污水处理厂自控仪表系统的优化设计

污水处理厂自控仪表系统的优化设计

尹圣楠

江苏优联环境发展有限公司，江苏 南通  226000

摘要：本文对污水处理厂自控系统的设计作了较为详尽的阐述，并根据实际情况，对各个环节的自动控制进行了合理的设置，由此更好地有效达到有效降低污水处理厂直接运行成本的最终目的。实践表明，该系统能够有效满足污水处理工艺的要求，同时还具有先进性和可靠性等方面优点，在污水厂运行过程中具有良好的应用价值。

关键词：污水处理厂；自控仪表系统；优化设计

1 引言

近年来，随着我国经济的快速发展，在社会生活中，水污染问题也越来越严重，尤其是污水处理工程。而随着城市污水处理技术的不断进步和发展，为有效解决我国城市污水处理问题提供了有利条件。在我国一些大型污水处理厂中，自控仪表系统起着十分重要的作用，这是因为，自控仪表系统的设计是非常重要的，它能够有效提高各生产环节的自动化程度和智能化程度。基于此，本文就以某大型城市污水处理厂为例作简要介绍，并对污水处理厂自控仪表系统的优化设计策略进行探究。

2自控系统的设计特点

2.1 现场控制级采用PROFIBUS现场总线

根据PROFIBUS-DP现场总线的传输特性在设计中从以下几个方面完善网络系统:

①通信时，要根据实际情况选择适当的通信频率和周期，通信频率不宜过高（一般为1.5 Mbit/s或更低），从而改善通信的可靠性。②通信总线采用标准屏蔽双绞式电缆，达到了规定的要求。③同一总线上的结点数量不能超过30个，各总线之间的通信速度要相匹配，否则会导致数据阻塞，导致通信中断。在此基础上，采用了SIMAT-ICS7-400系列CPU416-3处理器，并配置了CP443-5通信模块，构成了多主网，并在此基础上实现了双 DP接口的功能。④软启变频器、智能电动机综合保护器、智能高压综合保护装置、现场仪表等组成总线，采用总线进行数据传送，从而节约了大量的电缆。为了克服高次谐波对电网的影响，在输入和输出线路上应安装一个电抗器。

2.2 进水泵采用变频调速装置

变频泵易于控制且节能效果明显,定速泵辅助变频泵进行液位控制是一种经济和易于实施的控制方案。节能措施如下:

①设置5个进水泵，2个是变频调速泵.为了避免水泵产生积压现象，变频水泵的工作频率总是高于最低工作频率，采用2个调速水泵，以保证系统在最小流量下工作，并在1个变频水泵出现故障时，可以随时待命。②将池中的液面设置尽可能地接近于最高水位（只需液位在某一特定的区间），以使扬程在一定的流量下达到最小，从而达到最大的节能效果。③在控制系统的设计中，要注意泵的转换，并按照优先停止工作的原则，优先启动最长的泵。

2.3 电磁流量计位于进水泵后分管计量

在流量计的选型和安装上设计如下:

①选用具有较高准确度的电磁流量计作为计量装置，为污水处理的合理收费提供了可靠的参考。②在进水泵后，将其单独测量。在传统的设计中，进水流量监控是在泵后的管道或以明渠流量计的形式进行的，其要求大口径的流量计，成本较高，并且在流率较低时会影响测量的准确性，而本项目的设计是在水泵的出口管道上单独进行计量，这样可以节约建设流量计井的成本。在安装时，要特别注意，必须是在竖管上，从下往上流动，在流量表的上游加一个反向阀门，这样可以防止由于空管造成的流量误差，从而提高计量精度。

3 污水处理厂自控仪表系统控制功能设计

污水处理厂工艺流程如图1所示：

图1 污水处理厂工艺流程图

3.1 粗格栅和进水泵房、细格栅及沉砂池、氧化沟、二沉池现场控制站(PLC1)

控制系统主要用于污水预处理阶段和污水处理阶段的工艺流程的控制和数据采集，主要功能如下：

（1）根据污水处理厂的实际工况，采用模糊自整定 PID控制。在系统中将数据采集器作为输入，并以控制器和现场仪表为输出，对系统参数进行在线检测，通过模糊自整定 PID控制策略实现对工艺过程的在线控制。通过现场测量流量变化率，实现自动控制粗格栅、进水泵房设备的启停。也可通过设置进水流量作为控制变量。如：当设定粗格栅启动流量时，通过 PLC程序设定对应的初始流量值，然后根据进水流量的变化情况判断是否启动该进水。

（2）实时监控进水流量，并与设定值比较。当进水量大于对应的流量时，启动潜水排污泵；相反则停止进水。

（3）根据污泥回流量（污泥浓度）自动控制进入曝气池前的加药泵开启台数。

（4）当沉砂池运行过程中，由于出水含泥量高而影响细格栅及沉砂池设备运行，当出现此种情况时，启动浮选加药装置对进水进行加药处理。

（5）实时监测氧化沟溶解氧浓度，同时自动控制转碟曝气机的运行台数。当曝气池溶氧量低于设计值时，启动转碟曝气机进行曝气以满足进水要求。

（6）实时监测污泥回流泵房、出水堰和进水堰的液位，确保污泥及时回流，减少污泥对沉淀池和吸泥机的污染。

（7）实时监测二沉池出水 DO值，根据现场实际情况适当调整二沉池出水体位值。

3.2 污泥回流泵房、储泥池、脱水车间及变配电间现场控制站（PLC2)

主要功能如下：

（1）对污泥回流泵房的液位进行控制。通过仪表显示系统将污泥回流泵房的液位信息实时显示在系统控制面板上，便于操作人员及时调整泵和泵叶轮的转速。当污泥回流泵房的压力低于设定压力时，则启动污泥回流泵，反之则停止。泥位过高自动关闭抽水泵并启动污泥回流泵。

（2）根据系统运行情况，自动调整储泥池、污泥回流泵房的液位。当污泥回流泵压降高于设定值时，则启动抽泥泵；反之则停止。污泥回流泵房的压降超过限定值时，系统自动启动强制排污泵对污泥进行排污处理。自动控制脱水车间的加药泵及加药罐。脱水机启动运行前，根据污泥回流量自动开启加药装置对泥位高于设定数值或低于设定数值自动关闭加药装置。该系统通过现场总线与下水道厂 PLC进行网络连接，将设备的工作状况、故障状况、加药量等关键参数发送到主工作站，对设备故障、加药量、加药量等关键参数进行报警。

（3）现场控制站可根据各工序的实际运行情况，自动调整污泥回流泵房、储泥池的液位，实现自动控制。污泥回流泵房、存泥池的压力高于设定值时启动污泥回流泵，反之停止；当储泥池泥位过低时启动抽泥泵，反之停止。

（4）现场控制站实时采集二沉池及曝气池 DO值，并将数据通过总线上传至主工作站。实时监测曝气池溶氧量，当溶氧量低于设定值时，启动转碟曝气机，实时采集污泥回流泵的电流、流量等参数。

（5）现场控制站对脱水机的电流、流量等参数进行实时监测。

（6）现场控制站对所有 PLC （包括 DCS、 PLC）的电流、温度等参数信息进行显示。

3.3 化验室终端

污水某些参数（如BOD,COD,SS,TOC等）采用实时在线测量，可对水质变化情况作出实时反映。化验室终端主要用于对污水处理厂进水水质分析，包括氨氮、总氮、总磷、浊度等。化验室终端具有实时监测和数据传输的功能，可以有效保证污水水质的检测质量。期间需要将数据传输到实验室的网络上，从而对工艺参数进行及时的调节，从而使得整个过程更加的完善和合理。实验室终端采用配备有标准以太网卡的电脑，与中央控制室网络进行数据交换。

4 结语

通过对污水自控系统的优化设计，使污水处理厂的直接运行费用减少15%，同时也使得职工的劳动强度明显下降，作业环境得到了改善，生产效率得到了明显提高，由此可见，该系统具有良好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]拓守玺.浅析某污水处理厂供配电与自控仪表系统设计[J].甘肃科技,2015,31(04):27-28+9.

[2]陈征晶.城市污水处理厂自控系统的优化设计[J].福建轻纺,2009,(08):35-38.