一、污水處理自動化概述

污水處理廠采用自動控制系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)污水廠的高效低耗運(yùn)行。污水處理廠最常用的自控變量是溶解氧和流量，主要用于供氣量、回流污泥量與化學(xué)藥劑投加量的控制。其他變量，SRT通常采用設(shè)定時間或與進(jìn)水流量成一定比例的關(guān)系，用手動控制；pH值控制一般采用反饋控制，用于不同污泥性質(zhì)狀態(tài)下的污泥處理系統(tǒng)混凝劑的投加。

污水廠自動控制系統(tǒng)一般采用數(shù)據(jù)監(jiān)控采集系統(tǒng)與全廠自動控制系統(tǒng)兩種方式。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端（RTU）+工控機(jī)（IPC）組成。主要特點在于數(shù)據(jù)采集，對生產(chǎn)過程的參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)視，功能較為簡單，不能實現(xiàn)全廠生產(chǎn)的自動化控制。全廠自動控制系統(tǒng)其數(shù)據(jù)采集及控制功能均可實現(xiàn)，組態(tài)靈活，界面友好，宜于擴(kuò)展，且技術(shù)成熟，是目前技術(shù)上普遍采用的方案。

二、自控系統(tǒng)在國外污水廠的應(yīng)用研究

歐美國家一些城市污水處理廠已經(jīng)用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行過程控制，甚至實現(xiàn)全自動化無人值守控制模式?，F(xiàn)在許多美國大中型污水廠采用集散型自動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。在廠區(qū)范圍內(nèi)設(shè)有若干臺現(xiàn)場控制站，對整個污水廠實行多環(huán)路控制。設(shè)在中心控制室內(nèi)的計算機(jī)主機(jī)從各個現(xiàn)場控制站中收集數(shù)據(jù)，并提供圖表顯示、曲線、各個設(shè)備動作記錄、設(shè)備故障報警等信息。在自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，每一個自動控制過程都可切換成手動控制方式。

三、污水處理自動控制系統(tǒng)具體實現(xiàn)

（一）中央監(jiān)控工作站

1.中控站采用SCADA系統(tǒng)，包括監(jiān)控所需的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，大屏幕模擬屏系統(tǒng)及實時多任務(wù)彩色監(jiān)控系統(tǒng)等。用于集中監(jiān)視、控制、操作、管理污水處理的全部生產(chǎn)過程。

2.中控站組成：中控站設(shè)置操作員站與工程師站。操作員站設(shè)有三臺顯示器。不同區(qū)域的工藝流程可以在三臺顯示器上切換顯示。工程師站除具有操作員站的所有功能外，還具備供具有管理權(quán)限的人員進(jìn)行注冊、應(yīng)用程式開發(fā)、工藝參數(shù)設(shè)定更改、系統(tǒng)管理等功能。

（二）現(xiàn)場控制站

現(xiàn)場控制站主要對現(xiàn)場有關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和為中央控制室數(shù)據(jù)采集，同級站組成控制網(wǎng)絡(luò)，為使現(xiàn)場值班人員觀察到儀表及設(shè)備重要的工況信息和有關(guān)參數(shù)，并能進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)置和控制，現(xiàn)場控制站配有高性能的PLC系統(tǒng)和相應(yīng)的操作員終端，控制站操作終端面板，控制站數(shù)據(jù)高速通道適配器，以及控制

站網(wǎng)絡(luò)接口模塊。 此外，包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和過程控制軟件。

（三）操作員終端

1.功能可以代替常規(guī)設(shè)備，如按鈕、信號燈、數(shù)字顯示器、信息顯示器。

2.操作員終端提供與控制器系統(tǒng)通訊的能力。

3.具有較強(qiáng)的報警指示能力，系統(tǒng)能按時間次序指示報警狀態(tài)，隨時顯示最近的報警點，在請求時可以列出全部報警狀態(tài)。

（四）控制網(wǎng)絡(luò)

控制網(wǎng)絡(luò)作為整個控制系統(tǒng)的系統(tǒng)總線，用于連接中央控制站內(nèi)的各種設(shè)備（包括工程師站和操作員站）和各個現(xiàn)場控制站。安全可靠、迅捷高效的控制網(wǎng)絡(luò)是成功的過程自動控制系統(tǒng)的先決條件，對于集散式自動化控制系統(tǒng)更是如此。本廠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用以電纜為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在出現(xiàn)故障時，增加或刪除任意一個節(jié)點，都不會影響到其它設(shè)備的運(yùn)行和通訊。

（五）軟件

采用先進(jìn)的計算機(jī)控制系統(tǒng)，用于污水處理廠的生產(chǎn)控制、運(yùn)行操作、監(jiān)視管理?？刂葡到y(tǒng)不僅要有可靠的硬件設(shè)備，還具有功能強(qiáng)大，運(yùn)行可靠，界面友好的系統(tǒng)軟件和編程軟件。

1.應(yīng)用軟件，包括廠級用戶監(jiān)控軟件，現(xiàn)場分散控制應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件滿足現(xiàn)場的實際需要。

2.工程控制軟件，每個控制站具有獨立完成本地控制任務(wù)，同時還具有與其他控制站通訊的網(wǎng)絡(luò)能力，各控制站間不會出現(xiàn)相互干擾。

3.工程監(jiān)控軟件，具有下述功能：整個工廠總貌圖、設(shè)備布局圖、控制流程總圖等；多窗口動態(tài)顯示工藝流程畫面，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和過程參數(shù)等；各個獨立控制站的狀態(tài)顯示等。

4.網(wǎng)絡(luò)軟件，完成整個工廠控制各站間數(shù)據(jù)的正確流向，保證網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，不出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)滯現(xiàn)象。在網(wǎng)上某個節(jié)點出現(xiàn)故障時，不會影響其他節(jié)點的正常工作。

四、污水處理廠自控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

污水廠采用自控系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)污水廠的高效低耗運(yùn)行。目前自控系統(tǒng)并沒有在污水廠得到全面廣泛應(yīng)用，其主要原因有：

①檢測工具不可靠、不穩(wěn)定，如用于實現(xiàn)脫氮除磷的深度處理的亞硝酸氮、微生物、污泥特性以及氣味檢測儀表的測定技術(shù)。

②污水廠配置的價格昂貴和維護(hù)繁瑣的在線傳感器僅用于檢測，并未真正發(fā)揮其功能，在線傳感器并未充分應(yīng)用到高級控制策略中，一般僅用于污水流量的控制（如控制污泥回流比恒定），前饋控制的應(yīng)用也很有限。

③已建污水廠存在限制性因素。已建污水廠由于在設(shè)計之初與建設(shè)期，受到自技術(shù)水平落后、配套自控設(shè)備與儀器的缺乏、污水處理效能與自控的關(guān)系不明等因素限制，再加上如今排放標(biāo)準(zhǔn)的普遍提高，要建立與健全已建污水廠自控系統(tǒng)體系還有很多問題需要解決。

④自控技術(shù)缺乏透明度以及軟件和儀器行業(yè)不規(guī)范。

⑤由于缺乏對自控系統(tǒng)在污水廠運(yùn)行過程中產(chǎn)生的節(jié)能降耗部分所帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益方面的認(rèn)識，阻礙了風(fēng)險投資者建設(shè)污水廠時對自控系統(tǒng)的投資欲。同時污水廠監(jiān)管部門對自控系統(tǒng)引入污水廠后保障污水達(dá)標(biāo)排放、提高環(huán)境效益與社會效益的認(rèn)識不足，缺少與風(fēng)險投資者的協(xié)調(diào)，也是阻礙其全面推廣的重要限制性因素之一。

⑥不完善的教育-培訓(xùn)-知識體系。

污水處理廠自動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：

①基于亞硝酸氮、微生物、污泥特性以及氣味等檢測儀表與應(yīng)用軟件相結(jié)合的監(jiān)測技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

②實現(xiàn)基于模型預(yù)測控制、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多變量統(tǒng)計分析或在線模擬等高級控制算法的自控系統(tǒng)的開發(fā)。

③全廠最優(yōu)控制與污水處理單元過程控制有機(jī)結(jié)合實現(xiàn)高效低耗運(yùn)行，避免局部最優(yōu)化。

④污水處理廠自控系統(tǒng)與遙感遙測遙控技術(shù)、高速數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，使大量小型污水處理廠安裝遠(yuǎn)距離監(jiān)測和控制系統(tǒng)后，無需運(yùn)行操作人

員，通過遙感遙測遙控技術(shù)實現(xiàn)污水廠的自動控制。

⑤建立完善的教育-培訓(xùn)-知識體系，使運(yùn)行操作人員理解污水處理廠的控制策略，并在運(yùn)行管理中得到廣泛應(yīng)用。

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