给排水工程仪表与控制

给排水工程仪表与控制论文1PLC自动控制系统在污水处理上的应用摘要：本文说明了污水处理厂常规处理流程，并对污水处理的工艺、PLC控制系统的结构和功能进行了阐述，举例说明各单元PLC子站的功能，并指出了今后污水处理厂自动控制系统的发展趋势。本文旨在为研究和学习水处理自动控制系统的读者提供有关于PLC自动控制系统在污水处理上应用的整体框架概念，并为他们今后的研究学习提供未来自动控制系统可能的发展趋势。关键词：污水处理；自动控制系统；PLC；发展趋势中图分类号：X703.30.引言随着计算机和自动化控制技术的不断发展，污水处理厂的运行也进入了自动化的阶段。现在，城市里的污水处理厂基本都采用了计算机自动控制技术。污水处理厂自动控制系统的实施，实现了污水处理的自动化生产，保证了污水生产运行的安全可靠性，提升了劳动生产率，降低了能耗及药耗，处理的效果也得到了更好的保证。1.污水处理厂常规处理流程本文采用传统的二级生物处理进行讲解，其工艺流程如图1所示。2.自动控制系统的结构与功能2.1.污水处理控制系统的结构污水处理控制系统，其规律相当复杂，所以其设计、运行及维护的要求必须按照系统工程的要求来对待。而且因为先进仪表、设备的大量应用使得污水厂对于控制系统的稳定性及可靠性的要求也越来越高，所以传统的人工操作已经不适用于现如今的污水处理中。PLC是一种数字运算操作的工业控制装置，其拥有可编程的存储器，可以用来内部存储程序，用以执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等等各种指令，并通过数字量或模拟量输入输出，进而控制设备及生产过程。PLC的优点是：可靠性高；编程方便，可在线修改程序；具有较大的灵活性和可扩展性；维修方便等等。污水处理厂中各个工艺的设备及检测仪表相对集中，控制也相对独立，PLC就特别适用于这样的系统，因此其能够充分掌控污水处理厂工作过程中的工业控制与状态监测。所以，现代污水处理控制系统结构一般都采用以计算机和PLC为基础的二级监控集散模式。其中中心监控层实现集中监测的运行管理的功能，中控室通过计算机的友好人机界面对给排水工程仪表与控制论文2全厂整个工艺过程中的所有设备进行监测和控制。现场监控层是指现场各工段设有多个PLC控制子站，根据自身的优化程序，实现本工段内的设备调节和优化控制功能。污水处理厂中心控制室PLC可通过现场PLC站直接控制有关设备。如果中心控制室PLC或局域网络发生故障，不会影响厂内其它PLC站的控制功能。如果PLC网络中某个PLC站发生故障，值班室可通过就地控制开关对设备进行控制。2.2.污水处理控制系统的功能2.2.1.实时监控在中控室可以对现场参数、阀位状态进行实时监测、处理和记录。（1）工艺图的切换。控制中心监控程序提供与污水处理厂工艺相关的动态显示界面，使操作人员可以了解污水处理厂全线设备的运行状况。（2）工作流程的监测。控制中心的操作人员可以通过设置各项参数来操作阀门，实现控制整个流程细节的目的，或者选择流程的启动或停止。（3）显示设备的工作电流状态。监控程序实时显示设备的工作电流、电压及相关功率。2.2.2.实时管理对管线工艺的资料及处理数据进行归类，放入历史数据库进行管理。（1）显示管线状态参数，包括污水处理厂全线走向图，全线设备一览表和全线工艺流程图，方便了系统的维护和管理。（2）实时记录操作过程，按时间顺序记录操作行为，存入历史数据库，做到凡事有据可查，确保安全操作。（3）设置操作级别，用帐号和密码对SCADA系统的所有操作及查询设置两个保密级别，分别为操作员级别和系统维护员级别。不同的操作员和系统维护员拥有各自不同的登录帐号和密码，并由系统记录进入系统的人员的级别、登录帐号和密码及所进行的相关操作，这样可分层屏蔽可操作信息，防止非法人员对系统进行破坏，同时，也可对生产区域进行区域性的屏蔽，防止无关人员进入生产区域。2.2.3.控制方式的选择污水处理厂SCADA系统设计可以分为三级，第一级：控制中心集中监控；第二级：各泵房PLC控制，且在控制中心和泵房控制系统中均可对各设备进行手动或自动选择；第三级：手动操作方式，其作为自动控制方式的一种补充控制，为污水处理厂系统的管理提供了灵活性。2.2.4.报警处理设备出现故障时，系统启动预设的命令，对故障进行初次处理，同时，通过报警画面提示操作人员。报警窗口分为：当前报警和历史报警。当前报警只显示目前仍然存在的报警的相关信息。已产生的报警复位后，相关的报警信息将从当前报警中删除。而历史报警不但显示目前仍存在的报警的相关信息，而且还显示报警复位后的相关信息。给排水工程仪表与控制论文32.2.5.趋势显示及分析控制中心SCADA系统提供趋势显示，可以分为历史趋势和实时趋势。历史趋势用于记录各设备及仪表的过去运行状态。而实时趋势用于记录生产过程中各参量动态变化的过程。2.2.6.连锁保护每个控制环节都由若干台泵和相关电磁阀组成，一台泵故障就可能引起液体外溢、抽干水池乃至损坏其它泵等等事故。为了防止上述的情况发生，就有了联锁保护功能，只要一个控制环节中某台泵或相应的控制回路出现故障，该线路故障指示灯亮起，线路上所有泵及相关的电磁阀立即停止工作，待该路故障排除后，按下“故障复位”按钮，相关的泵和电磁阀才会恢复工作待命状态。3.各单元PLC子站的功能目前，我国城市污水处理厂一般都采用活性污泥法，其自动控制系统一般设有以下几个子站：污水提升泵房子站，鼓风机子站，一级处理子站，污泥回流泵房子站，污泥脱水间子站，配电子站，回用水加压泵房子站。图2为自动控制系统框图。3.1.污水提升泵房PLC子站对进水井、粗格栅间、污水提升泵房内的设备进行监测和控制。粗格栅间是根据设定的栅前栅后液位差或者定时来决定开停机。泵房内水泵的开启台数以及变速泵的转速是由PLC根据集水池液位来自动控制的。另外利用PLC的计时功能，还可以记录每台泵的工作时间，然后自动切换运行泵和备用泵，使各泵运行时间保持基本一致，以延长泵的使用寿命。3.2.一级处理PLC子站控制对象有初沉池的刮泥机、排泥泵、排泥阀，沉砂池的刮砂机、洗砂设备，细格栅间的细格栅以及输送带。初沉池排泥泵根据污泥井中液位计来控制，排泥阀定时开启，排渣阀根据连续运行的刮泥机周期定期开启。格栅的运行根据栅前栅后的水位差或时间间隔来控制。输送带与栅格联动，格栅不停，输送带就不停。沉砂池的刮砂机定时启动。3.3.鼓风机房PLC子站主要用于风机和风量的调节。一般根据曝气池中溶解氧的浓度来自动调节风机的转速或出口挡板的角度，从而改变供风量。另外通往各个池子的空气干管上应设置电动控制阀门，以保证送往各个池子中的空气量保持基本平衡，对于A/O、AB工艺等非均匀供氧曝气池，应该通过溶解氧量的测定开闭电动调节阀，实现对曝气池不同部位进气量调控的目的。给排水工程仪表与控制论文43.4.污泥泵房PLC子站主要用来控制二沉池的刮吸泥机，剩余污泥泵和回流泵等。刮吸泥机按贮泥时间来确定连续运行速度，排泥泵一般为连续排泥。剩余污泥泵定时开机，每次抽送设定体积的污泥。备用泵根据累计工作时间自动切换。回流污泥泵一般连续运行，一些特殊工艺也可以间歇运行，由污泥井中的液位计控制，同时受进水流量大小控制。3.5.污泥处理PLC子站子站控制的主要设备有：污泥浓缩池刮机及排泥阀、污泥脱水机、污泥投配泵等。污泥脱水机每台自带小型PLC控制器，用来控制脱水机、污泥投配泵、反冲洗泵、污泥传送带等，并与污泥处理系统的PLC子站相互交换信息。脱水机和投配泵则采用变频调速控制。浓缩池刮泥机按设定的速度连续运行，排泥阀根据污泥贮存池的液位来进行控制。加药系统中的加药泵根据流量和设定的加药比控制，溶药搅拌设备的运行则根据时间控制。3.6.配电PLC子站用于监测污水处理厂配电站内高、低压开关柜，主变、厂变等配电系统的状态，并进行信息的采集、处理，还具有监测、保护或控制功能。3.7.回用水加压泵房PLC子站主要控制回水加压泵和回水加氯机。加压泵一般根据供水对象所需压力采用变频调速控制。氯的投加采用二次加氯法，前加氯为按原水流量比例投加，后加氯为流量比例和出水余氯反馈构成的复合环控制系统。4.污水处理厂自控系统的发展趋势（1）污水处理厂自控系统与遥感遥测遥控技术、高速数字技术和网络技术结合，使小型污水处理厂安装远距离监测和控制系统后，无需操作人员，只需通过遥感遥测遥控技术即可实现污水厂的自动控制。（2）建立完善的教育培训体系，使操作人员充分理解污水处理厂的控制策略，并在运行管理中充分应用学到的知识。（3）全厂最优控制与处理单元过程控制有机结合，实现高效低耗运行，避免局部最优化。（4）基于亚硝酸氮、微生物、污泥特性以及气味等检测仪表与应用软件相结合的监测技术研发与应用。（5）实现基于模型预测控制、模糊逻辑、神经网络、多变量统计分析或在线模拟等高级控制算法的自控系统的开发。给排水工程仪表与控制论文5[参考文献][1]周晓民.污水处理中自动化控制系统的应用[J].西南给排水,2005,27(1):41~43.[2]马勇,彭永臻.ICA技术在污水厂的应用现状及发展[J].中国给水排水,2007,23(12):11~15.[3]周明.现场总线控制系统[M].北京:中国电力出版社,2002.[4]马卫卫,王社平.西安市邓家村污水处理厂自动控制系统设计.给水排水,2000.26(10):76~78.[5]杨立福等.给水排水自动化技术(SCADA)综述[J].给水排水,2000.26(3):72~78.[6]单根立等.计算机集散控制系统中的故障的显示与报警[J].机电工程,2000.17(5):31~32.[7]刘灿生,费霞丽,高欣忠.我国水厂自控技术的发展趋势[J].给水排水,1998,24(1):56~57.[8]牛学义.济宁污水处理厂控制系统的特点[J].给水排水,2000,26(6):75~78.[9]杨建辉.桂林市第四污水净化厂自控系统分析会[J].给水排水,2000,26(8):73~76.[10]毛慧欧.城市污水处理计算机控制系统的应用研究[J].环境污染治理技术与设备,2001,2(5):32~37.[11]高素萍.城市污水处理厂自动控制系统的设计与实现[J].计算机工程与设计,2003,05:73~76.[12]俞伟胜,姚加飞.自动控制系统在污水处理厂的应用分析[J].四川环境,2008,03:102~104.[13]周亚楠.浅析污水处理厂的自动控制系统[J].科技展望,2016,01:96.[14]刘昌鹤.PLC自动控制系统在污水处理中的应用[J].科技信息,2011,27:174~191.[15]马学文,李亚峰,王宏伟.污水处理厂的自动控制系统及功能[J].黄金学报,2001,01:52~54.