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南京水務(wù)集團(tuán)有限公司 江蘇南京 210000

1 污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)分析

污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)在于確保水質(zhì)滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，從而有效實(shí)現(xiàn)污水的優(yōu)質(zhì)處理，確保排放達(dá)標(biāo)。結(jié)合污水處理廠的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)工藝要求，污水處理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要包括現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、計(jì)算控制系統(tǒng)以及PC+PLC 控制系統(tǒng)等模式。其中，在污水處理行業(yè)當(dāng)中應(yīng)用較多的模式為PC+PLC 控制系統(tǒng)，其在具體運(yùn)行過(guò)程中具有以下幾方面特點(diǎn)。

首先，污水處理廠通常都設(shè)有中控室，因此控制環(huán)境和條件相對(duì)較好，可以對(duì)高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行應(yīng)用，使其作為處理廠的管理和操作監(jiān)控站。而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)則可以根據(jù)具體控制要求和設(shè)備數(shù)量配置不同型號(hào)的PLC，從而提升控制系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比。

其次，PC+PLC 控制系統(tǒng)具有集中管理和分散控制的特點(diǎn)，可以采用分層分布式控制的方式，對(duì)于監(jiān)控站和中控室則可以應(yīng)用冗余設(shè)計(jì)，從而有效保證操作系統(tǒng)的安全性。污水處理廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備多為順序控制，因此采用分布式的PLC 可以使多數(shù)設(shè)備的自動(dòng)控制功能得到獨(dú)立完成，使系統(tǒng)具有分散和高效的優(yōu)勢(shì)。

最后，PC+PLC 控制系統(tǒng)能夠根據(jù)污水處理廠的工藝流程和建筑物較為分散的特點(diǎn)，形成十分靈活的通訊網(wǎng)絡(luò)，并在中控室PC 當(dāng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，優(yōu)化處理和調(diào)度相關(guān)環(huán)節(jié)[1]。

圖1 污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖

2 污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

根據(jù)我國(guó)污水處理行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，隨著我國(guó)工業(yè)水平的有效提高，污水處理行業(yè)的發(fā)展速度也在不斷加快，并從國(guó)外引進(jìn)了許多先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)和設(shè)備，加快了我國(guó)污水處理行業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程，提高了自動(dòng)化水平。但由于我國(guó)污水處理行業(yè)的一些歷史成因以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展所存在的不均衡現(xiàn)象等，導(dǎo)致我國(guó)污水處理行業(yè)的自動(dòng)化控制水平對(duì)比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著一定的差距，而且發(fā)展也表現(xiàn)出了明顯的不平衡現(xiàn)象。在大中城市的水處理廠，特別是東部一些發(fā)達(dá)地區(qū)的大型水處理廠，在資金、設(shè)備以及工藝等方面的投入較大，因此自動(dòng)化程度相對(duì)較高，而一些中小城市和城鎮(zhèn)的水處理廠，自動(dòng)化程度普遍偏低。部分污水處理廠雖然實(shí)現(xiàn)了水處理自動(dòng)化控制，但相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備對(duì)比化工、電力等相關(guān)行業(yè)仍然有著較大的差距，沒(méi)有充分發(fā)揮出自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要功能[2]。

3 污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

污水處理廠需要保留原有的水處理子系統(tǒng)，對(duì)其應(yīng)用PLC 控制技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化改造，并要利用變頻技術(shù)對(duì)水泵泵站進(jìn)行改造，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化污水處理控制目標(biāo)。

3.2PLC 控制系統(tǒng)

PLC 控制系統(tǒng)在整體設(shè)計(jì)過(guò)程中是一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，需要對(duì)國(guó)際當(dāng)中工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的先進(jìn)PLC 技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，與污水處理廠的相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合。具體來(lái)說(shuō)，污水處理廠應(yīng)在保留現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，技術(shù)改造相關(guān)工藝和設(shè)備，通過(guò)運(yùn)用具有先進(jìn)性和可靠性的PLC 控制器，合理選擇水泵機(jī)組、閥門(mén)、儀表等設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)取水、沉淀、曝氣、加藥等環(huán)節(jié)的自動(dòng)化運(yùn)行。而在對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要統(tǒng)計(jì)設(shè)備的數(shù)量，了解控制要求，根據(jù)輸入輸出的點(diǎn)數(shù)選擇相應(yīng)的I/O 模塊數(shù)量，并留有一定的裕量；在與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接后，需要對(duì)每一個(gè)輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，確保連接無(wú)誤。在對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要熟悉污水廠的各工藝環(huán)節(jié)，確保編寫(xiě)的程序滿(mǎn)足工藝控制要求。

3.3 變頻控制系統(tǒng)

在污水處理廠泵站改造過(guò)程中，變頻技術(shù)是十分重要的一項(xiàng)手段，根據(jù)具體需要可采用恒壓控制或恒液位控制兩種方式。恒壓控制時(shí)，PLC 將采集的管道壓力值與預(yù)設(shè)的壓力值進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)PID 運(yùn)算，調(diào)節(jié)變頻機(jī)組的頻率及工頻機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在恒定的壓力下；恒液位控制時(shí)，則是利用采集的吸水井液位值與預(yù)設(shè)液位值進(jìn)行PID 控制，調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率。兩種模式下的預(yù)設(shè)值均可以人為設(shè)置，污水廠可根據(jù)工藝要求和實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，從而優(yōu)化污水廠的處理能力，同時(shí)兼顧節(jié)能效果[3]。

3.4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

當(dāng)PLC、單個(gè)設(shè)備的點(diǎn)動(dòng)等部分分別調(diào)試結(jié)束后，自動(dòng)控制系統(tǒng)需要進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，從而對(duì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，確保滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)需要配合工藝的要求，首先在單個(gè)站點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，在PLC 程序中需要開(kāi)放液位、壓力、流量等參數(shù)可供調(diào)試人員進(jìn)行輸入，使該站點(diǎn)的自動(dòng)運(yùn)行程序滿(mǎn)足工藝要求。當(dāng)所有站點(diǎn)調(diào)試完成后，再對(duì)全廠進(jìn)行整體聯(lián)調(diào)，通過(guò)對(duì)進(jìn)出水水泵機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)控制進(jìn)出流量，通過(guò)調(diào)節(jié)加藥泵電機(jī)頻率控制加藥量，及鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量控制曝氣量，最終確保出水水質(zhì)參數(shù)能夠滿(mǎn)足環(huán)保要求。除此之外，自動(dòng)控制系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式，從而有效保證污水處理系統(tǒng)的應(yīng)急運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前在污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中還存在著一些不足，這導(dǎo)致部分污水處理廠的自動(dòng)化水平相對(duì)較低。對(duì)此，需要污水處理行業(yè)對(duì)此加大重視，并要結(jié)合自身實(shí)際情況進(jìn)行充分考慮，以此來(lái)全面優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，使污水處理廠的自動(dòng)化控制水平得到有效提高，從而進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)污水處理行業(yè)的快速發(fā)展。