电气工程自控系统在污水处理工艺中的运用探索王志勇

电气工程自控系统在污水处理工艺中的运用探索王志勇

王志勇

身份证号码：330602198604081058浙江绍兴312000

摘要：近年来，随着经济的发展，工业化进程的加快，我国环境污染问题日益严重，因此政府提高了对环境保护的重视，水污染是重要的环境污染之一，城市污水的排放量每年大幅度增加，因此污水处理问题受到了越来越普遍的关注。但是由于污水处理工艺复杂，且工作强度大，再加上我国水污染控制水平较低，污水处理自动控制技术有限，因此基于电气工程的自动控制系统在污水处理工艺中的应用，具有非常重要的现实意义，能够提高污水处理的自动化程度，优化自动控制的过程，提高污水处理的效率。

关键词：电气工程；自控系统；污水处理；运用

引言

可编程序控制器PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统。具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点。从我国现有水处理厂运行情况看，由IPC+PLC控制单元组成的、两层面的集散式监控系统具有很好的适应性，成为在我国水处理业中是应用最为广泛的一种。本文以一实际日处理量为15万吨/天的污水处理厂中控系统为例，说明PLC控制系统在污水处理厂的应用。根据对污水处理工艺运行的新要求，重新编制控制系统程序，引入智能控制，将处理的核心——氧化沟运行程序由以前单纯时间控制，设计为时间顺序控制和溶解氧（DO）控制相结合的新的控制模式，提升系统整体性能。

1污水处理电气自控系统与污水处理工艺

所谓电气自控系统，就是通过计算机软件、硬件以及PLC进行控制的一种人机操作系统，操作者通过计算机，实现整个系统各个部分的运转，与此同时，对每台设备进行实时的监控，将每台设备的实时数据采集之后传到计算机，然后经过计算机系统的计算，确定对控制对象的控制量。对于污水处理系统来说，电气自控就是对整个污水处理的过程参数进行监控，将采集到的数据传到计算机进行分析和校验，从而发出合理的指令，对处理工艺进行控制。污水处理电气自控系统可以分为两个部分，一是PLC的程序设计，主要负责自动化的控制，另一个是VB程序设计，主要负责PLC与PC端的通信。

根据污水组成及出水要求，采用三座三槽式氧化沟工艺，日处理15万吨，每座氧化沟处理量为5万吨/天。工艺流程如图1所示。（1）预处理阶段：污水进入处理厂后先经过闸门进入粗格栅间，在粗格栅间较大的悬浮物和沉渣被拦截下来，污水则进入污水提升泵房。污水提升泵将污水提升至细格栅和旋流沉砂池。在旋流沉砂池中比重较大、颗粒较粗的砂粒被沉淀下来，沉砂池出水进入矩形总配水井。（2）生化处理阶段：总配水井将污水分配至三座三角形分配水井，再通过三角配水井将水配至三沟式氧化沟的其中一沟。在氧化沟内污水经曝气转刷曝气、沉淀后从位于边沟的出水堰流出。（3）污水处理阶段：剩余污泥排入浓缩池，经离心脱水处理后外运。（4）深度处理系统：二级出水经加氯消毒后，一部分直接排入陡河，另一部分经中水提升泵房输送到深度处理系统（包括曝气生物滤池、高郊纤维滤池、清水池等），达到再生水回用要求后，作为工业用水、园林喷灌提供给用户使用。由于本项目是对原有自控系统的升级改造，深度处理系统为后建项目，自控系统采用独立设置，未接入全厂中控体系。

2污水处理厂电气工程自控系统的设计

按照污水处理厂的工艺流程，增设相应的现场PLC控制站以及检测仪表，并将中心控制室设于地上。自控系统采用PLC控制系统，系统采用工业界目前流行的控制模式，即开放的计算机网络系统加上流行通用的组态软件以及可靠通用的PLC模块，系统配置和功能设计按各工艺处理阶段无人值守的原则进行。对于厂内监控系统按分层分布式原则设计，系统分为2层：中控室层和现场控制单元。在中控室层能集中监视厂内设备的实时运行情况，并可通过PLC独立完成设备的监视和控制功能。现场控制单元除接收中控室层指令并向中控室层传送数据外，还可内部自成相对独立的计算机监控系统。通过PLC和现场操作员终端可以独立完成厂内相关设备的监视和控制功能。根据工艺特点及全厂平面布置，拟设一个中央控制室和七个现场控制站。七个现场控制站分别为反冲处理控制站、加药间控制站、脱水车间控制站、除臭控制站、紫外消毒控制站、反硝化滤池控制站和除碳硝化滤池控制站，反硝化滤池和除碳硝化滤池采用电磁阀岛。

3控制系统结构及组成

控制系统按参与生产程度级别划分为：管理级、控制级、现场级三个级别为保证污水处理厂的安全运行，污水处理厂自动控制方式有三种：就地手动控制、远程手动控制、远程自动控制，其控制级别按此顺序由高到低排列。

3.1上位机硬件软件配置

中控室计算机监控系统由操作员/工程师计算机、以太网交换机、打印机等构成计算机局域网。工控机采用WindowsXP操作系统，安装西门子工控组态软件WINCC6.O，SQLSERVER2000数据库作为其后台历史数据库。交换机选用设置24个10/100/1000BASE-T端口和2个小型可插拔可扩展端口。由上位机至现场各PLC站网络结构是基于IEE802.3标准总线形式的100M工业以太网EtherNet+TCP/IP形式。基于EtherNet+TCP/IP的传感器、变送器可以直接成为网络的节点，其测控参数和状态可以直接在整个企业信息网络内传输和共享。

3.2下位机硬件软件配置

污水处理过程控制点数多，处理工艺地理位置分散，控制要求高，以及PLC的性能价格比、现有技术人员熟悉程度等其它因素，本控制系统选用西门子SIMATICS7系列的S7-400PLC。该PLC采用最新的技术制造，能保证10年以上的备件供应能力，并具有本地的技术支持和服务能力。支持符合IEC标准的编程语言及数据格式，电源、CPU及其它任何模块均可“带电插拔”，故障维护时间少，提高了系统的可靠性。

4污水处理自动控制的限制因素

随着人类发展和科技进步，在污水处理领域出现了很多新工艺、新技术、新设备、新材料，在使用的过程中，不但要考虑技术的先进性，还要考虑其成熟性和实用性，从而使工程设计更加合理。电气工程自控系统在污水处理中的应用主要是为了促进污水处理的高效低耗运行，但是限制污水处理自控系统有效发挥作用的因素主要有以下几种。

（1）一些检测工具还不够稳定，例如气味检测技术、进行深度除磷处理的亚硝酸氮等等，可靠性无法保证。

（2）污水处理的传感器仅仅发挥了检测功能，在污水流量的控制和前馈控制等高级控制策略中没有得到充分的应用。

（3）很多早期建设的污水处理厂，由于受到当时诸多条件的限制，自控技术水平很低，而且缺少配套的自控设备和仪器，在排放标准普遍提高的基础上，要想建立健全完善的自控系统体系要克服很多问题.

（4）自控系统所需要的软件和仪器行业不够规范，再加上目前自控技术不够透明，制约了自控系统在污水处理工艺中的使用.

（5）很多污水处理厂没有认识到电气工程自控系统在污水处理工艺中的使用价值，以及自控系统运行的节能降耗会给企业带来怎样的经济效益，因此在建设污水处理系统的时候，投资自控系统的热情不高。与此同时，监管部门也没有认识到全面应用电气工程自控系统会有效保障污水排放的达标，对环境保护有着重要的意义，将会产生很大的经济效益，所以没有发挥出作为监管部门的沟通协调作用，限制了自控系统在污水处理工艺中的运用。

（6）对于污水处理自控系统的宣传培训不到位，没有建立完善的培训知识体系也是重要的影响因素。

结语

基于电气工程的自控系统利用了先进的引硬件和控制系统软件，并通过先进的网络总线技术，能够很好地满足污水处理工艺和设备的需要，保证污水处理的处理量和处理质量，具有可靠性高、利用性好、操作简便、方便实时控制和经济合理等优势。除此之外，还能够完全达到环保部门所要求的排放标准，具有非常良好的社会效益，因此，对电气工程自控系统在污水处理工艺中的运用进行探索，是非常重要和非常必要的，通过对自控系统合理地进行使用、管理和维护，能够有效缓解水污染问题，更能满足可持续发展的要求。

参考文献：

[1]高廷耀，顾国维.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]赵利梅，赵利君.自动控制系统在污水处理中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（23）：140-140.