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摘要：近年来，随着政府对基础建设与环境保护的重视，城镇污水处理工程得到了极大的发展。如何提高污水处理设施的功能、效率与管理水平成为工程技术人员、运行管理人员及政府决策部门关注的重要问题。文章对污水处理工程自动控制系统的设计与实现进行了探讨，希望能对相关人员有所帮助。
关键词：污水处理工程；电气控制；设计与实现
引言
污水处理是一个非常复杂的系统，整个过程的可变因素很多，如：水量、浓度、温度、机械设备运行情况等，因此需要一种高级的控制系统，使之能对生产过程出现的各种数据给予采集、计算，得出运行状态是否正常的结论，并能给操作人员以有益的提示。而自动化控制技术、计算机技术、工业自动化组态软件等相关技术的快速发展使污水处理系统实现真正的自动化成为可能。
一、污水处理工艺简介
氧化沟是传统活性污泥法的变革形式之一，广泛应用于城市污水的二级处理，处理能力为500～1000万人口当量。它将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过程集于一体，间歇运行，BOD5去除率高达97%。其主要特点是有机负荷小，泥龄长，运行简单，出水水质稳定而且有机物去除率高。氧化沟型式主要有奥贝尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟、三沟式氧化沟等。
整个污水处理过程可分为预处理、污水处理和污泥处理三个阶段。预处理阶段属于一级处理，城市污水经粗格栅去除较大的颗粒物和悬浮物后，由污水泵提升至细格栅去除较小的颗粒物，再流入旋流沉砂池去除小的颗粒物和细砂。污水处理阶段为二级生物处理工艺，主要是使出水水质达到排放标准。经初步处理的污水从沉砂池进入矩形配水井，经配水井后分别进入三角配水井，通过三角配水井配水至三沟式氧化沟的任一沟。在氧化沟内经曝气转刷曝气、沉淀后，流入消毒池进行紫外线消毒后达标排放。二沉池污泥部分回流至氧化沟，剩余的污泥经压滤机压缩为泥饼后外运处理。污泥处理工艺包括污泥调节池和污泥脱水间。污泥通过氧化沟底的排泥管排入污泥调节池，由于污泥中有机物含量较小，性质稳定，只需脱水处理即可，不需进行污泥消化。该污水处理厂的工艺图如图1所示。
二、污水处理厂机电设备的电气控制
在现代科技迅速的发展的条件下，污水处理设备的自动化程度不断提高，在污水处理系统中各种控制设备的应用也日益广泛。如活性污泥法曝气池溶解氧浓度的控制及其沉淀池排泥时间的控制；处理水泵按调节池和中水池水位启闭；中水池的自动补水；中水供水的变频调速等。
污水设备自动控制系统包括自动检测、报警装置、自动保护装置、自动操作装置以及自动调节装置等。在采用可编程控制器（PLC）和计算机系统的现代化污水处理过程控制中，以上几类装置的类别已不是特别明显，如自动报警、自动保护、自动操作和自动调节的功能均能在可编程控制器和计算机系统中完成。污水处理厂的自动化系统主要由测量仪表、计算机监控系统和被控设备组成的。
1、PLC控制器控制
PLC控制器作为一般自动化控制设备，能单台使用于机电设备的控制。也可用于工艺过程的系统控制。现在，PLC的产品已经系列化，从小型化PLC到大型化PLC均有供应，PLC的网络通讯能力也不断增强。在污水处理系统中应用较多的主要是小型化PLC控制器。
PLC控制器一般采用的是模块结构，它是由中央处理器（CPU）模板、电源模板、输入/输出模板及其他用途的特殊模板组成，一般安装在一个机架上。不同的PLC系统的编程语言各有不同，通常分为梯形逻辑图、逻辑功能块图和指令式语言等几种指令系统。
在中水系统中，PLC控制器对处理系统中某些参数进行检测，把这些检测到的数据送到PLC控制器，通过PLC控制器送到触摸屏中，PLC控制器按预先存放的用户程序和上位机的给定值进行判断、运算并输出控制信号，控制执行元件的工作时序，以控制处理指标，得到理想的处理效果。
2、变频调速控制装置
变频调速供水方式减少了高位水箱的储水环节，可防止水质的二次污染。采用闭环式供水方式，按压力信号调节水泵的转速，实现变量供水，全自动运行。可变频调速供水方式中水泵的转速随管网流量的不同而变化，与恒速泵运行方式比较，能够节省电能。
变频调速供水系统由电系统和水系统构成，电系统主要由变频调速控制系统、监测仪表配电线路及控制线路等组成。水系统一般由水箱、泵组、阀门、仪表及供水管网等组成。其核心设备变频凋速控制装置一般由变频调速器、可编程控制器、数字调节器及主电路组成。其动作原理是按用水量的变化，调节水泵电机的电源频率及电压，控制水泵的转速，实现供水量调节和节能减排的目的。它的其動作过程是在水泵出口干管上装设压力传感器，以采集管网压力信号，把它转换成0-5V的模拟信号。并放大和转换为数字信号进入微机，运算后把参数送给变频调速器，控制电源频率的变化，调节水泵的转速，达到恒压变量供水。其中低水位控制器的作用是在水箱水位降到最低水位时系统自动停机。
三、监控系统设计
1、监控系统需求
工业生产中，经常需要利用监控软件对现场的自动化设备进行监控，监控软件由PLC编程组态软件、可集成的WinCC系统应用软件、系统上位监控软件包、数据库、高级语言等组成。监控画面主要实现生产工艺流程的实时监视，显示全厂各个工段的工艺参数值、设备工作状态的电气参数值以及各种设备的运行状态信息，并具有历史数据存档、检索、运行报表生成与打印、对外通信管理等功能。监控软件的设计要求将整个污水处理工艺的流程体现出来，因此在结构规划时既要考虑监控系统的安全可靠性，同时也要能够实现所有的功能信息。上位机以Windows XP为系统平台，采用西门子WinCC软件集成，该软件除完成一般监控组态软件的功能外，还加入了各种控件和脚本编程以实现复杂功能，上位机监控软件主要包括登录管理模块、监控界面、运行趋势曲线、报警、报表等模块。 监控结构如图1所示。
2、监控软件设计
2.1 数据采集和处理
主控级自动从各地控制单元采集各种实时运行参数，掌握各设备动作情况，收集报警信息，对实时数据和历史数据按要求进行筛选处理，并存入数据库。包括：数据量（模拟量）采集与处理；状态量（开关量）采集与处理。比如：可以实时显示水位、温度、流量、含氧量、电机电流、流量累计、流量电流比等来自现场的各种相关数据和参数。
2.2 实时控制功能
实现对各站的集中控制，从上位机可以控制现场各种电动设备的开启、关闭和停止以及电机的调速控制等。运行人员通过操作台上的标准键盘和鼠标等，对水泵进行控制。
当接收到水泵启停信号后，监控系统显示相应的设备操作监视画面。画面能以流程图的形式实时显示全部工艺过程中每步的执行情况，并通过绘制出的元件的闪烁效果、颜色变化、样式变化等方式来提示在污水处理过程受阻时的部位及其原因，并进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。
另外，监控画面上设有总停按钮，用来应付紧急情况，停止所有设备的运行。
结束语
伴随信息技术的发展，我国污水处理厂的程序开始大量引进自动化技术。通过运用自动化系统，可以实现污水处理的无人无人值守全自动控制。因此自动化系统也就成了现在污水处理的关键，需要注重研制出有效的、科学的、合理的计算机监控系统，使污水处理可以更加有效。
参考文献
[1]常帅.自动控制系统在污水处理厂中的应用[J].科技资讯，2009，06：122.
[2]姜西羚，庞晶晶.基于PLC的污水处理厂自动控制系统[J].建筑电气，2009，06：48-50.
[3]王芳.污水处理厂自动控制系统的建立[J].机械工程与自动化，2010，06：203-204.
关键词：污水处理工程；电气控制；设计与实现
引言
污水处理是一个非常复杂的系统，整个过程的可变因素很多，如：水量、浓度、温度、机械设备运行情况等，因此需要一种高级的控制系统，使之能对生产过程出现的各种数据给予采集、计算，得出运行状态是否正常的结论，并能给操作人员以有益的提示。而自动化控制技术、计算机技术、工业自动化组态软件等相关技术的快速发展使污水处理系统实现真正的自动化成为可能。
一、污水处理工艺简介
氧化沟是传统活性污泥法的变革形式之一，广泛应用于城市污水的二级处理，处理能力为500～1000万人口当量。它将曝气、沉淀和污泥稳定等处理过程集于一体，间歇运行，BOD5去除率高达97%。其主要特点是有机负荷小，泥龄长，运行简单，出水水质稳定而且有机物去除率高。氧化沟型式主要有奥贝尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟、三沟式氧化沟等。
整个污水处理过程可分为预处理、污水处理和污泥处理三个阶段。预处理阶段属于一级处理，城市污水经粗格栅去除较大的颗粒物和悬浮物后，由污水泵提升至细格栅去除较小的颗粒物，再流入旋流沉砂池去除小的颗粒物和细砂。污水处理阶段为二级生物处理工艺，主要是使出水水质达到排放标准。经初步处理的污水从沉砂池进入矩形配水井，经配水井后分别进入三角配水井，通过三角配水井配水至三沟式氧化沟的任一沟。在氧化沟内经曝气转刷曝气、沉淀后，流入消毒池进行紫外线消毒后达标排放。二沉池污泥部分回流至氧化沟，剩余的污泥经压滤机压缩为泥饼后外运处理。污泥处理工艺包括污泥调节池和污泥脱水间。污泥通过氧化沟底的排泥管排入污泥调节池，由于污泥中有机物含量较小，性质稳定，只需脱水处理即可，不需进行污泥消化。该污水处理厂的工艺图如图1所示。
二、污水处理厂机电设备的电气控制
在现代科技迅速的发展的条件下，污水处理设备的自动化程度不断提高，在污水处理系统中各种控制设备的应用也日益广泛。如活性污泥法曝气池溶解氧浓度的控制及其沉淀池排泥时间的控制；处理水泵按调节池和中水池水位启闭；中水池的自动补水；中水供水的变频调速等。
污水设备自动控制系统包括自动检测、报警装置、自动保护装置、自动操作装置以及自动调节装置等。在采用可编程控制器（PLC）和计算机系统的现代化污水处理过程控制中，以上几类装置的类别已不是特别明显，如自动报警、自动保护、自动操作和自动调节的功能均能在可编程控制器和计算机系统中完成。污水处理厂的自动化系统主要由测量仪表、计算机监控系统和被控设备组成的。
1、PLC控制器控制
PLC控制器作为一般自动化控制设备，能单台使用于机电设备的控制。也可用于工艺过程的系统控制。现在，PLC的产品已经系列化，从小型化PLC到大型化PLC均有供应，PLC的网络通讯能力也不断增强。在污水处理系统中应用较多的主要是小型化PLC控制器。
PLC控制器一般采用的是模块结构，它是由中央处理器（CPU）模板、电源模板、输入/输出模板及其他用途的特殊模板组成，一般安装在一个机架上。不同的PLC系统的编程语言各有不同，通常分为梯形逻辑图、逻辑功能块图和指令式语言等几种指令系统。
在中水系统中，PLC控制器对处理系统中某些参数进行检测，把这些检测到的数据送到PLC控制器，通过PLC控制器送到触摸屏中，PLC控制器按预先存放的用户程序和上位机的给定值进行判断、运算并输出控制信号，控制执行元件的工作时序，以控制处理指标，得到理想的处理效果。
2、变频调速控制装置
变频调速供水方式减少了高位水箱的储水环节，可防止水质的二次污染。采用闭环式供水方式，按压力信号调节水泵的转速，实现变量供水，全自动运行。可变频调速供水方式中水泵的转速随管网流量的不同而变化，与恒速泵运行方式比较，能够节省电能。
变频调速供水系统由电系统和水系统构成，电系统主要由变频调速控制系统、监测仪表配电线路及控制线路等组成。水系统一般由水箱、泵组、阀门、仪表及供水管网等组成。其核心设备变频凋速控制装置一般由变频调速器、可编程控制器、数字调节器及主电路组成。其动作原理是按用水量的变化，调节水泵电机的电源频率及电压，控制水泵的转速，实现供水量调节和节能减排的目的。它的其動作过程是在水泵出口干管上装设压力传感器，以采集管网压力信号，把它转换成0-5V的模拟信号。并放大和转换为数字信号进入微机，运算后把参数送给变频调速器，控制电源频率的变化，调节水泵的转速，达到恒压变量供水。其中低水位控制器的作用是在水箱水位降到最低水位时系统自动停机。
三、监控系统设计
1、监控系统需求
工业生产中，经常需要利用监控软件对现场的自动化设备进行监控，监控软件由PLC编程组态软件、可集成的WinCC系统应用软件、系统上位监控软件包、数据库、高级语言等组成。监控画面主要实现生产工艺流程的实时监视，显示全厂各个工段的工艺参数值、设备工作状态的电气参数值以及各种设备的运行状态信息，并具有历史数据存档、检索、运行报表生成与打印、对外通信管理等功能。监控软件的设计要求将整个污水处理工艺的流程体现出来，因此在结构规划时既要考虑监控系统的安全可靠性，同时也要能够实现所有的功能信息。上位机以Windows XP为系统平台，采用西门子WinCC软件集成，该软件除完成一般监控组态软件的功能外，还加入了各种控件和脚本编程以实现复杂功能，上位机监控软件主要包括登录管理模块、监控界面、运行趋势曲线、报警、报表等模块。 监控结构如图1所示。
2、监控软件设计
2.1 数据采集和处理
主控级自动从各地控制单元采集各种实时运行参数，掌握各设备动作情况，收集报警信息，对实时数据和历史数据按要求进行筛选处理，并存入数据库。包括：数据量（模拟量）采集与处理；状态量（开关量）采集与处理。比如：可以实时显示水位、温度、流量、含氧量、电机电流、流量累计、流量电流比等来自现场的各种相关数据和参数。
2.2 实时控制功能
实现对各站的集中控制，从上位机可以控制现场各种电动设备的开启、关闭和停止以及电机的调速控制等。运行人员通过操作台上的标准键盘和鼠标等，对水泵进行控制。
当接收到水泵启停信号后，监控系统显示相应的设备操作监视画面。画面能以流程图的形式实时显示全部工艺过程中每步的执行情况，并通过绘制出的元件的闪烁效果、颜色变化、样式变化等方式来提示在污水处理过程受阻时的部位及其原因，并进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。
另外，监控画面上设有总停按钮，用来应付紧急情况，停止所有设备的运行。
结束语
伴随信息技术的发展，我国污水处理厂的程序开始大量引进自动化技术。通过运用自动化系统，可以实现污水处理的无人无人值守全自动控制。因此自动化系统也就成了现在污水处理的关键，需要注重研制出有效的、科学的、合理的计算机监控系统，使污水处理可以更加有效。
参考文献
[1]常帅.自动控制系统在污水处理厂中的应用[J].科技资讯，2009，06：122.
[2]姜西羚，庞晶晶.基于PLC的污水处理厂自动控制系统[J].建筑电气，2009，06：48-50.
[3]王芳.污水处理厂自动控制系统的建立[J].机械工程与自动化，2010，06：203-204.