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摘要：评述大型城市污水处理厂综合智能自动化控制系统，探讨最新自动化控制系统在本行业的应用及发展方向。
关键词：污水处理 综合智能自动化 DCS和PLC技术
1、概述
近年来，各地相继建设了一批大型城市污水处理厂，将先进的工艺及设备引进该类项目，在提高工艺设备技术水平的同时，控制系统和管理水平也有了很大的提高。
污水处理成套设备综合智能自动化系统对污水处理运行过程的全面控制及全厂管理系统进行研究开发，实现污水处理全过程的自动化控制和现代化管理。
针对自动化系统的发展趋势及现污水处理厂的一些现状，将现场总线技术，智能控制，故障诊断及常规DCS和PLC技术作为开发的重点。
系统按纵向分层，横向分站的原则构造，纵向分为远程终端，计算机集成生产系统，控制网络和现场设备及各层面。横向则根据污水处理工艺划分为若干个控制站，用户可根据自己的实际情况，合理地选择系统的配置。针对污水处理工艺过程，开发并应用智能化控制软件，实现污水处理工艺运行参数以及运行过程的自动控制。
工艺运行的控制系统可划分为污水泵及三索格栅自动化控制、预处理工序自动控制、曝气池溶解氧与鼓风曝气自动控制、曝气池混合液浓度与污泥回流自动控制、二沉池泥水界面检测及排泥自动控制、污泥脱水工序自动等六个控制单元。
2、各单元智能自动化控制系统
2.1 污水泵及三索格栅自控系统
污水泵单元设有污水泵，通过变频器控制或自耦启动。中控室DeltaV控制污水泵运行。为满足系统控制的要求，在电气控制部分增加了远程控制功能，在远程控制状态时，DeltaV控制其运行。三索格栅的运行间隔根据进水量的大小确定。
2.2 污水预处理工序自控系统。
（1）旋流沉沙池和砂水分离器控制系统
该系统电气控制元件多，动作复杂，为此采用PLC做主控制器，控制方式为自动，中控，手动三种。
（2）一沉池自控系统
沉淀池有电动排泥阀及刮沫机。电动排泥阀具有现场手动和远程操作功能，刮沫机的控制信号也同样反馈到上位机的PLC中，主控制器按工艺要求分别对刮泥机，电动排泥阀门按时间函数进行控制。
2.3 曝气池溶解氧与鼓风曝气自控系统
该系统由鼓风曝气装置电动调节阀、溶解氧传感器及DeltaV控制器组成。各曝气池溶解氧含量的控制由溶解氧传感器，控制器，综合参数流量控制器，电动调节阀构成串级控制回路，通过调节阀门开度使溶解氧保持在工艺要求的范围之内，鼓风曝气总量控制回路由溶解氧传感器，综合参数流量控制器和变频调速器构成。通过调节风机转速控制鼓风总量的大小，在满足曝气池供氧量的前提下，降低鼓风机电耗。
2.4 曝气池混合液浓度与污泥回流自控系统
该系统为串级控制回路组成，每个回路中包括混合液浓度传感器和控制器，回流污泥流量传感器和控制器以及电动调节阀等。
在混合液浓度控制系统的内环，由于执行机构-电动调节阀和检测仪表-多普勒流量计均有一定的纯滞后时间，对于这种控制现象使用常规控制效果较差，所以采用了采样值PI控制作为串级控制系统的控制器。为使回流污泥调节阀的动作不至太频繁，混合液浓度控制系统的控制器采用采样-保持式增量控制"方式，这种控制方式是模拟人工控制的方式进行的，控制器每隔一段时间采样检测一次混合液浓度，将该值与前一次监测值进行比较，得到在区间内的变化量，再根据当前混合液浓度与混合液浓度控制范围的中值的差，计算出主控制器对从控制器的给定流量。
2.5 二沉池泥水量界面检测及排泥控制系统
该系统由泥水界面计，无线数据传输装置和工业控制机组成。采集的二沉池泥水界面值通过无线发射模块送到无线接收模块，再通过RS--485总线传输到中控室的工业控制机。
排泥控制系统中的DeltaV系统，污泥回流泵变频器，排泥电动阀等作为系统的控制和执行单元，完成对二沉池泥水界面值的控制。
2.6 污泥脱水工序自控系统
根据污泥量，污泥浓度调节絮凝剂的投入量，使污泥脱水过程在最佳絮凝状态下运行，改变污泥脱水工序无计量，无检测的人工经验式的工作状态，实现污泥脱水工序生产过程的自动控制，建成运行过程主要工艺参数的在线监测及参与实时控制的自动化系统。
根据污泥脱水工艺流程和需要控制的设备的数量，仍以PLC做为控制计算机。控制方式分别采用手动和自动。
手动运行方式下，可按照工艺要求，根据现场设备状况及污泥和絮凝剂的反应情况，进行手动操作。阀门控制器和定量控制器，也设为手动/自动两种工作方式，在手动工作方式下，由面板上的按键直接操作。
在自动运行阶段，关键是控制阀门开度和定量泵加药量，定量泵转速，和给泥阀的开度。但由于加药量和阀门开度控制都有一定的延时，所以，关于给泥阀和加药泵的控制是一个带有滞后的多因素的非线型控制，为使控制准确，需增加智能控制，选择专家系统对阀门开度和定量阀进行控制。阀门开度控制在0～100%之间，定量泵的流量控制在0～300m3/h之间，由PLC的模拟量的输出对阀门开度和定量泵的转速进行控制。
3、结束语
总之“污水处理成套设备综合智能化自动化系统”的实施不仅提高了污水处理厂生产运行的管理水平和科技含量，同时降低运营成本、节约能源、利于环保。
关键词：污水处理 综合智能自动化 DCS和PLC技术
1、概述
近年来，各地相继建设了一批大型城市污水处理厂，将先进的工艺及设备引进该类项目，在提高工艺设备技术水平的同时，控制系统和管理水平也有了很大的提高。
污水处理成套设备综合智能自动化系统对污水处理运行过程的全面控制及全厂管理系统进行研究开发，实现污水处理全过程的自动化控制和现代化管理。
针对自动化系统的发展趋势及现污水处理厂的一些现状，将现场总线技术，智能控制，故障诊断及常规DCS和PLC技术作为开发的重点。
系统按纵向分层，横向分站的原则构造，纵向分为远程终端，计算机集成生产系统，控制网络和现场设备及各层面。横向则根据污水处理工艺划分为若干个控制站，用户可根据自己的实际情况，合理地选择系统的配置。针对污水处理工艺过程，开发并应用智能化控制软件，实现污水处理工艺运行参数以及运行过程的自动控制。
工艺运行的控制系统可划分为污水泵及三索格栅自动化控制、预处理工序自动控制、曝气池溶解氧与鼓风曝气自动控制、曝气池混合液浓度与污泥回流自动控制、二沉池泥水界面检测及排泥自动控制、污泥脱水工序自动等六个控制单元。
2、各单元智能自动化控制系统
2.1 污水泵及三索格栅自控系统
污水泵单元设有污水泵，通过变频器控制或自耦启动。中控室DeltaV控制污水泵运行。为满足系统控制的要求，在电气控制部分增加了远程控制功能，在远程控制状态时，DeltaV控制其运行。三索格栅的运行间隔根据进水量的大小确定。
2.2 污水预处理工序自控系统。
（1）旋流沉沙池和砂水分离器控制系统
该系统电气控制元件多，动作复杂，为此采用PLC做主控制器，控制方式为自动，中控，手动三种。
（2）一沉池自控系统
沉淀池有电动排泥阀及刮沫机。电动排泥阀具有现场手动和远程操作功能，刮沫机的控制信号也同样反馈到上位机的PLC中，主控制器按工艺要求分别对刮泥机，电动排泥阀门按时间函数进行控制。
2.3 曝气池溶解氧与鼓风曝气自控系统
该系统由鼓风曝气装置电动调节阀、溶解氧传感器及DeltaV控制器组成。各曝气池溶解氧含量的控制由溶解氧传感器，控制器，综合参数流量控制器，电动调节阀构成串级控制回路，通过调节阀门开度使溶解氧保持在工艺要求的范围之内，鼓风曝气总量控制回路由溶解氧传感器，综合参数流量控制器和变频调速器构成。通过调节风机转速控制鼓风总量的大小，在满足曝气池供氧量的前提下，降低鼓风机电耗。
2.4 曝气池混合液浓度与污泥回流自控系统
该系统为串级控制回路组成，每个回路中包括混合液浓度传感器和控制器，回流污泥流量传感器和控制器以及电动调节阀等。
在混合液浓度控制系统的内环，由于执行机构-电动调节阀和检测仪表-多普勒流量计均有一定的纯滞后时间，对于这种控制现象使用常规控制效果较差，所以采用了采样值PI控制作为串级控制系统的控制器。为使回流污泥调节阀的动作不至太频繁，混合液浓度控制系统的控制器采用采样-保持式增量控制"方式，这种控制方式是模拟人工控制的方式进行的，控制器每隔一段时间采样检测一次混合液浓度，将该值与前一次监测值进行比较，得到在区间内的变化量，再根据当前混合液浓度与混合液浓度控制范围的中值的差，计算出主控制器对从控制器的给定流量。
2.5 二沉池泥水量界面检测及排泥控制系统
该系统由泥水界面计，无线数据传输装置和工业控制机组成。采集的二沉池泥水界面值通过无线发射模块送到无线接收模块，再通过RS--485总线传输到中控室的工业控制机。
排泥控制系统中的DeltaV系统，污泥回流泵变频器，排泥电动阀等作为系统的控制和执行单元，完成对二沉池泥水界面值的控制。
2.6 污泥脱水工序自控系统
根据污泥量，污泥浓度调节絮凝剂的投入量，使污泥脱水过程在最佳絮凝状态下运行，改变污泥脱水工序无计量，无检测的人工经验式的工作状态，实现污泥脱水工序生产过程的自动控制，建成运行过程主要工艺参数的在线监测及参与实时控制的自动化系统。
根据污泥脱水工艺流程和需要控制的设备的数量，仍以PLC做为控制计算机。控制方式分别采用手动和自动。
手动运行方式下，可按照工艺要求，根据现场设备状况及污泥和絮凝剂的反应情况，进行手动操作。阀门控制器和定量控制器，也设为手动/自动两种工作方式，在手动工作方式下，由面板上的按键直接操作。
在自动运行阶段，关键是控制阀门开度和定量泵加药量，定量泵转速，和给泥阀的开度。但由于加药量和阀门开度控制都有一定的延时，所以，关于给泥阀和加药泵的控制是一个带有滞后的多因素的非线型控制，为使控制准确，需增加智能控制，选择专家系统对阀门开度和定量阀进行控制。阀门开度控制在0～100%之间，定量泵的流量控制在0～300m3/h之间，由PLC的模拟量的输出对阀门开度和定量泵的转速进行控制。
3、结束语
总之“污水处理成套设备综合智能化自动化系统”的实施不仅提高了污水处理厂生产运行的管理水平和科技含量，同时降低运营成本、节约能源、利于环保。