您好, 歡迎來到化工儀器網
自動控制系統在污水處理行業的應用
1 概 況
隨著工業自動化技術的飛速發展和產品價格的不斷降低，PLC（Programmable Logic Controller）技術和SCADA（Supervision Control and DataAcquisition）系統的應用范圍和應用規模越來越大，大大加快了我國工業自動化的進程。近年來，隨著中央和各級地方政府對城市基礎設施建設和環境保護的高度重視，城市污水處理工程的建設正以的速度發展，決策人員、工程技術人員和運行管理人員所共同關注的一個方面就是怎樣提高和保證這些工程設施的功能、效率和管理水平，所以創建適合自己的自動控制系統，使污水處理工藝流程按*設計方案運行，就顯得尤為重要。
2 自動控制系統在污水處理行業中的實例
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程設計排水量80 000 t／d，總變化系數KX＝1．3，其中生活污水占65％，工業污水占35％，采用帶前置厭氧段普通活性污泥工藝。工藝流程如圖1所示。
進水水質設計為：COD≤330
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程自動控制系統采用集散式測控管理系統，控制系統采用PLC＋PC的監控方式，設置一個中央控制室和4個PLC現場控制站，分為管理層（中控室操作員站）、控制層（PLC控制站）和執行層（現場測量儀表）。中央控制室與現場之間通過Sattbus總線形式通訊。
圖1 工藝流程圖就地控制時PLC只能監測設備的運行狀態，由現場工作人員手動操作設備；在自動狀態下，中央控制室還具有自動（Auto）與手動（Manual）兩種控制方式：當處于Auto方式時，機器設備*由中央控制室計算機按程序設計要求控制，而中央控制室只能監測設備的運行狀態，此時使用的控制方法是PID（比例微分積分控制）調節，其數學表達式為：
其中：ΔP為調節器的輸出變化量；
Kp為調節器的放大倍數；
e為調節器的輸入，即偏差；
Ti為積分時間；
Td為微分時間。
當處于Mannal控制方式時，中央控制室人員可以通過SCADA系統遠程監控設備的運行，并通過計算機向機器設備發送指令。所用PLC均采用芬蘭Alaflaf公司生產的系列PLC，配置有開放式的網絡通信平臺，支持串行通信、現場總線通信。
分布控制系統示意圖如圖2所示。
2．1 中央控制室
隨著4C技術（computer，control，communication，CRT）及監控軟件的發展，使用上位機監控管理系統已成為大中型控制系統的流行趨勢，以PC機作為上位機應用于控制系統中能提供一種良好的人機界面，減輕操作人員的負擔，提高管理水平。本控制系統設有一個中央控制室，屬于管理層。內有一面模擬屏和2臺計算機操作員站。模擬屏可顯示全廠的工藝流程及主要控制參數以及全廠的設備運行狀態；2臺計算機操作員站操作系統為UNIX，組態軟件為Sattgraph1200。2臺計算機操作員站互為備用，他們均可各自獨立完成整個工藝過程的監控。操作員站具有以下功能：
（1）顯示工程設備的運行狀態，顯示工藝流程的動態參數，顯示相關參數的趨勢、歷史數據及歷史記錄。
（2）打印過程回路控制的參數給定值、報警記錄和班報表等。
（3）報警設有優先級管理，任意管理均在屏幕上顯示。
（4）在操作過程中，設有啟動、停止和選擇等軟手動操作功能。
（5）實現編程、組態和修改等，操作員站裝有功能強大的上位軟件，以便能方便、直觀地組態和編程。
組態軟件以UNIX操作系統為平臺，用來操作圖形、監控畫面和圖形內部管理。驅動程序用來構造和生成操作員站監控系統，提供了集數據采集、數據處理、流程控制、報警和報表打印等功能于一體的系統操作工具。圖形界面包括2大部分：主畫面和各個工藝階段和報表、報警的分畫面。主畫面有全廠的所有廠房、設施設備和管道流向，分別用不同的顏色和形狀表示，用來展示全部的工藝流程。分畫面用來顯示各個工藝階段的詳細參數和測量值，遠程控制也需要進入到分畫面進行操作。報表分畫面用于打印和輸出各個時段各個設備的歷史數據，報警分畫面用于設置報警級別、顯示報警原因等用途。
2．2 PLC控制站
污水處理過程的共同特點是開關量多，模擬量少，以邏輯控制為主，閉環控制為輔。本控制系統根據工藝流程和生產控制要求及現場位置情況，設有4個現場控制站，包括進水泵房及馬達控制中心、鼓風機房和脫水機房現場控制站。進水泵房和脫水機房及鼓風機房配有PLC操作員終端，可監視并控制PLC的運行狀態和顯示狀態，代替常規設備如按鈕、信號燈、數顯表，并具有報警功能。每個PLC均由電源、處理器、接口、輸入輸出模塊和通訊模塊組成，他們之間通過Sattbus總線連接，每個PLC均采用相同的編程方法，有利于程序的編寫和擴展。PLC工作方式為循環法，即每個周期掃描輸入端口一次，讀入輸入模擬量和數字量，存入程序制定的存儲單元；按照程序設計對每個模塊進行檢查，如發現錯誤，則運行相應的錯誤管理程序并報警；如各個單元正常，則通過輸出模塊管理各個設備的工作狀態，控制機器運行。同時對這個周期的輸入輸出數據進行保存，通過Sattbus總線傳遞到上位機，進行數據曲線顯示和報表打印。
2．3 現場測量儀表
污水處理廠的主要測量儀表有流量計、液位計、PH計、懸浮物濃度計、溫度計、壓力計、溶解氧計和取樣器等。其中流量計按測量物分為氣體流量計和液體流量計，按工作原理分為熱傳遞流量計和電磁流量計，分別用于測量鼓風機輸出的氣體流量和管道污水 39和污泥的流量。液位計用于測量積水池和出水口的液位，量程為0～10 m；PH計用于測量進水和曝氣池溶液的酸堿度。由于曝氣池是整個污水處理工藝的核心，所以曝氣池中的測量儀表作用非常重要，直接關系到污水處理質量。其中溶解氧計測量曝氣池中污水的含氧量和曝氣池中的微生物生存環境息息相關，必須控制在一個適合微生物生存的范圍。溶解氧計將測得的數據傳遞到控制鼓風機的Oxygard系統，和系統設定值比較，根據差值由系統自動調整鼓風機的出風電磁閥門，控制鼓風量，防止曝氣不足或曝氣過量。懸浮物濃度計測量曝氣池中污水的污泥濃度，傳感器將水中的光線轉換為電信號，變送器將電信號轉換成4～20 mA標準信號，傳遞到Oxygard系統，經PID環節運算，再輸出4～20 mA標準信號，控制鼓風量。曝氣池階段還有溫度計和氧化還原電位計等，也十分重要，測量和控制原理大體和溶解氧計與懸浮物濃度計相同。所有的現場測量儀表的測量值都及時傳送到中控室計算機操作員站，顯示到界面上。
3 結 語
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程從建成運行到現在已經7年了，其自動控制系統運行良好，控制*，達到了設計要求。由于其具有設計簡單、投資少、控制效果好、易維護等優點，很適合中小型污水處理廠采用。