送機和1臺壓榨機為聯動控制，格柵前后各裝一臺液位計以檢測格柵是否堵塞。

3） 生物反應池及鼓風機房

四座生物反應池及鼓風機房包含厭氧、曝氣、沉淀、回流工段。

4） 儲泥池

儲泥池的污泥攪拌器連續運行。設液位計和液位開關，用于降低液位保護。

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【關鍵詞】污水處理；纖維濾池；自動控制

近年來，纖維濾池在污水深度處理領域中得到了廣泛的應用。但由于濾池設備較多，工藝繁雜，如果采用人工手動操作，操作強度非常大，且效率低下，很難達到理想的效果，而采用自動化控制技術，不但可以實現可靠、完善的控制，而且可以大幅減少勞動強度，有效降低能源消耗，從而達到降低處理成本的目的。

1、纖維濾池工藝簡介

纖維濾池由池體、濾料、濾板、布水系統、布氣系統、濾料密度調節裝置、管道閥門、反洗水泵、反洗風機、電氣控制系統等組成。

纖維濾池工藝主要由過濾和反沖洗兩部分構成。當濾池過濾時間達到規定的時間，便需要對濾池進行反沖洗操作，以防濾板堵塞。

在一個中、大型的污水處理中，一般有多個濾池單元同時運行，這些處理單元既相互獨立，又相互關聯，為了確保良好的處理效果，各個處理單元之間必須協調運行。現舉例說明如下。

某污水處理廠纖維過濾環節，包括1個反沖洗泵房和18個纖維濾池。反沖洗泵房反沖洗風機3臺，反沖洗水泵2臺。每個濾池設原水進水閥、過濾出水調節閥、反洗進氣閥、反洗進水閥、反洗排水閥和超聲波液位計1臺。

每個濾池的過濾是獨立進行的，而反洗風機與反洗水泵是18個濾池共用，只能反沖洗完一格濾池再反沖洗另外一格，不能同時反沖洗兩格濾池，這就需要協調各個濾池的反沖洗順序，以確保每個濾池在需要反沖洗時能盡可能快的進行反沖洗。

2、纖維濾池自動控制系統設計原則

纖維濾池閥門眾多，容易因操作不當或閥門故障引起濾池滿溢，從便于維護角度來考慮，需要在現場能對每格濾池進行直觀的操作，可遵循“分散控制”的原則。

從濾池之間的反沖洗排序協調來考慮，需要能對各格濾池反洗工況進行排序協調和管理，可遵循“集中管理”的原則。

3、纖維濾池自動控制系統的組成

纖維濾池自動控制系統一般由上位監控顯示系統、現場控制系統組成，后者又分為就地控制系統和集中管理控制系統。

上位監控顯示系統

上位監控顯示系統常設置于污水處理中央控制室，設工程師站計算機、操作員站計算機和數據服務器。

工程師站計算機采用Windows XP操作系統，組態監控軟件采用iFIX 5.0開發版，用于開發、運行、維護上位監控顯示系統。

操作員站計算機采用Windows XP操作系統，組態監控軟件采用iFIX 5.0運行版，用于運行上位監控顯示系統。

數據服務器采用Windows 2000 Server操作系統與數據庫Microsoft SQL 2000，組態監控軟件采用iFIX 5.0開發版，用于保存歷史數據，以及現場過程數據的采集。

上位監控顯示系統接入廠區光纖工業以太環網。

上位監控顯示系統可以直觀的對每格濾池及反沖洗泵房的所有設備狀態進行實時監控，跟蹤各格濾池過濾及反沖洗工況，并為各格濾池快捷設置過濾及反沖洗工藝參數。

現場控制系統

反沖洗泵房設集中管理控制系統，采用穩定抗干擾能力強的可編程控制器PLC與人機界面HMI，上接廠區光纖工業以太環網。系統除對泵房反沖洗水泵、反沖洗風機狀態與操作進行監控外，還對就地單個濾池控制系統的反洗工況進行排序協調以及自動反沖洗過程控制。

每格濾池設就地控制系統一套，采用穩定可靠的可編程控制器PLC與人機界面HMI，另采用支持環網的電換機，通過各就地控制系統網線互聯，構成網線子環網，上接廠區光纖工業以太環網。系統對所在濾池的閥門狀態與操作、液位高度進行監控并上傳濾池反洗工況。

4、纖維濾池自動控制過程

恒水位過濾

纖維濾池的過濾過程可分為“手動”與“自動”兩種控制方式。

“手動”控制方式，通過在就地控制柜人機界面或上位監控顯示系統開啟濾池進水閥，根據采集的濾池液位，調節過濾出水調節閥的開度，來保證濾池的水位保持在一定高度。

“自動”控制方式，通過在就地控制柜人機界面或上位監控顯示系統直接選定“自動”模式，由程序自動控制濾池進水閥的打開，通過實時采集的濾池液位與固化在程序中的濾池設定水位的比較，采用PID控制自動調節過濾出水調節閥開度，以保證濾池液位在設定水位高度上下小幅波動。考慮到超聲波液位計的檢測速度，一般PID調節周期取大于1分鐘。

反沖洗優先級及排序

一般情況下，纖維濾池的反沖洗請求類型分兩類：過濾時間到反沖洗請求，強制反沖洗請求。后者的優先級要高于前者。

當濾池過濾時間超過工藝設定的最大過濾周期時，將由濾池就地控制系統向集中管理控制系統發送過濾時間到反沖洗請求。當多格濾池過濾時間均超過過濾周期且發送反沖洗請求，這就需要集中管理控制系統對發送了反沖洗請求的濾池進行排序，明確濾池的反沖洗順序。

而由操作人員人工選定的請求進行強制反沖洗的濾池優先級要高于時間到反沖洗的濾池，這就需要將強制反沖洗的濾池插隊排到時間到反洗請求的濾池之前，且多個強制反沖洗請求的濾池之間同樣需要明確反沖洗順序。

反沖洗排序只是滿足反沖洗條件而未開始反沖洗的濾池參與，已開始反沖洗的濾池不參與排序，其反沖洗過程不受排序影響。

自動反沖洗

濾池的反沖洗一般采用氣沖洗、氣水聯合沖洗、水沖洗的工藝步驟。

在氣沖洗環節，濾池就地控制系統自動關閉進水閥與過濾出水閥，開啟反洗進氣閥與反洗排污閥，向集中管理控制系統發送開始氣沖洗的請求，后者接受請求，開啟反沖洗風機，按工藝設定的時間運行后，發送氣沖洗完成信號到前者。

就地控制系統接受集中管理控制系統命令，自動開啟反洗進水閥，向后者發送開始氣水聯合沖洗的請求，后者接受請求，開啟反沖洗水泵，按工藝設定的時間運行后，關閉反沖洗風機，同時發送氣水聯合沖洗完成信號到前者。

就地控制系統接受集中管理控制系統命令，自動關閉反洗進氣閥，向后者發送開始水沖洗的請求，后者接受請求，開始計時，按工藝設定的時間運行后，關閉反沖洗水泵，同時發送水沖洗完成信號到前者，前者接受命令，關閉反洗進水閥。

反沖洗結束后，濾池開始新的過濾周期，就地控制系統自動開始恒水位過濾控制。

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在城市污水處理廠的自動控制系統中通常采用集中監測方式，同時輔以分散控制方式，中控室可以實時監控整個污水處理廠的工作情況，具體的生產工藝控制采用就地單獨控制的方式。

1.1自動控制系統的特點

污水處理自動控制系統比較復雜，涉及到的物理量也比較多，既有模擬量也有數字量；同時控制方式也多種多樣，包括實時控制和順序控制等，還有閉環控制和開環控制。同時，其最終控制對象是CODCr、BOD5、SS和pH值，這不同于一般控制系統。為了使污水處理過程中的上述參數合格，需要對處理設備的運行狀態、進泥量和排泥量、各工藝段的處理時間、加藥量、進水量及排水量等進行綜合控制，這些都大大增加了自動控制系統的復雜性。目前，污水處理自動控制系統已經由簡單的邏輯控制發展到更為發展的分散控制階段，這使得自動控制系統有更好的開放性、適應性和經濟性及擴展性等。

1.2自動控制系統的組成與結構

現代污水處理自動控制系統通常設置有總站和子站，總站是指廠級的計算機系統，子站指的是現場級的計算機系統，實行的二級監控集散模式。廠級的計算機系統主要是對污水處理廠的運行管理情況進行集中監測，對全廠所有工藝設備的控制和監測主要通過對PLC的管理來實現。自動控制系統的子站主要包括以下幾個：鼓風機子站、污泥回流泵房子站、鼓風機子站、一級處理子站、回用水加壓泵房子站、污泥脫水間子站、配電子站等。自動控制系統采用通訊技術、自動化技術、網絡技術、計算機技術、圖形顯示技術、數據庫技術構建成等綜合技術以實現自動化遠程監控。

硬件構成包括COD、pH值、溶解氧等傳感器；采集控制單元包括PLC和數據采集模塊；中央監控單元包括服務器等，另外還有一些輔助設備，如顯示器和打印機等。軟件構成包括自行研發的軟件，還有主流的INTOUCH、FIX、WIZCON,KINGVIEW等。國內自動化系統基本上都在Windows或NT上開發運行，用于Windows和NT上的數據庫引擎通常有SQLServer,MySQL,Interbase等。

1.3自動控制系統的功能

污水處理控制系統的功能包括:生產過程自動控制、實時在線監視、故障顯示報警、聯鎖保護、自動生成報表等。這些功能能夠提高污水廠的處理效率，提高企業的管理水平和勞動生產率，保證設備正常運行，減輕工人的勞動強度。

(1)在線監視功能在線監視功能是自動控制系統的重要功能之一，借助該功能動態的工藝流程圖都可以在中控室的計算機屏幕上顯示，同時現場設備的運行狀態、一些重要工藝參數的變化情況及儀表監測數據等也可以很清楚地顯示在子站界面上。可以很方便地利用鼠標和鍵盤根據設備的運行狀態對系統進行干預。

(2)實時管理顯示管線狀態參數，全線工藝流程圖，方便系統的維護。并且可以實時記錄操作過程，將操作行為按時間順序存入歷史數據庫，以便有據可查，責任到人。

(3)控制方式的選擇污水處理廠第一級由控制中心集中監控，第二級由各子站PLC控制，對各操作設備進行手動或自動選擇在控制系統中就可以完成。同時，應將手動操作方式作為自動控制方式的一個補充。

(4)報警處理有設備出現故障時，首先預先設定的操作命令會對故障進行初次處理，并且系統會顯示報警畫面，來提示操作人員對故障進行處理。報警窗口分為兩部分：當前報警和歷史報警。當前報警會顯示目前存在的報警，已處理的報警消失后和它相關的報警信息都會從當前報警中消失；歷史報警不僅顯示目前存在的報警并且報警得到處理后其相關的報警信息仍可以顯示和查詢。

2結語

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【關鍵字】污水處理，軟起動器，PLC，PROFIBUS，觸摸屏

1設計思路和系統構成

根據進水泵站工藝流程要求，為了實現對進水泵的自動控制和節能效果，并保證可靠性，設計了由軟起動器、S7-300 PLC、S7-400 PLC和觸摸屏組成的進水泵站控制系統。本控制系統采用ABB公司的PSTB型軟起動器控制進水泵的運行。西門子公司的S7-300 PLC作為數據采集及控制單元，簡單運算處理后傳輸給S7-400 PLC，S7-300 PLC與S7-400 PLC通過現場總線PROFIBUS-DP進行通信，S7-400 PLC通過工業以太網和中央控制室及車間監控室的工控機相連，工控機對S7-300 PLC采集到的數據進行數據處理，在工控機屏幕上實時地顯示進水泵的運行情況，準確地檢測進水泵的運行情況。

2方法和手段

控制系統的設計分為四個部分：軟起動器和控制進水泵的電路設計，S7-300 PLC控制系統的硬件設計，在STEP 7環境下的S7-300 PLC的軟件設計，S7-300/400 PLC的通信。

2.1軟起動器和控制進水泵的電路設計

通過分析進水泵站的工藝要求，對軟起動器進行合理的選擇，設計主回路和控制回路，使得符合進水泵良好運行的要求，能夠節約電能，防止大功率的進水泵在啟停時對電網造成沖擊。進水泵不僅是進水泵站，而且是整個污水廠的重要設備，像進水泵這種大功率的三相異步電動機，在一般情況下，起動電流比較大，而起動轉矩并不大，會使電網電壓降過大，影響其他用電設備的正常運行。采用現代帶電流閉環的電子控制軟起動器可以限制起動電流并保持恒值，直到轉速升高后電流自動衰減下來，起動時間短于一級降壓起動。

主回路控制電路主要由ABB公司的PSTB 570軟起動器和相應的繼電器組成。PSTB軟起動器的操作鍵盤可以實現編程、輸入和輸出設定、保護功能、警告等級等應用。

2.2S7-300 PLC的硬件設計

估算PLC容量，確定I/O點數和存儲器容量，選擇I/O模塊，包括數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，選擇電源模塊及通信模塊。

2.3S7-300 PLC的軟件設計

根據PLC系統硬件結構和生產工藝要求，在STEP 7環境下使用梯形圖的編程語言編制實際的應用程序，包括程序流程圖設計、符號表的定義、硬件組態及參數設置、編寫程序、程序的下載和調試。

程序流程圖如圖2-2所示。

2.47-300/400的通信設計

本系統的通信在S7-300 PLC、通信模塊CP 342-5和S7-400 PLC之間進行。S7-400 PLC和CP 342-5構建PROFIBUS-DP的主從模式網絡，S7-400 PLC作為PROFIBUS-DP網絡的主站，CP 342-5作為從站，使用打包通信方式進行數據的傳輸。打包通信是在發送數據側，通過調用系統功能將數據打包發送，在數據接收側調用相應的解包系統功能完成數據接收，這種打包通信方式可以傳輸更多的數據。CP 342-5則作為S7-300 PLC的通信接口，在S7-300 PLC中編寫通信的程序，CP 342-5接收S7-300 PLC的數據。CP 342-5再和S7-400 PLC通過PROFIBUS-DP網絡進行通訊。最終，實現S7-300/400 PLC之間的通信。

3系統功能

在原系統的基礎上，S7-300 PLC作為數據采集及控制單元，原系統的工控機和S7-400 PLC相連，通過PROFIBUS-DP和S7-400 PLC進行數據的傳輸和交換， 工控機對S7-300 PLC采集到的數據進行數據處理，S7-300 PLC還與觸摸屏MP 277 10〞-Touch TFT通過MPI進行數據的通訊。本系統承擔了進水泵站數據采集、數據管理、報警、趨勢圖、數據記錄和報表等工作，并實時顯示進水泵的運行狀態、運行時間，故障報警處理，報表輸出等，實現對進水泵站的監控。

參考文獻：

[1]鄭超蕙.污水廠自動控制策略輔助設計系統開發研究[M].北京：清華大學，2008

[2]周王文，吳之麗.城市污水處理應用技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2004

[3]胡壽松.自動控制原理[M].北京：科學出版社，2007

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近年來，人們生活水平逐漸有所提高，生活區的生活污水逐漸增多，生活污水與工業廢水有著有著很大的差別，為了減少污水對生活環境的影響，可以采用自動化控制系統來對污水進行處理，這樣一來，不僅能夠減少污水對環境的污染，也能為人們提供更多水資源。因污水處理整個過程會產生較大的費用，且因水質的不同會導致污水處理過程要不斷的調整相關數據，所以更加需要使用PLC自動控制系統，這樣才能實現低耗、高效的運行目的。

1 自動化控制系統的相關概述

1.1 自動控制系統的原理與功能

1.1.1 自動控制系統的原理

整個污水自動化控制系統技術由現場儀表、執行機構、信號采集、人機界面組成的，自動化控制系統同樣也是由幾個系統部位和設備組成的，之后再通過一系列的工藝曲線、在線采集、人工輸入等工作，來將進水、出水系統結合在一起，通過COD、色度、回流比等指標結果的顯示，來掌控污水處理的變化規律，以此來保證污水處理的工藝控制質量。工藝控制系統主要由PLC、電控機構、上位工控機組成，上位工控機屬于核心控制部分，通常先由上位機進行控制，再由下位工控機進行智能化控制。

1.1.2 自動控制系統的功能

污水處理參與者是由承包商、提供商、運營商組成的，會根據污水的實際污染程度來進行劃分，性質不相同的污水處理方式也會有一定的差別，譬如生活廢水就可以直接被排入城市污水管道之中，而工業污水必須經過一定的處理之后才能夠被排入城市污水管道之中。被排入城市污水管道中的污水會經過污水處理廠處理之后，在保證污水沒有其他影響的情況下，才能將其正常排入自然環境之中，這樣才能保證水資源的來源正常。

1.2 PLC自動控制系統的功能

1.2.1 采樣錄入

采用錄入是指對樣本數據進行掃碼分析，通過I/O映像區錄入來進行儲存，在執行刷新操作或用戶相關指令時，就會使得樣本數據跟隨著一起改變，但經過I/O映像區存儲和錄入的數據就不會發生改變，會保持其原有的數據。就譬如將脈沖信號作為代表，那么其寬度至少也要大于一個掃碼的周期才能夠保證數據會被正確的錄入和儲存。

1.2.2 執行操作

這個階段是指使用者指令的執行，必須由PLC進行有順序的執行和控制，可以選擇從上至下的順序來執行，也可以根據數據狀況輸入的不同選擇從左至右的數學怒，但執行之后的結果需要進一步的確定，這樣才能保證完成使用者相關指令。

1.2.3 刷新完成

PLC的任務為完成用戶指令的刷新和輸出工作，處理器會直接將最終結果錄入I/O映像區并進行儲存，之后再由輸出程序來完成最終數據的輸出。

2 PLC自動控制系統在污水處理中的應用

（1）在污水處理過程之中，可以根據級別的不同來選擇相應的控制方式，主要控制方式為自動控制和手動控制，通常運行過程中都會選擇自動控制方式，因其能夠提高設備運行的穩定性，但系統出現報警和故障情況時，就可以選擇手動控制，這樣能夠保證設備的正常運行。

（2）運行設備的數據采集功能能夠實現在線監視功能，也就是指能在中央控制室的電腦界面上顯示出現場智能儀表所測量出來的數據，以及相關設備的實際運行情況，數據采集分析之后的工藝參數變化情況，這樣能使工作人員更加準確的掌握污水處理過程中各個參數和設備的變化和運行情況，并且工作人員也能根據電腦界面所顯示的情況來改變參數和設備的運行情況。

（3）在中央控制室能夠根據參數變化、設備運行、閥位開度、報警信號等來對污水處理過程實施全面的動態管理，利用PLC數據采集功能能夠對數據進行全面監控，尤其是對歷史記錄的分析和記錄，能夠對異常數據進行詳細的分析，以此來找尋異常數據的發生原因，并且能夠根據這些原因及時對運行參數進行調整和改變。

（4）PLC自動化控制系統能夠實時采集設備的運行數據，并且能夠將數據直接進行保存，只要能夠對保存的歷史數據進行備份和管理，就能夠對歷史運行數據進行全面的采集，這樣就能幫助生產運行數據庫對數據進行全面的管理和分析。

（5）一旦設備在運行過程中出現故障，那么自動化控制系統就會在中央控制室進行報警提示，這樣一來，工作人員就能盡快的發現污水處理過程中的故障和問題，并且能夠通過報警畫面來提前做好處理準備工作，通常將歷史曲線與此次故障曲線進行對比，根據數據分析處理結果，就能夠立即進行復位處理工作，自然也就能夠盡快恢復設備的正常運行。

（6）利用已經采集到的數據就能夠在后臺直接進行函數計算，并且能夠對實時的運行情況進行分析，通過對各個設備的運行情況和趨勢，能使工作人員根據運行趨勢的變化情況提前做好相關處理的準備工作。

（7）利用PLC自動化控制系統能夠實現各個級別設備之間的連鎖保護功能，也就是能夠避免因為一個設備出現問題所有設備都出現問題的現象發生，有利于提高設備的保護功能。

3 污水處理中自動控制系統的發展

從目前污水處理的現狀來看，如今污水處理技術還可以朝著兩個方向發展，一為繼續深入研究自動化控制系統，二為通過其他方法來將自動控制系統與其他系統進行結合，結合兩者優點充分發揮各自功能，以此來得到更好的控制效果。要想提高污水處理水平和質量，那么就需要對控制技術進行提高，要將自動化控制實際應用在污水處理過程中的效果進行加強，尤其是對于污水處理過程中的一些新技術要求，一定要用到新的方案來進行解決。由此可見，以往過于依賴污水處理自動化控制系統導致污水處理技術的更新出現問題，若想得到更好的處理和控制效果，那么就需要對污水處理微觀機理模型進行研究和開發，以此來解決污水處理過程中更為復雜的問題。總之，及時對污水處理新技術進行開發和研究，通過一些建模和仿真來將控制系統功能進行結合，這樣就能提高污水處理的效果和質量。

4 結語

綜上所述，本文就污水處理中PLC自動控制系統的應用進行了詳細的分析，得知如今水資源已經嚴重匱乏，為了能夠更好地實現水資源再生和再利用，需要采用相應的處理方法進行控制，生活污水污染力度較小，十分適合進行處理之后再利用，應用PLC自動控制系統能夠更好地實現這一目標。

參考文獻

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[3]陳燈良.PLC自動控制系統在污水處理中的應用探析[J].化工管理，2015（36）：188，190.

[4]侯雯貴，王洪振，馬秀峰等.PLC自動控制系統在污水處理中的應用[J].商品與質量，2016（03）：281-281.

[5]陳慶江.PLC在污水處理廠自動控制系統中的應用探析[J].科技與企業，2015（11）：96.

篇7

Abstract： With rapid economic development， the emission of domestic sewage is increasingly increased，so the research on sewage treatment has extensive and profound significance. This paper presents the technological process and system configuration of PLC sewage treatment control system. The application result shows the effectiveness and reliability of the system.

關鍵詞： 污水處理；PLC；控制系統

Key words： sewage treatment；PLC；control system

中圖分類號：U664.9+2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）12-0044-02

0 引言

隨著城市化進程的加快與工業的迅速發展，城鎮建設和人民生活水平不斷提高，為了保護有限的水資源，污水的處理越來越被重視，污水處理廠已成為各個城市最為重要的基礎設施之一。而對污水處理廠的自動化程度要求越來越高，因此需要設計一種以PLC為核心的控制系統，以便在惡劣的環境下能夠穩定、可靠地持續運行，以實現污水處理全過程的自動化控制[1]。

1 生活污水處理工藝簡介

現代污水處理技術，按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理。

一級處理，主要去除污水中呈懸浮狀態的固體污染物質，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經過一級處理的污水，BOD一般可去除30%左右，達不到排放標準。一級處理屬于二級處理的預處理。

二級處理，主要去除污水中呈膠體和溶解狀態的有機污染物質（BOD，COD物質），去除率可達90%以上，使有機污染物達到排放標準。

三級處理，進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠導致水體富營養化的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂濾法，活性炭吸附法，離子交換法等[2]。

2 污水處理控制系統工作過程分析

首先，污水經下水管道排送到污水集水池，集水池中的污水先利用格柵電機進行機械預處理，主要采用電機帶動格柵，經過格柵過濾可將污水的漂浮物或顆粒較大的固狀物濾去。然后，由重力作用將污水送入預曝氣池，進行進一步沉淀，預曝氣池采用對角斜板結構這樣有利于雜質沉淀于底部。之后，由一臺離心泵將水由預曝氣池抽入到生物接觸氧化池中進行生物氧化，進一步處理掉污水中的一些化學成分。在生物氧化池中，配備有溫度、壓力及水位傳感器，還配備有一臺投藥泵負責將化學藥劑加入到氧化池中，經過化學反應進一步將水凈化，產生上清液及污泥，上清液利用重力進入斜管沉淀池中，污泥混合物進入污泥池后由一臺污泥泵將泥水混合物送入脫水機進行固液分離，其中利用另一臺投藥泵投入化學藥劑使污泥成塊。分離水利用另一臺離心泵返回沉淀池重新處理，脫干后的污泥經消毒后送出。上清液經過重力作用進入濾砂池進行濾砂處理，然后一部分水流入儲水池使用。一部分利用水泵抽回水對濾砂池進行反沖洗。利用一臺變頻器控制四臺羅茨風機對預曝氣池及氧化池送風，采用一臺變頻器控制一臺離心水泵對清水送出予以控制。污水處理系統結構示意圖1所示[3]。

3 基于PLC技術污水處理控制系統的硬件設計

3.1可編程控制器的選擇

針對污水處理控制系統，選用三菱的公司FX2n系列可編程控制器。三菱的公司FX2n-64MT是模塊化的中小型PLC系統，在污水處理廠使用，系統穩定、可靠，設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水處理效果好的特點，提高了勞動生產率，同時由于軟硬件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修。

3.2 傳感器設備的選擇

①在系統的粗格柵、細格柵處各安裝了1臺超聲波液位差計，通過格柵前后的液位差來反映格柵阻塞程度，并傳輸到PLC控制器，進行分析計算。當液位差超過預設的數值，控制格柵運行，清除垃圾，保障正常過水，且合理的減少了設備磨損[4]。

②為實現進水提升泵的自動控制，在進水泵井處安裝了2臺超聲波液位計，用以測量泵井的水位，實時傳輸到PLC控制器及上位機，進行系統分析。根據測量值對應控制程序，自動控制提升泵的運行組合。這樣可以根據廠外來水量準確及時地調整泵運行狀態，減少設備疲勞，同時可以取消傳統泵站三班倒的人力資源耗費。

3.3 電氣控制電路的設計

①格柵電機的電路設計。

格柵電機用來控制格柵的運行來截留較大的懸浮物或漂流物，以減輕后續各工藝段的處理負荷。格柵電機控制原理為：控制分為電控柜就地控制和PLC遠程控制，主要通過雙向開關SA0來選擇，當開關SA0撥向2時（電控柜就地控制），按動起動按鈕SB2，由于停機按鈕SB1和熱繼電器FR1為常閉狀態，電路導通，交流接觸器KM1通電動作，KM1的一個常開觸點也動作（變為導通狀態，即電機的運行狀態）。此時，松開起動按鈕SB2，由于KM1的一個常開觸點閉合將SB2短接，所以交流接觸器KM1保持通電狀態，它的主觸頭導通，電機起動。停機時，按動停機按鈕SB1，由于SB1為一常閉按鈕，所以按動時變為斷開狀態，下面的交流接觸器便停止供電，自動斷開，其常開觸點也為斷開狀態，電機停止運行。如果電機運行在過載狀態下，當達到一定時間時，熱繼電器FR1動作，交流接觸器KM1由于斷開電源斷開，電機停止，并且無法自動起動。

電機的遠程控制是通過控制自控柜中的直流繼電器的吸合來實現。當雙向開關轉向3時，此時，即使電機為運行狀態，由于交流接觸器的斷路，也將自動停機。3導通時，PLC檢測到相應的信號，即認為電機為遠程控制。當PLC認為應該起動電機時，控制24V繼電器KA1吸合，從而交流接觸器KM1吸合，電機起動，運行信號經過KM1的一個常開觸點反饋到PLC的狀態輸入端。

②曝氣機電路的設計。

曝氣池處理段主要通過變頻器來控制羅茨風機的轉速，來調節曝氣池中的含氧量，使微生物能夠正常的分解有機物而達到凈化污水的目的。

變頻器R1，S1，T1端子接外部輸入電源，U1，V1，W1接曝氣機，曝氣機的起停控制主要通過PLC控制信號對變頻器的啟動端子RUN的控制來完成。曝氣機的電氣控制原理如圖3。GOJ為點動控制，按下電機起動，放開則停止，可用來測試電機是否能夠正常運行。A、B、C三點為故障繼電器輸出端，在有故障時，AC兩點閉合（導通）、BC兩點斷開（不通）。A、B兩點任選其一接入PLC控制電路即可起到對電路的保護作用。

4 結論

在本控制系統中，PLC作為最重要的基本控制單元，具有很高的可靠性、靈活性。系統具有造價低，能耗較小的諸多優點，日常維護管理工作量較少，能夠滿足污水處理的相關要求，且在系統硬件組成不發生大規模調整的情況下可通過更改軟件設置實現多種運行方式的調整，具有良好的社會效益和經濟效益。

參考文獻：

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[2]殷長江.基于西門子S7-300PLC的生活污水處理廠自動控制系統[J].自動化與儀器儀表，2012，（5）：120-121.

[3]王強，馬卓.基于PLC的生物氧化法污水處理控制系統設計探索[J].吉林工程技術師范學院學報，2012，28（3）：72-74.

篇8

關鍵詞：污水處理；AAO工藝；自動化儀表；自動控制系統

Abstract: the sewage treatment plant to automatic control system should not only security process equipment running water stability also to meet standards and saving energy and reducing consumption demand. This paper expounds the AAO sewage treatment process automation instrument Settings and the design of the automatic control system, in order to get good technical and economic indexes, and can have a long-term, stable and efficient operation.

Keywords: sewage treatment; AAO process; Automation instrument; Automatic control system

中圖分類號：[TU992.3] 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著社會的進步，人類對環境保護越來越重視，國家對各個污水處理廠的排放標準也有了更高的要求，因此在新建污水處理廠中，AAO工藝越來越多的被應用，已達到更好的脫磷除氮的效果。AAO工藝處理流程主要分四階段：預處理階段，生化處理階段，深度處理、出水階段以及泥處理階段，以下分別探討各個階段中儀表自動控制系統的設計。

一、 預處理階段

該階段主要包括粗格柵及進水泵房、細格柵及沉砂池以及進水水質檢測、計量。主要需要參與聯鎖控制工藝設備為粗格柵、污水提升泵、細格柵等。因此需要設置的自動化儀表為：

 在粗格柵前以及進水泵房分別設置超聲波液位計1套，利用2套超聲波液計檢測的液位值，由上位機計算出液位差值來控制粗格柵的運行、停止；利用進水泵房的超聲波液位計來控制污水提升泵的啟動、停止。由于超聲波液位計檢測的液位值是連續的，因此可根據工藝要求，只用1套超聲波液位計即可在上位機通過軟件實現對多臺污水提升泵的啟動停止控制。

 在細格柵前后設置超聲波液位差計，直接檢測細格柵前后的液位差值，以控制細格柵的運行、停止。

 在細格柵后還應該根據國家環保部門要求，對污水處理廠進水水量、酸堿度（PH）、濁度（SS）、生物需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）等檢測，相應的需要設置電磁流量計、在線PH測定儀、在線SS測定儀、在線COD分析儀以及在線氨氮分析儀。該部分儀表檢測的數據不僅需要上傳到污水處理廠控制室，還需要上傳到當地環保部門。

在儀表設置上，粗格柵采用超聲波液位計而細格柵采用超聲波液位差計主要從經濟指標上考慮，粗格柵后面的超聲波液位計及參與粗格柵前后液位差的計算又可參與污水提升泵的控制。

二、 生化處理階段

該階段主要包括AAO生物反應池（主要分為厭氧池、缺氧池以及好氧池）、鼓風機房、污泥泵房、二沉池以及加藥部分。主要需要參與聯鎖控制的工藝設備為鼓風機以及回流污泥泵等，生物處理階段是整個污水處理廠的核心部分，是影響出水水質的關鍵。同樣也是整個處理過程中自動化控制最復雜的部分。需要設置的自動化儀表主要有：

 在AAO生物反應池的厭氧池設置在線氧化還原電位（ORP）測定儀，檢測厭氧池的厭氧程度；在缺氧池設置在線溶氧（DO）測定儀，檢測缺氧池的溶氧濃度值；厭氧和缺氧的溶氧值控制污泥回流量，為污泥反硝化和磷的釋放提供良好的反應條件，確保生物除磷、脫氮的效果。在好氧池的中部以尾部設置在線溶氧（DO）測定儀以及在線污泥濃度（MLSS）測定儀，檢測好氧池的溶氧濃度值以及污泥濃度值。

 在鼓風機的出風管設置熱值式空氣流量計以及壓力變送器，熱值式空氣流量計既可以檢測鼓風機的曝氣量又可以檢測空氣溫度。

 在污泥泵房設置超聲波液位計，檢測污泥泵房的液位值，用于對污泥泵的啟動、停止控制。

鼓風曝氣系統的控制：作為廠區的控制關鍵，控制水平的高低直接關系到整個污水處理廠的經濟、合理運行。傳統方法中主要采用溶氧單回路定制調節或者溶氧、流量串級調節的方法，由于鼓風曝氣系統的非線性，大滯后性、多擾動性、決定傳統的PID調節方法在控制的實時性，準確性都有一定的欠缺，并且能耗相對高，因此為了節能降耗，越來越多的智能型精確曝氣系統被運用到實際中，智能型精確曝氣系統的模型能在其控制過程中根據系統的在線數據（溶氧值、壓力、溫度、流量、PH）自動的優化調整，可以實現間歇曝氣、微量曝氣、正常曝氣以及溶解氧分布控制等各種復雜的的曝氣方案，并且根據曝氣量的需要，通過鼓風機MCP控制柜實現對多臺鼓風機的循環啟停，變頻控制等，譬如當下比較流行的AVS（Aeration Volume control System）精確曝氣系統。

三、 深度處理、出水階段

該階段主要包括濾池(高效濾池/濾布濾池等)、紫外線消毒渠以及出水水質、流量檢測部分。深度處理各個部分的設備一般成套化，有獨立的控制系統，水力學控制模型比較成熟。出水部分主要設置電磁流量計、在線PH測定儀、在線SS測定儀、在線COD分析儀、在線氨氮分析儀以及在線TP(總磷)分析儀。該部分儀表檢測的數據也既需要上傳到污水處理廠中央控制室，也要上傳到當地環保部門，做為污水廠收費以及達標排放的依據。

四、 泥處理階段

泥處理階段主要指剩余污泥的脫水、濃縮、暫時儲存以及外運等，是整個污水處理工藝的附加階段。污泥的堆肥或者焚燒發電等處理方法是現階段污泥處理中比較先進的工藝，也有利于實現循環經濟和廢物的利用。

單獨的自動化儀表僅做為檢測執行級是不能夠滿足廠區的自動控制運行，根據集散型控制系統的原理，一個完整的控制系統由檢測執行級、現場控制級以及中央監控級組成。綜合污水處理工藝過程、構筑物布局、設備和檢測儀表分布等相關因素，可在每個工藝處理階段設置一個現場控制站PLC，現場控制站PLC做為現場控制級負責各個工藝處理階段工藝設備運行數據以及自動化儀表數據的采集、控制。中央監控級主要由互為熱備的兩臺中央監控計算機組成，并設置相應的數據庫存儲服務器以及投影儀、打印機等附屬管理設備。所有的工藝設備均采用手動（就地）、自動（遠程）兩種控制方式，手動－自動控制轉換由設備就地控制箱上的轉換開關實現。二種控制方式手動優先，自動次之。

中央監控級通過組態軟件能直觀的對整個工藝流程進行動態模擬，趨勢分析，對整個污水處理過程實行實時監控，實時接收跟蹤PLC數據，并對實時數據和歷史數據分析處理，并且制表打印等，污水廠的三層控制結構保證了生產過程的獨立性和安全性。

現場控制級與中央監控級之間采用100M光纖快速工業以太網，組成環形冗余結構，100M光纖快速工業以太網傳輸距離遠和網絡速度快的特性適應了中央監控級覆蓋全廠地域的特點和大數據量交換的要求。冗余的通訊網絡避免了單一線路故障帶來的系統失效，大大提高了可靠性。以太網的應用符合現代化信息技術的發展的趨勢，靈活的拓撲形式和開放的網絡協議以便于系統擴展。

隨著經濟的發展,生產生活自動化水平的提高是必然的趨勢,關鍵要實現設計的自動化水平和應用水平相結合,因此在線檢測儀表與自動控制系統以適用、可靠、先進、經濟為基本原則，充分考慮處理規模、工藝特點等綜合因素，對污水處理過程進行實時監測和控制，保證出水水質、安全生產、降低運行成本，獲得良好的經濟技術指標。同時可以減輕勞動強度，提高勞動效率和效益，使污水廠的資源最優組合，有效的節約能源。

參考文獻

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［2］ 廣東工業大學.電氣控制與可編程控制器技術(第2版).北京.機械工業出版社,2005

篇9

關鍵詞：污水處理；SBR池；自動控制；變頻控制

中圖分類號：TM571 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0040-02

1 研究背景

城陽城區污水處理廠生物池潷水器按時序運行、間歇出水。由于出水流量變化波動大，在水量變化最大和最小時對后續的深度處理單元砂濾池運行造成較大影響，砂濾池運行峰值水量為2 700 m3/h，而生物池出水最大值為4 000 m3/h。在最大水量情況下容易造成對砂濾池沖擊，使砂濾出水中SS濃度偏高，出水水質超標。

2 工程現狀

青島雙元水務有限公司的一期采用SBR+MBBR工藝，屬間歇出水的SBR工藝，實際運行中生物池按時序運行，交替出水。SBR生物池如圖1所示。水量變化范圍在300～4 000 m3/h之間，對后續升級改造砂濾池造成較大影響，水量曲線圖如圖2所示。

3 存在的問題

由于生物池出水流量波動大，升級改造工程中也考慮二級出水建設調節池，但受土地空間及工期實際影響，只在原有接觸池改造，但受池容影響，并不能在二級出水流量波動下對水量進行“削峰填谷”調節，一定程度上影響了連續流砂濾池運行，影響出水水質的穩定。

4 分析研究及解決方案

SBR生物池潷水器與后續深度處理單元提升泵不具備聯動功能，在潷水階段，潷水器控制器不能根據生物池水位高度和運行時間進行頻率調節，控制下降速度，從而造成潷水中段水量開始偏高，一直延續至潷水結束。

深度處理單元4臺提升泵的控制策略為根據泵房和接觸池水位高度進行開啟臺數及頻率調節，如圖3所示。

在潷水中段大流量狀況下，隨著水位的快速上漲，提升泵開啟臺數及頻率均增加，砂濾池水量隨之增加，最高流量可達4 000 m3/h。運行中提升泵不能根據潷水器的下降信號、頻率等參數“提前量”運行，提前控制泵房水位。

為解決生物池潷水階段出水流量不穩定及相鄰潷水器交接過程中出水間斷問題，保持出水流量相對連續，避免流量波動，減小水量波動，實現深度處理單元出水流量基本保持區間800～2 500 m3/h內穩定，改造方案主要在潷水器控制系統和深度處理提升泵變頻器控制系統兩方面進行控制改造研究。深度處理提升泵如圖4所示。

潷水器控制系統改造主要對外方控制方法破解并分析，理解及吸收。在程序設計模塊增加變頻器數據計算參數，并對原有的控制程序梯形圖進行優化。

①由于潷水器下降速度與運行時間和基準頻率存在算法關系，根據實際運行經驗，適當增加潷水器下降基準速度，根據現場試驗及值班人員反饋，頻率基準值在7%～11%左右，修改現場控制觸摸屏程序，實現了人工設置，方便值班人員。

②潷水器開始啟動時出水口與水面有一定落差，經過多次現場調查、分析，可在潷水器收到啟動信號后180 s，變頻器已相對較高頻率（20 Hz）運行，以使出水口盡快與水面接觸，延長出水時間。

③潷水器在最底部時，延長潷水器停留時間，增加生物池出水量。

深度處理單元關鍵技術主要是程序設計增加數組通訊傳送指令，讀取潷水器控制器參數，在提升泵程序中引用。提升泵變頻器在與泵房水位聯動的基礎上，聯動了潷水器運行參數，在潷水器下降前運行提升泵，水泵進入低水位運行程序；在潷水器上升前，加入提前量參數適當降低運行頻率進入高水位運行程序；在潷水器不出水階段，保證水量基本滿足砂濾最小水量要求，程序通訊圖如圖5所示。

通過長時間的調試運行，潷水器及提升泵控制系統研究改造取得了較好的效果，對比以前的水位曲線，調節曲線如圖6所示。

項目完成后，根據對該研究項目的跟蹤，城陽污水處理廠生物池潷水器控制系統改造應用研究達到了項目任務目標，通過對SBR生物池潷水器運行速度和提升泵控制系統的改造研究，解決生物池潷水階段出水流量不穩定及相鄰潷水器交接過程中出水間斷問題，保持出水流量相對連續，避免出現流量波動，減小水量波動對后續處理單元的影響。

5 存在的不足

城陽污水處理廠生物池潷水器控制系統改造應用研究達到了預期目的，運行中也取得了良好的效果，但也存在不足之處，如實際運行中如污水廠或生物池水量發生變化，并不能及時反饋到潷水器控制系統中，從而造成潷水器只按預設程序運行，偶爾造成水量波動，還是會影響后續污水處理單元運行。受接觸池容影響，單純靠變頻并不能對水量波動“削峰填谷”調節，一定程度上影響連續流砂濾池運行。下一步可考慮在生物池潷水器增加浮球開關及現場信號采集模塊，增加對現場設備的參數采集，較好地反饋現場實際運行情況。

參考文獻：

篇10

關鍵詞：污水處理 自動控制

一:前言

城市生活污水是城市發展過程中的產物，早期的城市生活污水處理主要是通過污水收集系統排放到附近下游水體之中，利用水體的稀釋以及水體自凈作用來進行簡單的處理，但是隨著我國國民經濟的迅猛發展，城市規模不斷擴大，人口數目增長迅速，隨之而來的是城市生活污水的水量不斷加大，水質也越來越復雜，僅僅依靠稀釋及水體自凈作用處理過的污水已經無法滿足達標排放的要求，會對下游水體產生較大的污染和影響。在這種情況下，我們就不得不采取措施加大對城市生活污水的處理力度，以改善不斷惡化的水環境污染趨勢。

在城市污水處理廠的管理方面，早期主要是由技術人員現場檢測、調試，由于處理廠的處理構筑物較多，需要進行實時檢測的項目指標多而復雜，例如:進出水pH值、進水流量、曝氣池溶解氧量等等，如要對這些指標逐一實時檢測，無疑會耗費大量的人力物力。隨之我國工業化進程的迅速發展，自動控制系統漸漸應用到污水處理工藝過程監測過程當中，并且取得了相當好的效果，既節省了人力資源又節約了能源，有著廣闊的發展前景。近年來，各地相繼利用外資建設了一批城市污水處理廠，將先進的工藝及設備引進國內，在提高工藝設備技術水平的同時，控制系統和管理水平也有了很大的提高。結束了以往污水處理全部用人工或簡單的電器控制的落后局面。

發達國家在二級處理普及以后投入大量資金和科研力量加強污水處理設施的監測、運行和管理，實現了計算機控制、報警、計算和瞬時記錄。美國在20世紀70年代中期開始實現污水處理廠的自動控制，目前主要污水處理廠已實現了工藝流程中主要參數的自動測試和控制。80年代以來在美國召開了兩次水處理儀器和自動化的國際學術會議，會上發表的數百篇論文反映出水處理自動化已發展到實用水平[1]。與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，進入90年代以后污水處理廠才開始引入自動控制系統[2]，但多是直接引進國外成套自控設備，國產自動控制系統在污水處理廠應用很少。

二: 湛江市赤坎水質凈化廠簡介

本文以廣東省湛江市赤坎水質凈化廠為例，簡要介紹了自動化控制系統在該廠污水處理工藝過程中的應用情況，并提出了尚需解決的問題。

赤坎水質凈化廠是湛江市的重點工程，一期工程日處理量為5萬噸/天，主要生物處理工藝采用的是“A2/O微曝氣氧化溝”法。該廠的處理工藝流程如下：

該廠采用的自動化控制系統主要包括以下幾個部分：中央控制室監控設備，可編程控制器（PLC）部分，檢測儀表部分，避雷部分，閉路監控部分。目的在于使廠方能夠及時了解和掌握污水廠處理過程的運行工況、工藝參數的變化及大小、優化各工藝流程的運行，保證出水水質，降低處理成本，節省能耗，提高運行管理水平，使污水處理廠能長期正常穩定地運行，取得最佳效益。

三: 系統控制說明

該廠主要在以下工藝過程中設置了自動控制系統：

1：在粗、細格柵前后均設置了超聲波液位差計，并在現場及中央控制室電腦顯示器上實時顯示粗、細格柵前后液面的液位差值。根據本廠的處理水質水量設定了工藝值，當前后液位差值大于或等于該工藝值時，可以自動實現對粗、細格柵的連鎖啟停。

2：在進水管中安裝了電磁流量計，實時測量進水流量并在現場及中央控制室電腦顯示器上顯示預處理進水泵站的液位值，并自動根據該液位值的高低控制三臺進水提升泵的啟停，使三臺提升泵的運行時間基本上保持平衡，并在電腦上顯示出各臺提升泵的啟停狀態。在調節池中設置了pH計，可以測定瞬時進水pH值，以反映進水水質是否符合處理要求。進水pH值的設定要求范圍是4.0～9.0，當進水pH值不在此范圍內時，中控室電腦上會發出聲光報警信號，并自動關閉進水閘門，以保證出水水質。

3：在氧化溝厭氧池中設置氧化還原電位（ORP）在線測定儀一臺，在缺氧池及好氧池中分別設置溶解氧（DO）在線測定儀兩臺，在現場及中控室電腦上均可實時顯示測定值，本廠的氧化溝厭氧池ORP一般在－200mv左右；缺氧池DO一般在1.0 mg/L左右；好氧池DO一般在2.0～2.5mg/L左右。當監測到的實時值不在設定值范圍內時，中控室電腦上會發出聲光報警信號，工作人員可據此決定鼓風機開啟的臺數和曝氣量，在保證溶解氧在正常范圍內的基礎上為用戶節省了能源消耗。并通過切換主機、副機的運行狀態，使三臺鼓風機的累計工作時間基本相等。

4：在好氧池中設置污泥濃度計兩臺，實施監測好氧池中的污泥濃度，當池中污泥濃度較大時，會及時減少二沉池中的污泥回流量，增加排泥；當濃度較小時時，會適當增加污泥回流量。以上控制過程均可以在中央控制室內根據監測數據進行遠程控制。

5：在二沉池中設置一臺泥位計，當在線監測泥位值偏高時，可自動調節刮吸泥機、排泥設備，將剩余污泥外排，防止沉淀污泥發生腐敗。

6：在出水池中設置pH計、COD在線測定儀、污泥濃度計各一臺，并在現場及中控室實時監測顯示測定值，工作人員可隨時掌握出水水質情況，并判定出水是否達標排放。赤坎水質凈化廠出水要求達到國家二級標準。

四: 總體評價及存在的問題

本廠所采用的污水處理自動化控制系統借鑒了國內外先進的計算機軟、硬件技術，控制理論及算法，實現了污水處理全過程自動智能控制，節省了人力資源，能夠及時、準確地反映工藝過程中各個工藝參數的變化情況，并通過聲光報警，數據溢出時自動暫停設備等方式提醒工作人員根據參數變化及時做出調整對策，保證整套處理過程長期穩定、高效地運行。

自動化控制應用于污水處理工藝過程，在國外已有許多成功范例和典型工程實例，近年來，我國也有許多污水處理廠借鑒國外先進技術，將自動化控制合理地應用到污水處理工藝過程當中，并且取得了良好的效果。但是在兩者相結合的過程中仍然存在許多問題，現作如下總結：

1：污水處理自動控制系統中所采用的一些自動化檢測設備、儀表、閥門的功能和精度目前還很不完善，在實際應用中達不到預期的效果，誤差很大，因此，如果單純依靠這些檢測設備來判斷污水處理情況并實施自動控制，往往很難達到處理水質達標排放和節約能源的目的。

2:雖然許多污水處理廠采用ORP、DO、pH值作為參數來控制出水水質，調節曝氣量，但是當控制器無法找到ORP特征點時，污水處理系統仍然會按照時間來控制整個處理過程。

3：污水水質的監測與控制存在滯后問題，例如根據好氧池中的DO來控制鼓風機的曝氣風量，由于生化處理系統本身是處于動態平衡當中的，操作人員通過在線實時監測發現DO偏低（或偏高），并通過調節鼓風機葉輪轉速來實現增加（或減少）曝氣量，在此過程中，DO值監測與鼓風機風量調節之間的滯后可能會導致鼓風機無法準確地根據好氧池中實際溶解氧的濃度來提供曝氣量，難以真正達到節能的目的。

4：儀器設備維護難度大。例如pH計、污泥濃度計、泥位計等儀器均有嚴格的使用維護要求，包括接觸探頭的定期清洗、標定，設備損耗維修等等，并且現階段我國污水處理廠大都采用是進口設備儀器，價格昂貴，這也在一定程度上增加了污水處理廠的投資費用。

五: 結語

現今我國污水處理廠多是采用國外進口設備與控制系統，價格高，維護困難。并且目前我國國產的在線分析測定儀器設備還不能達到精度要求，因此，進行我國自主研發設計制造自動化控制系統，并提高儀器設備的測量精度和質量，降低維護費用，是我們現階段以及今后污水處理廠自動化控制系統發展的主要方向。

參考文獻