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摘要 隨着社会的不断发展与进步，我们越来越重视城镇生活污水处理厂自动化控制。在其过程中我们会遇到各式各样的问题，因此，我们要在完成任务并保证质量。本文主要介绍城镇生活污水处理厂自动化控制的有关内容。
关键词 城镇 生活 污水 处理 自动化 控制
Abstract: Along with the continuous development of society and progress, we pay more and more attention to urban sewage treatment plant automation control. In the process we can meet all kinds of problems, therefore, we have to finish tasks and guarantee quality. This paper mainly introduces the urban life sewage treatment plant automation control related content.
Key Words: urban, sewage, treatment, automation, control
中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国国民经济的迅猛发展，城镇的规模不断扩大，人口数目增长迅速，随之而来的是城镇生活污水的水量不断加大，水质也越来越复杂，仅仅依靠稀释及水体自净作用处理过的污水已经无法满足达标排放的要求，会对下游水体产生较大的污染和影响。在这种情况下，就不得不采取措施加大对城镇生活污水的处理力度，以改善不断恶化的水环境污染趋势。近年来。各地相继建设了一批城镇污水处理厂，并将国外先进的工艺及设备引进国内，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，结束了以往污水处理全部用人工或简单的电器控制的落后局面。
图1：污水处理工艺流程
1、自动化控制系统的基本组成
根据污水处理厂24h生产的连续性，各构筑物又较分散的特点．该工程采用可编程序控制器PLC+PC组成DCS集散型控制系统，即集中管理，分散控制．其中，一级集中管理，在综合楼中心控制室内设二台上位机为厂级调度(总站)；二级为区域控制室PLC分控站；三级为现场控制设备。该系统主干网络采用赫斯曼(HIRSCHMANN)的RS2系列交换机组成光纤工业以太网，现场总线利用屏蔽双绞线连接组成PROFI-BUS-DP现场总线通讯形式，完成现场设备与CPU间的数据交换和通讯；各PLC之间的数据交换采用MPI全局数据通讯，各PLC站能独立运行，中心控制室有优先控制权。若某PLC站故障停机，其它站仍可独立运行，各PLC站数据共享全双工通讯。
2自控系统的配置
2．1主站(中心控制室)
配置：中心控制室设有2台上位机，互为冗余又可独立控制，其中一台兼做工程师站；l台报表计算机，负责全厂运行数据的采集积累、报表打印、以及历史数据的整理保存。配备3台打印机，分别用于运行数据日报表、实时的生产记录及报警以及LCD监视器画面的打印。一台东芝投影仪用于将LCD上显示的监控画面大屏幕投影；所有供电系统配有UPS不间断电源，防止实然停电对自控系统造成冲击。功能：中心控制室负责全厂生产过程的调度、控制、管理以及信息处理。实时采集全厂生产过程中工艺仪表参数以及设备运行状态；通过LCD屏幕以动态画面显示出来；并具有文字报警和声音报警；能够通过曲线形式显示各个时间段内各种电气设备运行状态和仪表数据的瞬时和历史变化趋势。上位机的监控与数据采集系统为莱希莱特公司出品的InSite®可视化系统。此系统专门为污水处理厂与饮用水厂的自动化控制而设计，并且具有专门的设计功能如基于宏指令和与Si—maticS7PLC系统直接通讯，运行环境为InTouch Window Viewer 7．1通过InTouch Window Viewer7．1软件，中心控制室人员可以远程控制全厂所有的电气设备，操作人员通过调整被控设备运行参数的设置，可以令被控设备按程序全自动运行，人员无需干涉。
2．2 PLC分控站
该自控系统下设4个PLC分控站；所有PLC主分控站配备HMI操作面板(人机界面)，能够动态显示所辖泵房电气设备运行状态、仪表数据显示等；通过HMI操作面板，分控站操作人员可以手动控制设备的启、停；也可以将设备转换至自动运行模式。配置：4个PLC分控站采用西门子公司的S7-400系列PLC，S7-400由机架、电源模块(PS)、中央处理器(CPU)、数字量输入／输出(DI／DO)模块、模拟量输入／输出(AI／AO)模块、通信处理器(CP)、功能模块(FM)和接口模块(IM)组成。其中，CPU型号为CPU 414-2 DP，集成的PROFIBUS—DP接口使它能够作为主站直接连接到PROFBUS-DP现场总线，使得操作大大简化，CPU 414-2，能配置多达131072个数字量或81932个模拟量I／O；执行一条二进制指令仅需要O．1s；同时S7-400存储容量大，通过装载存储器(FEPROM或RAM)可以扩展到64MB；I／O可以扩展到21个机架；编程软件采用SETP7 v5．1，用户可以通过工程师站修改程序后将程序下载到PLC、也可将PLC程序上传至工程师站保存。
2．3现场测量采集信息系统
现场传感器测量仪表的主要作用是将自控系统所需要的各种数据信息通过一次现场仪表的采集后转换成标准数字信号，转送到计算机系统，并在就地仪表变送器、现场PLC和中控室内进行显示输出。污水处理系统所采用的仪表主要有：超声波液位计、液位差计；超声波流量计、电磁流量计、测风量选用的是涡街流量计；流量仪表可以显示瞬时流量和累计流量；PH计采用沉入式，带自动清洗功能，变送器能够显示PH值和温度；溶解氧测量仪(DO仪)采用沉入式，带自动清洗功能，变送器能够显示DO值和温度值。
3、系统功能及其原理
3．1系统工作原理
现场仪表对生产中各个参数自动、连续地进行检测，同时将信号传送给现场PLC．现场PLC通过计算后得出的数值在上位机的监控软件相应的画面和报表中显示出来；PLC和上位计算机监控软件中设定的工艺参数进行比较，自动地调节某台设备的工况（运行频率启动或停止)，也可手动对某台设备进行控制。从而满足生产的需要。
3．2自动控制过程
1) PLC 1#站。PLCl#站主要控制进水提升泵房及粗细格栅系统设备。主要监测数据为提升泵运行电流、频率，进水泵房超声波液位。粗细格栅超声波液位差及储泥池超声波液位。监控设备为：粗格栅、进水提升泵、细格栅，吸砂行车，砂水分离器，储泥池推流搅拌机。本站实现以下主要功能：根据进水泵房液位控制提升泵的启停，粗格栅前后液位差或时间周期控制格栅机的启停。粗格栅螺旋输送机与格栅机联动；根据液化控制提升泵的启停台数，按照运行时间，先开先停某台水泵；根据液位差或时间周期控制细格栅机的启停，细格栅螺旋输送机与细格栅机联动；实现砂水分离器和吸砂行车系统的联动运行。
2 PLC 2#站。PLC 2#站控制系统由PLC2柜，2-l#远程I/O柜．2-2#远程I/O柜组成。PLC2柜监控对象主要为曝气罗茨风机，主要检测信号为曝气罗茨风机运行电流，频率。风管压力，风管瞬时流量及累计流量，进水瞬时流量及累计流量，2-l #远程I/O柜监控对象为生化池12台搅拌机，6台内回流污泥泵，除臭系统；检测信号主要有生化池DO(溶解氧)、SS(浊度)。2-2#远程I/O柜监控对象为二沉池两台刮吸泥机，二沉池配水井的两台外回流污泥泵，两台剩余污泥泵，及两台电动闸门，主要检测信号为出水COD，出水瞬时流量及累计流量，出水PH。本站实现以下主要功能：根据好氧池上的DO仪检测值，通过控制风机变频器的运行频率，实现对好氧区域DO的凋节，达到最佳处理效果；DO的设定值可人工任意设定，控制范围在设定值的上下区间内；远程控制搅拌器、外回流污泥泵，剩余污泥泵，刮吸泥机等设备；采集各个设备状态及仪表信号。
3)加药系统PLC控制站。脱水机房自动加药系统，管理和控制污泥处理的加药系统设备。
4)脱水机PLC控制站。两套脱水机PLC柜分别控制两套脱水机设备。根据工艺要求控制泥切割机．进泥螺杆泵，脱水机。
5)紫外线消毒系统PLC控制站及恒压供水控制站。紫外线消毒系统采用紫外线灯对出水进行消毒．PLC柜为设备配套提供。二沉池上清液经出水管进入紫外线消毒系统消毒后大部分排出，小部分由恒压供水系统将输送回厂区进行回用。
4故障与报警
系统拥有完备的参数保护和报警功能，设备出现故障。如：泵的低液位停机保护、设备过载保护，参数的超出高低限报警等。当发生报警时上位机画面中会自动弹出—个报警提示窗口，在该窗口中显示了发生报警的设备名称和报警状态。点击“确认”或者“总确认”按钮，再点击关闭按钮才能正确关闭该报警。
5维护与保养
每天应定时巡查，查看设备的运行是否正常，听设备的运转声音是否正常，如发现异常，为确保设备不被损坏应及时停机并由通知专业人员进行维修，部分设备需注意适时加油。自动检测仪表故障报警主要是由于被测参数超出测量范围或仪表本身误差累积造成测量值偏离真实值过多而报警。对于一些精密仪表、探头而言，污水厂的工作环境是比较恶劣的。因此，对它们必须定期维护与保养。
1)保持自动化检测仪表传感器的清洁。由专人定期清洗探头，保证数据采集准确性。特别是DO，SS，PH仪等直接与污水接触的分析仪表，必须定期由专人清洗，每一个月清洗1次，保证仪表的正常工作；清洗时要求使用柔软的材料，以免损坏仪表。
2)定期校正各种仪表。仪表在长期运行过程中难免会产生测量误差，为了保证仪表测量的准确性．对分析仪表需每月定期校正1次；而且要求水质化验技术人员利用化验室仪器检测相应的项目。并与现场仪表测量结果比较，如果偏差太大，那么应适时对仪表进行校正，确保仪表测量数据准确。
6总体评价及存在的问题
以上所采用的污水处理自动化控制系统，基本实现了对污水处理全过程的自动监控，能够及时、准确地反映工艺过程中各个工艺参数的变化情况，并能通过声光、文字报警，自动暂停设备等方式提醒工作人员根据参数变化及时做出调整对策。保证了整个污水处理过程稳定、高效地运行。在实际运行的过程还存在如下一些问题。
(1)控制系统中所采用的一些检测设备、仪表、精度，在实际应用中达不到预期的效果，比如DO仪、PH计在北方比较寒冷的室外环境故障率较多，因此，如果单纯依靠这些检测设备来判断污水处理情况并实施自动控制，容易造成误差。
(2)仪表设备维护难度大。例如pH计、DO仪等仪表均有严格的使用维护要求。包括接触探头的定期清洗、标定，设备损耗维修等；由于污水处理厂大都采用是进口设备仪器，价格昂贵，增加了污水处理厂的投资和维护费用。
(3)在污水处理厂运行几年后，在有害气体硫化氢浓度含量比较高的车间，如进水提升泵房、细格栅间、曝气沉砂池、污泥脱水间等，有害气体对现场电气及自控PLC模块等元器件的腐蚀比较严重；会导致电气元件误动作而影響生产。建议在自控电气设备的图纸设计阶段考虑这一点，尽量让PLC控制室远离污染源，同时设备选型时尽量选IP等级高的型号
结束语
现今，我国城镇污水处理厂由于成本原因不能大规模采用成本高、维护难的国外进口设备与控制系统。因此，进行我国自主研发设计制造自动化控制系统，并提高国产仪器设备的测量精度和质量，降低维护费用，结合污水处理的工艺特点，开发出不同档次的自控系统及其配套的软件和硬件设施，是现阶段以及今后城镇污水处理厂自动化控制系统发展的主要方向。
参考文献
[1]高廷耀．水污染自动化控制工程．北京：高等教育出版社。1999：353—372．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词 城镇 生活 污水 处理 自动化 控制
Abstract: Along with the continuous development of society and progress, we pay more and more attention to urban sewage treatment plant automation control. In the process we can meet all kinds of problems, therefore, we have to finish tasks and guarantee quality. This paper mainly introduces the urban life sewage treatment plant automation control related content.
Key Words: urban, sewage, treatment, automation, control
中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国国民经济的迅猛发展，城镇的规模不断扩大，人口数目增长迅速，随之而来的是城镇生活污水的水量不断加大，水质也越来越复杂，仅仅依靠稀释及水体自净作用处理过的污水已经无法满足达标排放的要求，会对下游水体产生较大的污染和影响。在这种情况下，就不得不采取措施加大对城镇生活污水的处理力度，以改善不断恶化的水环境污染趋势。近年来。各地相继建设了一批城镇污水处理厂，并将国外先进的工艺及设备引进国内，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，结束了以往污水处理全部用人工或简单的电器控制的落后局面。
图1：污水处理工艺流程
1、自动化控制系统的基本组成
根据污水处理厂24h生产的连续性，各构筑物又较分散的特点．该工程采用可编程序控制器PLC+PC组成DCS集散型控制系统，即集中管理，分散控制．其中，一级集中管理，在综合楼中心控制室内设二台上位机为厂级调度(总站)；二级为区域控制室PLC分控站；三级为现场控制设备。该系统主干网络采用赫斯曼(HIRSCHMANN)的RS2系列交换机组成光纤工业以太网，现场总线利用屏蔽双绞线连接组成PROFI-BUS-DP现场总线通讯形式，完成现场设备与CPU间的数据交换和通讯；各PLC之间的数据交换采用MPI全局数据通讯，各PLC站能独立运行，中心控制室有优先控制权。若某PLC站故障停机，其它站仍可独立运行，各PLC站数据共享全双工通讯。
2自控系统的配置
2．1主站(中心控制室)
配置：中心控制室设有2台上位机，互为冗余又可独立控制，其中一台兼做工程师站；l台报表计算机，负责全厂运行数据的采集积累、报表打印、以及历史数据的整理保存。配备3台打印机，分别用于运行数据日报表、实时的生产记录及报警以及LCD监视器画面的打印。一台东芝投影仪用于将LCD上显示的监控画面大屏幕投影；所有供电系统配有UPS不间断电源，防止实然停电对自控系统造成冲击。功能：中心控制室负责全厂生产过程的调度、控制、管理以及信息处理。实时采集全厂生产过程中工艺仪表参数以及设备运行状态；通过LCD屏幕以动态画面显示出来；并具有文字报警和声音报警；能够通过曲线形式显示各个时间段内各种电气设备运行状态和仪表数据的瞬时和历史变化趋势。上位机的监控与数据采集系统为莱希莱特公司出品的InSite®可视化系统。此系统专门为污水处理厂与饮用水厂的自动化控制而设计，并且具有专门的设计功能如基于宏指令和与Si—maticS7PLC系统直接通讯，运行环境为InTouch Window Viewer 7．1通过InTouch Window Viewer7．1软件，中心控制室人员可以远程控制全厂所有的电气设备，操作人员通过调整被控设备运行参数的设置，可以令被控设备按程序全自动运行，人员无需干涉。
2．2 PLC分控站
该自控系统下设4个PLC分控站；所有PLC主分控站配备HMI操作面板(人机界面)，能够动态显示所辖泵房电气设备运行状态、仪表数据显示等；通过HMI操作面板，分控站操作人员可以手动控制设备的启、停；也可以将设备转换至自动运行模式。配置：4个PLC分控站采用西门子公司的S7-400系列PLC，S7-400由机架、电源模块(PS)、中央处理器(CPU)、数字量输入／输出(DI／DO)模块、模拟量输入／输出(AI／AO)模块、通信处理器(CP)、功能模块(FM)和接口模块(IM)组成。其中，CPU型号为CPU 414-2 DP，集成的PROFIBUS—DP接口使它能够作为主站直接连接到PROFBUS-DP现场总线，使得操作大大简化，CPU 414-2，能配置多达131072个数字量或81932个模拟量I／O；执行一条二进制指令仅需要O．1s；同时S7-400存储容量大，通过装载存储器(FEPROM或RAM)可以扩展到64MB；I／O可以扩展到21个机架；编程软件采用SETP7 v5．1，用户可以通过工程师站修改程序后将程序下载到PLC、也可将PLC程序上传至工程师站保存。
2．3现场测量采集信息系统
现场传感器测量仪表的主要作用是将自控系统所需要的各种数据信息通过一次现场仪表的采集后转换成标准数字信号，转送到计算机系统，并在就地仪表变送器、现场PLC和中控室内进行显示输出。污水处理系统所采用的仪表主要有：超声波液位计、液位差计；超声波流量计、电磁流量计、测风量选用的是涡街流量计；流量仪表可以显示瞬时流量和累计流量；PH计采用沉入式，带自动清洗功能，变送器能够显示PH值和温度；溶解氧测量仪(DO仪)采用沉入式，带自动清洗功能，变送器能够显示DO值和温度值。
3、系统功能及其原理
3．1系统工作原理
现场仪表对生产中各个参数自动、连续地进行检测，同时将信号传送给现场PLC．现场PLC通过计算后得出的数值在上位机的监控软件相应的画面和报表中显示出来；PLC和上位计算机监控软件中设定的工艺参数进行比较，自动地调节某台设备的工况（运行频率启动或停止)，也可手动对某台设备进行控制。从而满足生产的需要。
3．2自动控制过程
1) PLC 1#站。PLCl#站主要控制进水提升泵房及粗细格栅系统设备。主要监测数据为提升泵运行电流、频率，进水泵房超声波液位。粗细格栅超声波液位差及储泥池超声波液位。监控设备为：粗格栅、进水提升泵、细格栅，吸砂行车，砂水分离器，储泥池推流搅拌机。本站实现以下主要功能：根据进水泵房液位控制提升泵的启停，粗格栅前后液位差或时间周期控制格栅机的启停。粗格栅螺旋输送机与格栅机联动；根据液化控制提升泵的启停台数，按照运行时间，先开先停某台水泵；根据液位差或时间周期控制细格栅机的启停，细格栅螺旋输送机与细格栅机联动；实现砂水分离器和吸砂行车系统的联动运行。
2 PLC 2#站。PLC 2#站控制系统由PLC2柜，2-l#远程I/O柜．2-2#远程I/O柜组成。PLC2柜监控对象主要为曝气罗茨风机，主要检测信号为曝气罗茨风机运行电流，频率。风管压力，风管瞬时流量及累计流量，进水瞬时流量及累计流量，2-l #远程I/O柜监控对象为生化池12台搅拌机，6台内回流污泥泵，除臭系统；检测信号主要有生化池DO(溶解氧)、SS(浊度)。2-2#远程I/O柜监控对象为二沉池两台刮吸泥机，二沉池配水井的两台外回流污泥泵，两台剩余污泥泵，及两台电动闸门，主要检测信号为出水COD，出水瞬时流量及累计流量，出水PH。本站实现以下主要功能：根据好氧池上的DO仪检测值，通过控制风机变频器的运行频率，实现对好氧区域DO的凋节，达到最佳处理效果；DO的设定值可人工任意设定，控制范围在设定值的上下区间内；远程控制搅拌器、外回流污泥泵，剩余污泥泵，刮吸泥机等设备；采集各个设备状态及仪表信号。
3)加药系统PLC控制站。脱水机房自动加药系统，管理和控制污泥处理的加药系统设备。
4)脱水机PLC控制站。两套脱水机PLC柜分别控制两套脱水机设备。根据工艺要求控制泥切割机．进泥螺杆泵，脱水机。
5)紫外线消毒系统PLC控制站及恒压供水控制站。紫外线消毒系统采用紫外线灯对出水进行消毒．PLC柜为设备配套提供。二沉池上清液经出水管进入紫外线消毒系统消毒后大部分排出，小部分由恒压供水系统将输送回厂区进行回用。
4故障与报警
系统拥有完备的参数保护和报警功能，设备出现故障。如：泵的低液位停机保护、设备过载保护，参数的超出高低限报警等。当发生报警时上位机画面中会自动弹出—个报警提示窗口，在该窗口中显示了发生报警的设备名称和报警状态。点击“确认”或者“总确认”按钮，再点击关闭按钮才能正确关闭该报警。
5维护与保养
每天应定时巡查，查看设备的运行是否正常，听设备的运转声音是否正常，如发现异常，为确保设备不被损坏应及时停机并由通知专业人员进行维修，部分设备需注意适时加油。自动检测仪表故障报警主要是由于被测参数超出测量范围或仪表本身误差累积造成测量值偏离真实值过多而报警。对于一些精密仪表、探头而言，污水厂的工作环境是比较恶劣的。因此，对它们必须定期维护与保养。
1)保持自动化检测仪表传感器的清洁。由专人定期清洗探头，保证数据采集准确性。特别是DO，SS，PH仪等直接与污水接触的分析仪表，必须定期由专人清洗，每一个月清洗1次，保证仪表的正常工作；清洗时要求使用柔软的材料，以免损坏仪表。
2)定期校正各种仪表。仪表在长期运行过程中难免会产生测量误差，为了保证仪表测量的准确性．对分析仪表需每月定期校正1次；而且要求水质化验技术人员利用化验室仪器检测相应的项目。并与现场仪表测量结果比较，如果偏差太大，那么应适时对仪表进行校正，确保仪表测量数据准确。
6总体评价及存在的问题
以上所采用的污水处理自动化控制系统，基本实现了对污水处理全过程的自动监控，能够及时、准确地反映工艺过程中各个工艺参数的变化情况，并能通过声光、文字报警，自动暂停设备等方式提醒工作人员根据参数变化及时做出调整对策。保证了整个污水处理过程稳定、高效地运行。在实际运行的过程还存在如下一些问题。
(1)控制系统中所采用的一些检测设备、仪表、精度，在实际应用中达不到预期的效果，比如DO仪、PH计在北方比较寒冷的室外环境故障率较多，因此，如果单纯依靠这些检测设备来判断污水处理情况并实施自动控制，容易造成误差。
(2)仪表设备维护难度大。例如pH计、DO仪等仪表均有严格的使用维护要求。包括接触探头的定期清洗、标定，设备损耗维修等；由于污水处理厂大都采用是进口设备仪器，价格昂贵，增加了污水处理厂的投资和维护费用。
(3)在污水处理厂运行几年后，在有害气体硫化氢浓度含量比较高的车间，如进水提升泵房、细格栅间、曝气沉砂池、污泥脱水间等，有害气体对现场电气及自控PLC模块等元器件的腐蚀比较严重；会导致电气元件误动作而影響生产。建议在自控电气设备的图纸设计阶段考虑这一点，尽量让PLC控制室远离污染源，同时设备选型时尽量选IP等级高的型号
结束语
现今，我国城镇污水处理厂由于成本原因不能大规模采用成本高、维护难的国外进口设备与控制系统。因此，进行我国自主研发设计制造自动化控制系统，并提高国产仪器设备的测量精度和质量，降低维护费用，结合污水处理的工艺特点，开发出不同档次的自控系统及其配套的软件和硬件设施，是现阶段以及今后城镇污水处理厂自动化控制系统发展的主要方向。
参考文献
[1]高廷耀．水污染自动化控制工程．北京：高等教育出版社。1999：353—372．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。