污水处理厂自动化系统的分析与应用

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1、污水处理厂自动化系统的分析与应用　　摘要：本文主要以赤坎水质净化厂为例介绍了目前污水处理自动化系统的构成，具体说明了自动化系统在污水处理厂应用，最后结合污水处理工艺过程，介绍控制系统的特点，并分析了以PLC控制器和通信网络为基础的污水处理厂自动化系统的改进和发展。　　关键词：PLC；模拟预报；模糊控制　　一、概况　　赤坎水质净化厂是湛江市首座城市污水集中处理厂，位于湛江市赤坎区海田小区东盛路，厂区面积408.5亩，远期设计规模32万吨/日，首期设计10万吨/日，采用二级生化处理工艺。在一级处理中去掉污水的城市垃圾及泥沙。在

2、二级处理中采用微孔曝气氧化沟A2O除磷脱氮工艺去除污水中的悬浮有机物及溶解有机物。　　二、系统构成　　下面以赤坎水质净化厂为例，具体说明污水处理厂自动控制系统的组成。　　（一）信息系统　　赤坎水质净化厂厂区内共有6个PLC分站：预处理系统分控主站PLC1和PLC2（分一二期预处理），生物处理系统分控主站PLC3、污泥处理系统分控主站PLC4、鼓风机系统分控主站PLC5，出水仪表系统分控主站PLC6。该功能主要实现污水处理厂各单元过程所有过程参数、设备运行状态及电气参数的数据采集，单元过程及设备的控制，并通过西门子网络模块和

3、中央控制室通过赫斯曼太网交换机，组成100M光纤以太环网，向监控层传送数据和接受监控层控制指令。　　控制系统的组态及运行管理采用开放性组态软件。如果投资允许，可以方便地扩充为冗余系统，并连接到INTERNET网上。在紧急情况下，主控人员通过ITERNET网在远处即可以了解污水处理厂全部生产现场的工作状况。　　针对污水处理控制过程的大滞后、非线性，外部环境具有许多不确定因素的特点，经过多次改良实践信息系统由以下三部分组成：　　1.信息监控　　信息监控系统是由过程检测仪表（pH值、液位、DO、COD、氨氮），程控、显示报警单元

4、以及执行机构等部分组成。程控单元为系统的核心部分，它是一个具有逻辑判断功能、定时功能并可产生多路逻辑输出的控制仪表，从而实现对液位、pH值的逻辑判断和对各机、泵的逻辑控制。现以PLC1、2分控主站为例就实现上述中和控制系统加以说明。在系统处自动时，提升泵运行2台，粗格栅每30min自运行5min，细格栅5min自运行1min，沉砂池（风机鼓风搅拌）以30min运行10min为周期运行。当pH9时，给予报警，当pH9持续30分钟且无人员操作时，自动关停1台泵。当pH值达到给定值后，恢复2台泵运行。　　2.模拟预报软件　　污水

5、处理中的生物二级处理过程，耗时十几个小时，生化反应复杂多变，是个大滞后系统。按照现行管理方法根据检测结果再调整控制，为时已晚，以致不合格污水大量排出。该软件可以根据预先设置的运算公式和经验系数等经验数据，依照当前的进出水参数、运行参数，提前预测处理结果提前十几小时调整控制参数。　　3.经验系统　　该系统包含赤坎水质净化厂十多年运行总结出的经验数据库。可以在控制系统的运行中及时发出警报，提出处理建议，是运行人员的得力帮手。　　4.模糊控制　　由于污水处理过程是时滞较长、非线性的生化过程控制系统，采用传统的闭环反馈方法难以维持

6、系统的平衡运转。因而在现场控制站的PLC以及上位机中均装有模糊控制软件，以使系统达到最佳调节。　　（二）管理系统　　厂办公室、公司生产部和正副总经理的计算机和数据库服务器组成的局域网即构成了厂区管理系统。通过关系数据库和相关的管理软件，为决策者提供了各项生产及运营的调度管理所必须的信息平台。该层和过程监控层，与Internet接轨但有着较高的网络安全防护功能，仅授权的用户等级可对进程数据库进行访问。　　三、系统特点　　（一）高可靠与高稳定性　　环形冗余以太网方案的出现则保证了系统更高的可靠性，单一点的链路中断不会造成网络通

7、讯的中断；而控制网络能在PLC或上位工控机之间建立灵活方便的传送和接收大量数据的工厂自动控制网络，与自控系统在通讯方面有极高的稳定性。充分体现了集中管理分散控制的原则，也保证了高可靠与高稳定性。与此同时，基于工业以太网的通讯服务，即使在通讯负担较大的环境下，仍可保持高稳定性的通讯效果。PLC模块具有自诊断（检错）与容错功能；PLC控制柜内具有完善的抗干扰及防雷等技术措施；中控室及现地控制站设备均具备供电冗余功能；即使在上位机发生故障或通信中断时，现地控制站亦可以在手动模式下独立完成基本局部控制；　　（二）高扩展性　　工业以

8、太网具有向下兼容性。对于双绞线或光纤介质，如果将传输速度从10Mbps提升到100Mbps，在大多数场合不需要改变现有的布线，只需更新网络设备即可。同样，如果将本系统主干网从100Mbps以太网提升到千兆以太网，只需升级网络传输设备，而无需重新铺设光缆；　　（三）开放性　　系统对用户是开放的。设备的增减