時間：2023-06-02 09:59:19
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇污水處理控制系統，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號：U664.9+2 文獻標識碼：A
環境污染問題關系到人們的生產生活，在污水處理過程中，隨著人們對污水處理要求的逐漸提高，傳統的污水處理控制方法難以達到控制要求，使得污水處理的現狀不容樂觀，還存在諸多亟待解決的問題。在新形勢下，污水處理自動控制系統的設計，運用現代化自動化控制處理污水滿足了污水處理的要求，在污水處理過程中發揮著重要的作用。如何進行污水處理自動控制系統的設計是當前污水處理關注的焦點。因此，研究污水處理自動控制系統的設計具有十分重要的現實意義。鑒于此，筆者對污水處理自動控制系統的設計進行了初步探討。
1 污水處理工藝流程。近年來，從污水處理的實際需求的環境出發，污水處理的工藝過程也日趨復雜，污水處理工藝流程按處理程度的不同，分為不同的處理階段。具體說來，污水處理一般可分為五個階段，即預處理、一級處理、二級處理、深度處理和污泥處理及處置。其中，預處理主要包括：粗格柵、細格柵、沉砂池；一級處理主要包括：初沉池；二級處理主要包括：生物濾池、曝氣池和二沉池；深度處理：常用的工藝有混凝沉淀和過濾。污泥處理主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥或衛生填埋。通過對需求進行詳細的調研，決定污水處理工藝流程應包括粗格柵、沉砂池、細格柵、初沉池、生物濾池、提升泵房、曝氣池、二沉池等，結構圖如圖1所示：
圖1 污水處理工藝流程圖
2 污水處理自動控制系統設計要求
污水處理自動控制系統，在設計過程中，必須按照一定的要求來進行設計，其具體內容如下：（1）所有的電氣和機械設備能夠自動或手動操作，控制系統需包括報警、聯鎖和控制回路。并且上述設備傳送的信息應能夠在控制面板和過程控制計算機顯示器上顯示。（2）所有的設定值（液位、流量、溫度、PH值、溶解氧量）和計時器可以在控制系統中通過操作面板或鍵盤更改。（3）通常，過程聯鎖的設定值不能被未授權的人員通過操作面板修改，只有在輸入正確的密碼之后，才能進行操作。（4）控制系統負責系統自動化運行的監管，能實現24h全天候連續運轉，并按工藝要求進行自動操作。（5）利用工藝參數的反饋，實現過程的穩定控制（液位、溫度、流量、PH值和溶解氧），提高反應效率、節約能源，并提高系統的抗沖擊性能。（6）實現厭氧處理過程集水井液位與2臺入水泵、初沉池液位與2臺冷卻塔進料泵、均衡池液位與2臺調制池進水泵、2臺淺液式攪拌機之間的連鎖控制。（7）實現冷卻塔溫度與冷卻塔2臺風扇、調制池回流管溫度與進料閥門XV-401A/B、堿液投加泵、鹽酸投加泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵之間的聯鎖控制。（8）實現2臺初沉池污泥泵、進料閥門XV-401A/B、厭氧污泥泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵的時間控制。（9）實現調制池回流管流量開關與進料閥門XV-401A/B、厭氧污泥泵、堿液投加泵、鹽酸投加泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵之間的聯鎖控制。（10）實現好氧處理過程集水井液位與提升泵的聯鎖控制。（11）實現曝氣池溶解氧（DO）與4臺羅茨鼓風機的聯鎖控制。（12）實現液位、溫度、流量、PH值和溶解氧（DO）的高低限報警。（13）實現好氧處理過程加藥設備的控制。（14）實現脫水機房相關設備的運行狀態顯示及故障報警顯示。（15）對所有帶控制點的電機和泵實現啟停控制。（16）實現模擬量的歷史趨勢及趨勢圖表顯示。（17）實現必要的流量累計功能。（18）實現整個污水處理系統所有電機、泵的故障報警。
3 污水處理自動控制系統硬件設計。污水處理控制系統設計是污水處理的重要組成部分，污水處理自動控制系統具有廣闊的發展前景。在污水處理系統中，關于污水處理自動控制系統硬件設計，以下將從污水處理系統控制和PLC控制系統硬件的介紹來闡述，其具體內容如下：
3.1 污水處理系統控制介紹。污水處理系統控制對象既有開關量又有模擬量， 污水處理過程的共同特點就是開關量多，模擬量少；與此同時，既有開環控制又有閉環控制，具體在污水處理系統控制中，以邏輯控制為主，閉環控制為輔。污水處理系統控制的控制系統包括兩套CPU412控制器，三條通訊鏈路，三個ET200M從站。工程師站通過上位機監控軟件實現對全廠設備的監控、水質數據記錄、生產報表等功能。其中，自動控制柜是整個自動控制系統的核心部分，自動控制系統的功能主要是由PLC按照實現編好的程序進行控制。
關鍵詞：PLC；MCGS；污水處理
中圖分類號：X703 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0070-02
前言
隨著人口的增長，污水的產生越來越多，污水處理技術越來越重要。目前我國很多污水處理系統中都使用了PLC和MCGS的污水處理控制系統。這樣能夠達到更好的污水處理效果，同時還能提升處理效率。
1 污水理系統的基本要求
1.1 明渠內的格柵
成組的平行金屬柵條做成了格柵，通常情況下，格柵呈傾斜狀態放置在污水提升泵到集水池的主要渠道上面，對污水里含有的大塊固體廢棄物進行攔截，例如生活垃圾等，這樣能夠有效保證閥門、管道及相應的處理設備處于正常的工作狀態，防止受到這些物體的損壞。一般來說，污水通過格柵的速度越緩慢，所對應的攔截廢棄物的效果越顯著，但是如果速度太過于緩慢，那么會對格柵造成阻塞的情況，這樣就會減少過水面積，從而導致水流速度加快。所以要確定污水通過格柵的速度，就要做全方位綜合性的考慮，污水的主要組成、污水含有泥沙的百分比。對于格柵的間距也由污水的性質來決定，使其技能滿足水泵的要求，同時還能滿足后續設備的要求。
1.2 平流隔油池
在平流隔油池里面，通常都裝有很多設備，通常會有鏈條式刮泥、刮油機，廢水從池子的一邊進入，從另外一邊向外流出。在池子里的污水水平方向的流動速度非常小，包含在水中的油滴會在水中上下浮動，之后在表面進行聚集，由池子配套的集油管和刮油機把它們收集起來。如果密度較大，那么會下沉到底下，最后收集排出。
1.3 SBR反應池
對于SBR法來說，其處理污水的運行方式是間歇式操作，對污水進行分批處理，在每一個池子里面都會有曝氣池和二沉池，在處理系統中，不進行二沉池的單獨設置，污泥回流設備也不會單獨設置，對于污水的均質調節池也不進行設置。許多的反應器組合在一起構成了SBR法，污水是按照一定的順序進入到反應池中，在整個污水處理的過程中，其反應工序都是按照一定的順序進行排列的。
2 污水處理系統的工藝要求
2.1 提升泵啟閉控制
在整個對污水進行處理的系統中，設置有6臺泵，把其兩兩歸為一組。在安裝有污水提升泵的池子達到所需要的液位時候，污水提升泵開始工作，如果水位達不到要求，泵不發生運行。
2.2 除污機控制
在污水處理系統里面除污機的安裝非常重要，在明渠里面的粗、中格柵上都要進行安裝。如果在格柵的前后會形成一定數值的液位差，那么除污機處于正常運行狀態，除此之外，都是處于關閉狀態。
2.3 刮油、刮泥機控制
在污水處理系統里面，刮油、刮泥機通常只設置一套，在平流隔油池里面。在它處于正常工作狀態的時候是進行連續式作業，只有進行維修時候才停止。
2.4 曝氣機控制
在每一個反應池里面都需要配備有曝氣機，通常該設備采用變頻電機進行啟動的控制，通過PLC編寫程序，完成對曝氣機的自動控制。在不同的反應周期中，曝氣機完成相應的運轉，并根據實際情況進行自動的調節，達到節能的效果。
2.5 潷水器控制
和曝氣機的設置一樣，潷水器也是分別存在于反應池中，通過PLC的編程實現自動控制過程。當反應池的各個條件都滿足其要求時候，潷水器開始正常運行。
3 污水處理控制系統結構構成
在污水處理控制系統中，工控機IPC、PLC+相關外設電路板、模擬開關量輸入輸出控制板三大部分組成了主要的系統結構。在進行污水處理的時候，對水壓和水流量都有要求，需要兩者都保持恒定，要對動態數據進行采集，用來分析。如果壓力和流量都采用人工手動控制，那么就會產生很大的工作量，還會給結果帶來較大的誤差，一定程度上給能源造成浪費。所以在污水處理控制系統中，采用PLC和MCGS方法就能有效對這些問題進行解決，達到工藝上的要求。在控制系統中現場的控制單元選擇PLC，把PLC作為控制單元來控制污水處理具有很顯著地特點，首先職能分配合理并且清晰，對于現場控制、操作控制、數據管理都有不同的站點與之對應，其次控制功能非常強大、并且具有很高度的可靠性，最后，PLC控制的抗干擾能力明顯優于STD等常用控制裝置。
4 控制系統軟件設計
對于控制系統來說，軟件的設計至關重要，主要包括 PLC下位機程序的設計和上位機組態軟件的設計。PLC程序的編寫是為了功能行的實現，對于編譯完成后的梯形圖程序借助通訊電纜傳輸到PLC里。
通過雷達液位計對混合沉降罐的液位信號進行采集，之后將結果送到處理器，處理器進行分析并且與預先設定數值進行比較，利用PID對信號進行控制調節，從而改變變頻器的輸出情況，達到控制水泵的效果，通過這個過程，能夠有效保證混凝沉降罐的液位處于相對平穩的狀態。對于流量泵來說要使用變頻器，從而實現泵對流速的控制，從而對整個系統處理污水的速度進行控制。運用雷達液位計對粗粒化罐的液位進行采集，將結果傳輸給處理器，處理器把分析結果和預定值進行比較，控制變頻器的輸出情況，實現對泵的控制，使得粗粒化罐的液位也處于相對穩定的狀態。在對排污泵的控制上，在上位機監控過程中選用MCGS組態軟件，這一軟件的應用能夠快速完成上位機監控系統的組態軟件系統的構造與生成。這一系統能夠完成從數據采集到數據處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案。
5 控制系統設計
5.1 上位機設計
在污水處理控制系統中，上位機的設計包括三個環節，污水處理遠程計算機控制系統、整個工程的系統構成及工藝流程、擬定組建工程的總體規劃和設想。
首先，污水處理遠程計算機控制系統使用的是MCGS組態軟件進行控制和管理的，它的作用是構造以及生成計算機監控系統，它的運行平臺限制較小，能夠在Microsoft的各種32位Windows平臺上使用，它能夠對現場情況進行監控采集，采集F場數據，對異常情況進行報警，對全部工藝流程進行控制，對統計報表進行輸出，能夠給客戶提供解決問題的可行性方案。
其次，整個工程的系統構成及工藝流程，根據被監控對象特征，找到最重點的監控要求以及相關技術要求。
最后，擬定組建工程的總體規劃和設想，這里面包括了系統的具體職能，控制流程具體的實現方式，用戶所要使用的窗口界面的顯示方式，動畫效果的實現方式，在進行實時數據庫的各種環節時候如何定義，與此同時，對于工程中設備的數據采集以及相關的定義關系都要進行詳細的分析，要對設備與對應變量的關系仔細分別認清，對于對應變量的軟件所需要傳遞的數據能夠通過動畫形式進行顯示。對工程設計里面的整體規劃工作要認真完成，這樣能夠有效避免做一些項目組態過程中的無用功，讓工程項目能夠快速有效的完成。
5.2 下位機設計
通常情況下機位使用的是日本OMRON公司的C200H系列PLC。它的具體結構是模塊式，對于一個單元系統來說它的核心是CPU，包含電源、微處理器、系統存儲器等，能夠提供現場輸入的設備是基本I/O單元以及智能I/O單元，對輸出進行控制的設備以及和CPU進行連接的電路。結合具體對系統進行設計中的功能要求環節，對于下機位來說，通常選擇使用的設計程序是模塊化的程序，這種程序設計的本質就是依照不同的功能，把下位機的程序分解成具有功能性的一系列模塊，當這些模塊所具有的功能都能得到實現之后，依照系統的要求，把這些具有不同功能的模塊按照一定方式進行連接，經過調試之后，就形成了最終的程序。通過這樣的方法進行程序編寫具有很明顯的優勢，編制的程序具有很多特性，能夠進行擴展同時還能進行移植，此外它的通用性非常良好，在任何一種系統定的功能模塊都能夠進行運用。針對不一樣的污水處理系統來說，對于硬件設計也是不盡相同的，在具體的功能特性上也有一定的差異。在編程中應用模塊化的思想，如果要對具有特定功能的污水進行處理，在這個系統中要實現功能就很容易，只需要對相關功能的模塊進行選擇，之后把它們按照一定順序進行組合就能夠實現它的功能。這樣的軟件結構類似于積木的拼裝，具有很好的使用效果，在軟件編程和調試階段都能夠簡化具體工作，從客戶的角度來說，設備改造能夠帶來開發周期以及經濟效益兩方面的好處。
6 結束語
綜上所述，隨著PLC和MCGS的污水處理控制系統的使用，使得污水處理過程變得更為簡單有序。在進行污水處理的時候，每一道工序都能準確完成，減少了人工操作所產生的誤差。對于污水處理控制系統設計來說，要對上機位和下機位分別進行合理的設計，要對系統功能進行全面把握，使得設計的控制系統簡單易操作。通過這樣方式處理之后得到的中水具有更好的回用指標。
參考文獻：
[1]郭照新，李超，張學東.PLC在一體化反應器污水處理系統中的應用[J].微計算機信息，2006，22（3）：1-3.
[2]趙芳，李從兵.基于PLC的污水處理控制系統[J].工業控制計算機，2006，19（4）：59-60.
【關鍵詞】污水處理水廠 ；PLC控制系統；儀表系統
中圖分類號：U664.9+2 文獻標識碼：A 文章編號：
前言
污水廠控制系統由中央控制室微機（上位機）和現場PLC終端（下位機）兩級組成。上位機采用二臺工控機，具有冗余熱備功能，上位機完成數據處理，參數設定，報表生成和圖形顯示監控。下位機用可編程控制器，完成對設備的監控和數據采集。上位機和PLC各站點通過工業快速冗余光纖以太環網連接。采用這種結構形式系統，操作人員能有效方便、快捷地操縱和管理整個系統，可把廠級以太管理網與工控網相連接，在服務器編制數據庫，把工控網的歷史數據、實時數據在以太網上共享，以便于污水處理廠管理。
一PLC控制站構成
粗格柵控制站（PLC1）
（1）粗格柵
A控制模式
液位差控制方式：格柵前、后設超聲波液位差計，根據設定的液位差值判斷格柵是否堵塞，當液位差H達到設定值，則格柵機開始連續工作，直到液位差H低于設定值后，恢復正常的格柵機操作，如果液位差H繼續增加，則觸發報警，格柵機按設置時間工作。
定時控制方式：格柵機的操作是根據時間間隔及持續時間的定時發來控制，時間間隔及持續時間由計算機設定，系統自動調整所有格柵具有相同的時間間隔及持續時間。螺旋輸送機與格柵機聯動，格柵機工作與否始終作為螺旋輸送機的工作條件，螺旋輸送機先于格柵機工作，滯后于格柵機停止，時間在0~5分鐘內可調。多臺格柵機間隔工作。
B監視設備的狀態
狀態信號：每一格柵除污機有“運轉/停止”、“故障”、“自動/手動”信號；格柵螺旋輸送機有“運轉/停止”、“故障”、“自動/手動”信號。
故障報警內容：每一格柵除污機、螺旋輸送機有“故障”報警。
（2）進水泵房
A控制模式
進水泵房水可手動/自動控制，手動狀態下，可在就地控制柜上單機起停，在自動控制狀態下：
根據集水池液位自動控制變頻調速泵的轉速及水泵的開/停。
根據集水池最低液位，自動停泵，實現泵的開動轉保護。
每一臺泵的起動次數和總的運行小時數應均衡。初始設定應使每臺泵的動轉時間相等。系統根據時間優先原則循環順序起動水泵，每臺水泵的起動次數和總的運行小時數應進行積累，并排出維修計劃，應使每臺水泵的運行時間大致相等。控制方案為，起泵原則：中液位啟動兩臺水泵，中高液位啟動三臺水泵，高液位啟動四臺水泵并有高液位報警。停泵原則：中高液位停一臺水泵，中液位停兩臺水泵，低液位全部關閉并有低液位報警。
控制系統應監視泵的運行過程，如泵故障應報警并自動投入備用泵。
B監視設備狀態
狀態信號：每臺水泵“運轉/停止”、“自動/手動”、“故障””漏水報警”信號入PLC。現場顯示進水泵房集水池的液位值。
集水池內設一組超聲波液位計，超聲波液位計用來控制水泵運行，其信號入PLC。變頻調速器的轉速反饋信號，水泵電流信號，在計算機上顯示并有報警。
故障報警：監視進水泵房集水池液位，如果液位低于或高于PLC設定的數值時應觸發報警。
（3）細格柵
A控制模式
液位差控制模式：格柵前、后設超聲波液位差計，根據液位差值檢測格柵是否堵塞，當液位差H達到設定值時，則格柵開始連續工作，直至液位差H低于設定值后，恢復正常的格柵操作。如果液位差H繼續增加，則觸發報警，除污機按設置時間工作。
定時控制方式：格柵機的操作是根據時間間隔及持續時間的定時法來控制，時間間隔及持續時間由計算機設定，系統自動調整所有格柵具有相同的時間間隔及持續時間。螺旋輸送機與格柵聯動，格柵工作與否始終作為螺旋輸送機的工作條件，螺旋輸送機先于格柵工作，滯后于格柵停止，時間在0~5分鐘內可調。多臺格柵應間隔工作。
B監視設備的狀態
狀態信號：每一格柵有“動轉/停止”、“故障”、“自動/手動”信號；螺旋輸送機有“動轉/停止”、“故障”、“自動/手動”信號。
模擬信號：液位信號進入PLC并在計算機上顯示紀錄報警。
故障報警：每一格柵、螺旋輸送機有“故障”報警。
二：初沉池污泥泵房控制站（PLC2）
1.曝氣沉砂池
A控制模式
沉砂池的鼓風機、攪拌機、砂水分離機自成系統，由所帶控制箱控制。
可由現場控制箱手動起停，也可由PLC控制開停。
能夠實現設備按預定程序自動運行和各個設備之間的有機協調配合實現設備間的聯鎖功能。
砂泵將根據定時的控制方式來啟/停，并根據時間優先的原則循環起動泵，每臺泵的起動次數和總的運行小時數進行累計并排出維修計劃，使每臺泵的運轉時間大致相等。砂水分離器與砂泵聯鎖。對旋轉漿大致轉速進行調整，可以有效地去除0.1mm以下的砂粒。
B監視設備的狀態
狀態信號：每一套設備的攪拌器、砂水分離機有“動轉/停止”，“故障”、“自動/手動”信號。
故障報警：每一套設備的攪拌器、砂水分離機有“故障”報警。
三：污泥脫水機房控制站（PLC3）
1：脫水機
A控制模式
污泥脫水機及其輔機由污泥脫水機控制箱控制，當污泥脫水機工作時，其污泥泵、加藥裝置、投配泵等聯動運行。
優先控制：當污泥濃縮池濃度計的濃度達到工藝設定值后，脫水機發出工作指令。
污泥脫水機在自動狀態下，且它的輔助設備沒有故障，則污泥脫水機自動按順序啟動所帶設備。
B監視設備的狀態
狀態信號：污泥脫水機、污泥泵、加藥裝置、投配泵等的“自動/手動”、“運行/停止”、“綜合故障”信號。
模擬信號：流量計的4―20mA信號入PLC。
故障報警：污泥脫水機、污泥泵、加藥裝置、投配泵有“綜合故障”報警。
2：加藥系統
加氯間加氯機的控制根據二沉池出水流量，采用流量比例控制，即根據流量信號按比例自動控制加氯量。
加氯后水進入接觸池。接觸池設有一套液位計，兩套電動閥門（進水、出水），由操作人員在上位計算機控制。
加藥采用如下控制方案：控制根據流量測量值、源水濁度進行前饋控制，也可增加根據反應水濁度值進行控制的反饋控制，共同組成復合環控制方案；兩組藥液池互備，自控系統可實現溶液池的自動切換，確保藥液的連續供給；根據流量測量值和濁度信號，調節加藥泵加藥量。
四：鼓風機房控制站（PLC4）
1：鼓風機
A控制模式
鼓風機可由現場控制箱手動起停，也可由PLC控制開停。
能夠實現設備按預定程序自動運行和各個設備之間的有機協調配合實現設備間的聯鎖功能。
B監視設備的狀態
狀態信號：每一套設備的 “動轉/停止”，“故障”、“自動/手動”信號。前后軸溫報警，電流信號均傳輸至上位系統。
故障報警：每一套設備有“故障”報警。
五：二次沉淀池控制站（PLC5）
A控制模式
二次沉淀池刮吸泥機連續運行，由現場電氣控制箱手動起停，或由PLC控制。
B監視設備的狀態
狀態信號：刮吸泥機的“手動/自動”、“運行”、“故障””漏水報警”信號。
污泥泵房
A控制模式
回流污泥泵的開停及運行時間由PLC根據生物池中檢測的混合液濃度反饋及進水流量控制，當濃度低于工藝要求值時開泵，反之停泵或降低轉速。
B監視設備的狀態
狀態信號：剩余污泥泵和回流污泥泵及相關閥門的“自動/手動”、“運行/停止”、“故障””漏水報警”。
模擬信號：超聲波液位計、剩余污泥電磁流量計、回流污泥電磁流量計、出水流量計的4―20mA標準信號和脈沖信號入PLC。
六：纖維轉盤濾池控制站（PLC6）
1 潛水軸流泵深井泵及電動閥門
A控制模式
潛水軸流泵，深井泵及電動閥門的開停及運行時間由就地控制箱控制及PLC上位機手動及程序自動控制。
B監視設備的狀態
狀態信號：潛水軸流泵，深井泵及電動閥門的“自動/手動”、“運行/停止”、“故障””漏水報警”。
模擬信號：液位計的4―20mA標準信號和脈沖信號入PLC。
關鍵詞：PLC；自動化控制；污水處理
中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）20-0052-02
當前，自動化技術已經應用到各個行業中，污水處理系統對自動化技術的應用也在逐步的提高。隨著人們的生活水平的不斷提高和進步，人們的用水量也在不斷的增加，隨之而來的污水排放量也在急劇的增加，加快了水體富營養化的進程，水資源的短缺顯得更加的突出。為了減少污水對環境造成的污染，為人們提供更多的水資源，在城市建立了大量的污水處理廠，局部完全統計，截止到2012年，全國設計污水處理能力達到了1.85億立方米/天，污水的處理能力將會大大的增強，為減少污水對環境的污染做出了貢獻。但是，隨著污水處理廠的建成，在長期的污水處理過程中產生了巨大的費用，在污水處理過程中由于水質的變化和進水速度的快慢不同，造成了在污水處理過程中要不斷地調整相關的數據。PLC自動化系統的使用能有效地控制出水水質的變化，提高出水水質的穩定性，能節約在污水處理過程中的運行費用，從而實現低耗、高效、穩定運行的目的。
1 國內外的發展現狀
發達國家污水處理廠已經大量地使用了自動化控制系統，能夠很好地實現在污水處理過程中的自動控制和數據的記錄。個別地區已經實現了污水處理廠的全自動控制，在污水處理過程中執行無人值守的運行方式。如美國愛阿華污水處理，運用微機自動控制投加藥劑，應用直接數字式計算機控制自動加釩，運轉一年就降低釩消耗20%，并且提高了管理水平和穩定了水質。除此之外，美國加利福尼亞污水處理廠和日本的東京國立污水處理廠也先后采用了計算機自動控制技術，運行效果也比較理想，目前，國內外的絕大多數污水處理廠都在不同程度上使用了自動化控制系統，通過計算機的控制實現沉淀、過濾、藥劑的投放和臭氧的處理等多個環節的多環路的控制。中央控制計算機可以從各個環節的計算機中收集大量的運行數據，通過對數據的分析和匯總，顯示污水處理廠的圖標和運行曲線，控制設備的運行信息，能對出現的異常情況及時進行預警和報警處理，當出現運行故障時，可以對其中的故障設備進行及時的檢查和維修，提高污水處理廠的高效
運行。
2 自動化控制系統的概述
污水處理廠的自動化控制系統可分為兩種情況：一種是使用數據監控采集系統，另一種是全自動的控制系統（即所謂的無人值守模式）。數據監控采集烯烴主要是通過數據采集終端對生產過程中的運行參數實時監控，能及時地發現在污水處理過程中出現的數據波動，相對來說投入的費用較少，具有的功能比較簡單。全自動控制系統是當前污水處理過程中最先進的技術，其通過數據的采集對污水處理實現自動控制，能提高污水的處理質量和設備的穩定運行。污水處理廠的自動化控制系統可分為PLC可編程序控制系統、集散控制系統和現場總線控制系統三種
類型。
PLC是通過數字的運算進行設備控制的一種自動化裝置，它使用可編程系統內部的儲存程序，通過數字的輸出執行運算，順序控制、計時、定時等相關的指令，主要是通過模擬量和數字量的輸入和輸出來控制污水處理設備的運行。PLC可編程序控制系統具有較強的控制能力、簡單的編程、可靠的運行、較強的抗干擾能力、有各種接口、方便設備的連接、單獨的模塊型結構、維修和使用方便、能實現在線維修等多種特點，在污水處理廠廣泛得到使用。集散控制系統使用模塊化、標準化和系列化的設計，其主要由生產過程數據采集、過程控制管理、生產管理三個級別組成的集中顯示操作管理的一種手段，相關的配置比較靈活、控制比較分散的一種局域網的控制系統。其具有獨立分散控制、自主性、協調性、集中性，通過共享的網絡信息，能很好地協調各個工作點的工作狀況，有很好的靈活性、適應性和可靠性的特點。現場總線控制系統是將現場的儀表、設備與通信網絡與控制系統進行連接。其具有數據的實時采集、設備的相互連接、分散功能塊、開放式總線協議等特點。
3 自動化控制系統的應用
自動化控制系統在污水處理廠內有比較強大的功能，在降低職工勞動強度的同時提高了污水的處理質量，穩定了系統的良好運行，PLC自動化控制系統在污水處理過程中具有數據的采集和管理、實時監控、管理、預警、連鎖保護、自動生成報表等諸多功能，能滿足在污水處理運行過程中的需要。
（1）在污水處理過程中根據控制的級別不同可以采用自動控制和手動控制兩種方式，在正常的運行情況下一般選擇自動方式進行控制，這樣能提高設備運行的穩定性。當系統出現預警和故障時可以進行人工干擾，進行人工控制操作來保證設備的正常運行。
（2）通過對運行設備的數據采集可以實現在線監視功能，在中控室能從電腦界面上能詳細準確地顯示現場的智能儀表測量的數據、設備的運行狀態和通過數據采集分析管理后部分工藝參數的變化，使操作人員能及時準確地掌握污水吃力過程中的參數和設備的運行狀況。操作人員能根據電腦界面顯示的數據變化情況，通過計算機控制系統來改變運行參數及設備的運行狀況。
（3）在中控室內還可以根據參數的變化、設備的運行、閥位的開度和各種報警信號對污水處理過程實施動態的管理。通過PLC的數據采集能真正實現數據的全監控，通過對歷史記錄的對比和分析，能對異常的數據進行分析，查找產生異常數的原因，根據產生的原因對生產過程的運行參數進行相應的調整。
（4）通過PLC自動化控制系統能對運行的數據進行及時的采集，對采集的數據能形成很好的保存，只要能及時對保存的歷史數據進行及時的備份就能實現歷史運行數據的全采集，便于生產運行數據庫的管理和數據的分析。
（5）當設備在運行過程中出現故障時，通過自動化程序的設置就能在中控室出現預警提示，以便操作人員能及時地發現污水處理過程中出現的故障，通過報警畫面及時提醒操作人員進行相應的處理，經過和歷史曲線相對比和數據分析處理完畢后，進行復位處理即能正常的工作。
（6）通過采集的數據在后臺進行函數計算能對當前的運行狀況進行趨勢分析，提示各個設備的運行趨勢，以便操作人員能根據運行趨勢及時采取相關的措施進行處理。
（7）通過PLC自動化設置還能實現不同級別設備的連鎖保護功能，避免一個設備的出現問題造成其他設備的損壞，提高設備的保護能力。
4 水處理自動控制的發展方向
當前，污水處理技術有兩個不同的發展方向：一種是深入地研究自動化控制理論和方法，另一種是通過不同的方法進行良好的結合，使其各自發揮各自的功能，獲得比較好的控制效果。污水處理控制水平的提高，主要表現在：依賴于控制技術的發展，加強自動控制在實際污水處理過程中的應用，面對污水處理中新的技術需求需要用新的方案進行解決，因此，對污水處理自動控制也相應地提出了更高的要求；依賴于對污水生物處理模型的深入研究，尤其是對污水處理微觀機理模型的深入研究、開發或應用新的數學模型，解決污水處理中的復雜問題；對污水處理新的技術市場需求進行研究，并通過數學建模與仿真，將各種智能控制相結合，提出新的控制策略。
5 結語
總之，PLC自動化技術在污水處理廠的應用加快了污水處理的發展速度，提高了污水的處理質量，穩定了設備的運行，自動化技術已經成為污水處理過程中不可缺少的手段。
參考文獻
[1] 郭明賢.自動化技術在污水處理過程中的應用[J].市政建設，2012.
污水處理廠的自動控制系統保證了污水出水達標排放。在控制過程中，控制對象有模擬量也有數字量，有開環控制也有閉環控制，模擬量控制對象是pH值、溶解氧、COD5、BOD5、氨氮等，開關量控制對象是格柵、提升泵、攪拌機、鼓風機等。根據工藝要求，在控制過程嚴格控制各個機電設備和儀表數據，格柵通過液位差和時間控制，提升泵通過時間和液位控制，鼓風機通過溶解氧控制。污水處理廠的自動控制系統能夠實現多個功能。它能自動控制設備的啟停和顯示設備的運行狀態；它能顯示工藝流程中所需的參數和儀表數據；它能對設備中的各個狀態進行保護；它能顯示和查詢參數數據的趨勢圖；它能及時報警故障信息；它能顯示和查詢系統中的水量、消耗物等計量信息；它能自動生成并打印生產報表。
2污水處理廠自動控制系統的總體設計
2.1自動控制系統的設計原則
污水處理廠的自動控制系統的設計原則主要包括可靠性、先進性、實用性、集成性和可擴展性。首先，要保證系統運行的可靠性，它是最關鍵，它包括軟件和硬件的配置質量、要有長的平均故障間隔時間、關鍵的部件要有備用，這樣才能保證整個系統的正常運行。其次，要保證系統的先進性，包括硬件設備如主控設備的先進性和軟件部分如監控部分的先進性，盡量實現生產現場無人值班，中央控制室值班的人員要盡量的少。三，要保證系統的實用性，主要是能夠滿足用戶的需要，并能保證設計的盡量減少各種不必要的環節，保證系統在正常運行狀態和不正常運行狀態下都能得到很好的控制。第四，要保證系統的集成性，提高系統的效率和總體性能。第五，要保證系統的可擴展性，這樣為以后控制系統的發展提供一定的擴展空間。
2.2自動控制系統的組成
系統主要由中央控制站、現場控制站和網絡系統組成，完成污水處理廠設備運行狀態監控、儀表監測、故障報警以及數據處理等工作。當下位某個分站設備故障時，其余分站不受影響；當上位設備故障時，下位各控制設備仍可繼續工作而不影響整個工藝過程控制，達到使控制危險分散，提高系統可靠性的目的。
2.3自動控制系統的軟件配置
自動控制系統需要有先進的軟件配置，這樣才能保證其運行的質量。它包括上位機組態軟件、PLC編程軟件、數據庫、OPC軟件。其中上位機組態軟件用于組態設計中控室監控系統，PLC編程軟件用于編寫和下載PLC程序。
3自動控制系統的設計分析
3.1系統的總體描述
污水處理廠的自動控制系統在設計時以PLC控制站為核心，利用計算機和上位機組態軟件建立中央控制系統，采用分布式控制，集中管理，資源共享，實現計算機、自動化控制、數據庫、網絡通信等技術的融合，保證在運行時更加的安全、可靠、經濟、高效等。其中中央控制系統主要用于數據的監控，現場控制站主要用于設備的控制和數據的現場采集等，通過網絡通信進行數據的采集、傳輸和控制。污水處理廠的自動控制系統分成三種控制模式，即自動控制、遙控控制和現場手動控制。這三種控制模式中有著不同的優先級，首先現場手動控制的優先級最高，其次是遙控控制，最低的是自動控制。根據污水處理廠各位置的工藝需求，選擇最合適的控制方式來進行控制。
3.2現場控制站的設計分析
污水處理系統的現場控制站主要采用PLC作為控制來管理和監控相關的工藝設備和工藝參數，并將這些信息傳送到中央控制室，并作相應的處理。在控制現場中的儀表、控制箱、開關柜等通過電纜線路相互連接，傳輸數據，并進行控制運算，然后再輸出到相關的設備。現場控制站的信號通過光纖環網傳送到中央控制室，而中央控制室也通過光纖環網控制現場控制站。
3.3中央監控系統的設計分析
中央控制室是一個局域網，包括工作站、服務器、打印機、投影儀等設備，通過以太網交換機連接，實現對污水處理廠的管理和控制。中控監控系統對污水處理廠中的各個工藝流程和工藝設備狀態進行監測，對現場控制站的信息進行采集，對現場控制站的自動控制，實現了現場無人值班的功能和運行的安全性。
3.4網絡通訊的設計分析
污水處理廠各設備之間的通訊都是通過網絡來進行的，由于環境比較惡劣，網絡通訊就需要保證其傳輸的質量，首先要保證傳輸的準確性和可靠性，建立完善的自動化控制系統，保證數據能夠實時進行傳輸。在設計時要求其必須具有很強的容錯性，響應速度要快，這樣才能保證在很短的時間內建立新的網絡通信線路。
4結語
[關鍵詞]污水處理工程 自動控制系統 設計與實現
中圖分類號：R123.3 文獻標識碼：R 文章編號：1009914X（2013）34041701
污水處理是指將污水中的污染物質分離并去除，使有害物質轉化為穩定的無害物質，從而使水得到凈化，使資源得以更加充分的被利用。隨著我國城市建設與現代工業的發展，水污染與水短缺越來越嚴重，而傳統的人工控制污水處理常常導致泵機組磨損嚴重，甚至污水外溢，嚴重影響正常生產與生態環境。對污水處理過程進行智能化控制，使機組始終處于最佳狀態，保證正常生產，保護生態環境成為污水處理的迫切需求。
一、污水處理工序流程
以某污水處理廠為例。該污水處理廠工程設計污水處理量為30萬噸/天，總變化系數1.3。工業廢水約占55%，生活污水可占45%，采用A2/O工藝，工序流程如下圖所示：
二、污水處理過程自動控制系統
采用PLC+PC監控方式，將儀表測控系統、電氣控制系統、PLC系統相結合，三電合一。有一個中央控制室與4個PLC現場控制站，多個I/O分站，采用光纖、以太網交換機、Profibus-DP總線等連接，形成工業以太網系統。
該系統分為管理層、控制層與執行層，實現污水處理的數據采集、顯示，過程控制、報警，歷史記錄，數據查詢等功能。操作方式有就地控制、自動控制與集中手動三種。
1.中央控制室
中央控制室配置兩臺計算機操作員站與1臺打印機，連接以太網系統。兩臺計算機操作員站組成雙機熱備，一臺正常監控，一臺備用。操作員站有以下功能：
1）顯示系統設備的運行狀態，存儲并顯示工序流程的相關參數及其運行趨勢，以及歷史記錄與歷史數據。
2）打印處理工藝流程控制的日報表、月報表、參數報表及報警記錄。
3）實現控制室集中操作――屏幕上設有設備的選擇、啟動、停止等操作選項。
4）設有報警優先級管理，任何異常情況均在屏幕上顯示。
5）進行編程、組態與修改，裝有功能豐富的組態軟件，可直觀進行組態、編程、設定和管理網絡系統。
兩臺計算機均可提供數據采集與處理，流程控制與報警及打印報表等功能。圖形界面包括主畫面與各工藝流程、報表、參數、報警等分畫面。主畫面包括所有廠房、設備與管道流向，以不同顏色、形狀表示。分畫面顯示各工藝流程的具體參數及測量值。在線過程參數（SS、DO、MLSS、ORP、PH等）實時監測，COD、TN、TP、NH4-N等分析儀每2小時檢測一次數據。
2.PLC控制站
近年來，國家對污水處理監控的要求更加嚴格，從監控進出口指標提高到全面監控，污水處理也不再是以開關量為主，而是增加了大量模擬量和數據通訊控制。PLC系統對這些模擬量和通訊數據進行實時采集分析，再傳輸到中控室管理系統。不僅實現了污水處理系統運行情況的實時監控，也為設備自動化運行提供重要條件。
在本工程的設計中，有4個PLC現場控制站，5個I/O分站，PLC現場控制站與I/O分站通過總線相連接。按照如下方式對現場控制站進行劃分：
①.PLC1――進水泵房
在進水泵房自動控制過程當中，需要通過監控的方式完成對以下操作單元的自動控制工作：（1）進水井（包括進水泵房在內）；（2）細格柵、以及旋流沉淀池反應裝置；（3）預曝氣池以及水解酸化池反應單元；（4）進水儀表間。在該現場控制站當中配有3個I/O分站，1-1*I/O分站設于沉砂池，控制沉砂池上的設備（含儀表），1-2*I/O分站設于預曝氣池，控制預曝氣池與初沉池，1-3*I/O分站設水解酸化池，控制進水、進氣閥門。
②.PLC2――鼓風機房配電間
在鼓風機房配電間的自動控制過程當中，需要通過監控的方式完成對以下操作單元的自動控制工作：（1）生化反應池；（2）鼓風機房；（3）污泥泵房；（4）二次沉淀池。該現場控制站設有PLC操作員終端，可監視并控制PLC運行與顯示狀態，并設有報警功能。PLC工作方式采用循環法，每個周期掃描一次輸入端口，讀取輸入模擬量與數字量，存儲到指定的存儲單元。
③.PLC3――排海泵房
在排海泵房的自動控制過程當中，需要通過監控的方式完成對以下操作單元的自動控制工作：（1）排海泵房；（2）雨水泵房。
④.PLC4――脫水機房
在脫水機房的自動控制過程當中，需要通過監控的方式完成對以下操作單元的自動控制工作：（1）儲泥池；（2）污泥濃縮池反應裝置；（3）脫水機房。該現場控制站當中配有兩個I/O分站，3-1*I/O分站設于污泥濃縮池，控制排泥系統，3-2*I/O分站設于脫水機房，控制離心機、加藥系統等運行。
3.現場測量儀表
主要測量與分析儀表包括電磁流量計、超聲波液位計、pH計、超聲波液位差計、污泥濃度計、懸浮物濃度計、超聲波泥位計、溶解氧分析儀、壓力變送器、TOC分析儀、總磷分析儀、總氮分析儀、氨氮分析儀等。
所有信號均就近輸入PLC控制站或分站，并及時傳輸至中控室計算機操作員站，由系統軟件處理后顯示到界面，參與系統控制。
4.傳輸網絡
由于污水處理廠因傳輸距離受限及故障檢修不便等因素，沒有采用投資比較大的光纖環網系統，也未使用單純Profibus-DP總線連接的網絡系統，而是將兩種方式相結合，在中央控制室與PLC控制站配備1臺工業以太網交換機，交換機之間通過光纖連接成線性主干網，中央控制室工控機與PLC控制站通過RJ45口連接至以太網交換機，PLC控制站與分站通過Profibus-DP總線連接，共同組成工業以太網系統。該系統的特點主要包括：
1）以光纖為主干，能避免傳輸中的信號干擾，且光纖與工業交換機成本較低，因而既能滿足數據傳輸需要，又能節省投資。
2）通過網絡系統實現數據共享，不局限于根據工藝系統設置PLC，而是通過PLC控制站與I/O分站，測控點就近連接網絡。極大的減少了管線的數量，只在局部采用電纜橋架與電纜溝，能顯著減少施工量。
3）系統擴展性與開放性較高。通過交換機與總線能方面連接設備配套控制系統，更加適合中小型污水處理廠需求。可通過中控室連接外網進行遠程控制。此外，網絡權限設定也實現了系統的分級控制。
結語：
總而言之，在我國當前水資源矛盾加劇的情況下，采用自動控制系統提高污水處理效率與質量是迫切需求。本文所探討的污水處理工程自動控制系統具有投資少、設計簡單、控制效果好、易于維護的優點，尤其適合在中小型污水處理廠中推廣使用。
參考文獻
[1] 張英.自動控制系統在某高濃度污水處理項目中的應用分析[J].電子制作，2013（02）
[2] 吳興波，李金凱.污水處理計算機監控系統設計與開發[J].設備管理與維修，2008（08）
[3] 羅向陽.基于PLC及WinCC的控制系統在化工污水處理中的應用[J].機械與電子，2010（S1）
關鍵詞：PCS7 污水裝置
0引言
煉油污水是煉油化工行業生產、運行過程中產生的不可直接利用的污染水，其污染的種類多、濃度高，對環境的危害大。煉油污水處理和回收利用一直都是石化領域的關鍵問題。在煉油過程中由煉油污水引起的環保問題已成為煉油廠向規模化發展的制約因素之一，因此煉油污水處理裝置控制系統設計尤為重要[1]。
1 系統工藝介紹
煉油廠廠區內各工藝裝置排出的含油污水進入集水池，由泵送至旋液分離罐進行初步油水分離。處理后的污水流入渦凹氣浮系統，對含油污水作破乳處理，經渦凹氣浮系統處理的出水確保水質達標后送至水廠作生化處理。不合格污水通過回流管線回流到污水調節池靜置，等水質好轉后進系統處理。系統處理過程中回收的污油集中在污油槽，然后用污油泵送至污油脫水罐脫水處理。系統處理過程中產生的油泥和浮渣集中在油泥槽和浮渣槽里，再用油泥泵及浮渣泵送至浮渣貯存池裝車外運。工藝流程如圖1所示。
2基于PCS7的控制系統設計
2.1基于PCS7控制系統的設計準則
1）項目創建時，PCS7自動在BLOCKS 中加入系統組織塊OB1：循環處理組織塊OB35：監視中斷；OB80：故障響應；OB82：診斷中斷；OB85：過程輸入映像診斷；OB100：重新啟動塊OB121：同步錯誤響應；OB122：I/O訪問錯誤診斷。這樣在出現冗余或其它錯誤時能及時調用系統中斷，而不會導致CPU停機。這項功能方便、實用，排除了很多編程時可能發生的問題，因為單獨安裝的STEP7中，是需要手動加入這些系統中斷塊的。
2）在工程的程序設計中，用的最多是CFC程序組態。CFC程序組態是一種圖形式的組態，方便、直觀，操作簡便。PCS7將許多邏輯、運算功能形成了功能塊，在進行程序組態時，如需用到某種邏輯、運算功能，就可在PCS7的功能塊庫中找到與之相應的功能塊，將其直接拖放至CFC組態畫面即可。CFC程序中的大多參數可以在線修改， 非常方便。
3）上位監控系統的控制菜單是通過Plant View建立，編譯后自動生成，而不需要再動手一一建立；PCS7 擁有良好的用戶界面及強大的系統功能塊庫，大大節省系統編程組態的時間和費用。該項目調試時，選擇在線監控，很直觀地看到程序運行情況，可隨時修改程序再試，通過查看診斷緩沖區信息，很快判斷出故障原因，使程序調試和尋找問題變得容易，提高了效率。本系統是一個冗余系統，當冗余丟失時，上位只報一個冗余丟失的錯誤，但這時我們把診斷緩沖區打開，同時將各個站的模塊在線信息讀出，則可以判斷出是哪個站的冗余出了問題，可以非常明確的去目的地處理問題。這樣充分享受到PCS7提供的完善的調試手段所帶來的好處。
2.2控制器
設計時充分考慮系統的安全可靠性， 系統采用S7-414為主控制器構成的PCS7冗余控制方案，S7-414H 是一個容錯（冗余）的PLC，可有效減少生產的停機危險，適用于需盡量避免故障停機時間的場合。容錯性通過兩個并行中央控制器實現，其CPU通過光纖連接，并通過冗余Profibus-DP總線對I/O進行控制。錯誤發生時，將會出現一個無擾動傳輸控制，熱備單元將在中斷處繼續執行而不丟失任何信息[3]。
2.3電源設計
電源采用了冗余的SITOP 電源，保證了系統的兼容性和供電部分的安全可靠。
2.4 上位監控及上位與CPU 之間的工業以太網
上位監控采用1臺操作員站，1臺工程師站，每個站配備有Siemens的CP1613工業以太網卡，以實現上位機同CPU及其他現場設備之間的以太網通信。上位機的以太網口和CPU414H集成的以太網口通過MOXA交換機連接在一個網絡上，完成數據的交換。
2.5 CPU 與現場站之間的通信
由于污水裝置占地面積廣，系統運用帶冗余通訊接口模ET200M遠程站。各ET-200M站是經PROFIBUS -DP總線串聯起來的。PROFIBUS-DP總線采用屏蔽雙絞線電纜，把現場的測量值，用數字通訊的方式送到控制器中。這樣可以省掉大量的電纜和橋架與安裝、調試工時，僅硬件線纜及接線就比傳統的集中控制節省40%的費用。現場一次儀表檢測的各種工藝參數經變送器送至支持熱插拔導軌機架上安裝的I/O模塊。
3 污水裝置控制系統的設計案例
3.1 操作界面
流程圖在WINCC編輯畫面下組態設計完成。該污水的工藝流程控制畫面，并可隨意切換：污水總圖、污水進料圖、渦凹氣浮圖、污油浮渣系統圖、罐區圖、超聲脫水圖、集中參數圖、歷史趨勢圖。
3.2 重要參數的顯示和報警
完成對污水進料、渦凹氣浮、污油浮渣系統、罐區、超聲脫水等各部分的溫度、壓力、流量和液位等重要參數的顯示和報警。系統共有近100 個的模擬量測點， 對這些測點的上下限報警使用傳統的組態方法是很麻煩的，需要一個一個的來做畫面，而在PCS7中，這些工作可以通過PCS7 中的block icon 批量實現，PCS7 能夠將用戶做的程序塊和監控程序WINCC中的@PCS7TEPYICAL 畫面中的圖標映射在一起，用戶只需做好程序塊的接口，然后在@PCS7TEPYICAL畫面中做一個圖標，將圖標中的對象屬性定義為程序塊中的變量即可。這樣在PCS7 進行編譯時，會在畫面上自動生成塊對應的圖標。在該污水總圖中，利用圖標顏色標識模擬量的上下限報警。報警信息可按報警產生順序在Alarm log 中查閱、打印。
3.3 歷史趨勢和報表
PCS7 中有便利的變量歸檔機制， 不需要一個一個的定義歸檔變量， 僅在編程時定義好變量的Archive 屬性，這樣在程序編譯時，系統可以自動的將具有歸檔屬性的變量進行記錄，用戶所需做的只是根據現場情況調整WINCC 中變量采集和歸檔的周期。如下圖2所示為歷史趨勢圖。
4、總結
本次控制系統采用完全無縫集成的自動化解決方案——西門子PCS 7系統，其結合了傳統DCS和PLC 控制系統的優點。與常規的DCS和PLC相比，西門子PCS7突出的優點在于：系統完整且開放靈活，支持100MB ETHERNET TCP/IP、集成現場總線技術PROFIBUS，擁有全局關系數據庫SYSBASE，具有較強的診斷功能，不僅提供系統診斷，而且提供智能設備診斷，組態軟件豐富、使用方便，控制器采用多任務處理器，同時實現大量負載回路控制和快速邏輯控制。
選用SIMATIC PCS7 實現污水裝置系統控制，達到設計控制要求，使污水處理控制過程安全可靠，并具有良好的可操作性。強大的通訊功能使各獨立的生產單元設備協調統一，集中監控，故障查詢方便，集成度高，擴展方便，達到了污水處理過程集中監測的目的。
參考文獻
[1] 梁立偉.煉油污水處理廠運行過程中PH值的控制方案研究[J].石油化工安全環保技術，2010，26（2）：63-64.
關鍵詞: PLC 污水處理 自動控制
Solution of Automation System Base on PLC in yuhang Waste Water Tr eating Company
Abstract : This paper mainly introduces the component and function of automation system used by Sewage Treatment Company and how to use PLC to achieve automation control on whole company, as well as the issues and their solutions which have been met in the process of implementing the system. And the usage of the automation system can also save money and increase the efficiency of sewage treatment.
Key words: PLC ； waste water treating ； automation control
中圖分類號：U664.9+2文獻標識碼：A 文章編號：
近年來，污水處理廠已成為各個城市最重要的基礎設施之一。尤其是中小城市，新建或擴建污水處理廠已成為當地政府改善人民生活水平的頭等大事。而隨著自動化技術、計算機技術的不斷發展、完善，污水處理廠的自動化水平也相應提高。目前在污水處理行業中多采用PLC進行現場控制[1]，上位計算機進行運行工藝參數顯示及設置的SCADA系統控制模式，本文以杭州余杭水務有限公司余杭污水處理廠為例進行系統組成、功能等介紹。
1 污水處理廠的污水處理工藝介紹
杭州余杭水務有限公司余杭污水處理廠污水處理量6萬噸，廠區工藝有污水一級處理、污水深度處理及污泥脫水三大工藝。
污水一級處理由粗格柵、提升泵房、細格柵、旋流沉砂池、厭氧池、氧化溝、二沉池、污泥泵房組成。污水深度處理對經過一級處理后的污水進行深度處理，達到國家一級A排放標準。
深度處理由曝氣生物濾池、活性砂濾池、消毒接觸池組成。
污泥脫水是對污水中的污泥進行處理的工藝，由污泥泵房、貯泥池及污泥脫水機房組成。
2 基于PLC的自控系統
隨著技術的創新和不斷發展，污水處理廠的自控系統發揮了越來越重要的作用，管控一體化技術不斷在污水處理廠實現和發展。光纖以太環網技術已經成為主流，具有速度快，擴展性好，兼容性好等優點，下圖本廠自控系統結構圖。
PLC采用施耐德公司的ModiconPremium系列PLC，在曝氣生物濾池分站配有觸摸屏，以方便操作人員的現場操作。中控室設有4臺操作計算機，其中兩臺為全廠工藝控制計算機，相互備用；另外兩臺為曝氣生物濾池控制計算機，也相互備用。中控室計算機操作系統為WindowsXP，監控軟件選用itouch，調度中心后臺數據庫選用SQL Server2003，已完成對工藝運行狀態參數的數據存儲，并根據需要生成相應的報表。
3 監控功能
系統采用中控室集中控制、控制柜手動控制及現場手動控制三級控制方式。在現場為遠程控制時，中控室可以集中控制，當現場為手動控制時，中控室只作為監測而不能控制。在中控室，由itouch二次開發成強大的生產監控控制系統，實現對各工藝生產過程的數據采集，并通過友好直觀的畫面顯示出來。主要可實現
（1）畫面動態顯示現場設備的運行狀態，各工藝的運行參數。
（2）各工藝參數歷史趨勢的顯示。
（3）實時報警顯示，歷史報警查詢。
（4）各種報表的生成及打印。
（5）各控制參數的設置。
（6）各設備的自動，中控啟/停操作。
4 控制實現
4.1 PLC1中控室分站
中控室分站主要負責控制活性砂濾池，回用水泵，出水儀表間，標準排放口控制及數據傳輸。活性砂濾池有4臺攪拌機，6組濾池，3臺空氣壓縮機及空氣干燥機。4臺攪拌機根據進水量通過頻率調節控制攪拌強度，濾池通過控制氣管電磁閥控制濾池的開停。通過控制儲氣罐壓力合理安排3臺空氣壓縮機的自動開停，使儲氣罐壓力在標準范圍之內。標準排放口前安裝2臺回用水泵，一臺變頻一臺工頻。變頻根據工藝要求設定為壓力控制方式[2]。通過PID調節提升回用水管中的壓力，使管道壓力在設定的要求。出水儀表間數據通過PLC1上傳數據，可以在監控計算機監測到出水水質。
4.2 PLC2進水泵房分站
進水泵房分站主要負責控制粗、細格柵，進水提升泵，旋流沉砂設備的控制。
4.21粗、細格柵控制
通過對粗、細格柵的控制實現污水雜物的撈取。為保證格柵在不被阻塞的前提下盡量減少耗電量必須根據工藝要求盡量減少格柵的運行時間。因此，可根據格柵前后的液位差，判斷格柵的阻塞情況對格柵進行啟停操作。還可根據設定的間隔時間及運行時間對格柵進行控制。通過人機界面可對格柵運行方式(時間、液位差)及運行液位、停止液位、運行時間、間隔時間等工藝參數進行設定。
4.22提升泵的控制
污水廠提升泵房內共有4臺提升泵、2臺變頻泵(一用一備)、2臺工頻泵。變頻泵可根據工藝要求設定為液位控制方式和流量控制方式[2]。在流量控制方式下，通過PID調節提升泵出口流量，使出口流量在設定流量范圍內。在液位控制方式下，由于提升泵房蓄水量很大，當進行液位調整時，勢必出現液位響應緩慢，從而引發變頻泵頻率的振蕩。在這種情況下，傳統的PID調節方式將無法進行控制。考慮到實際情況及對工藝的理解，編制程序使變頻泵頻率變化不僅依賴于實際液位與設定液位的差值，而且將液位的變化率也作為一項控制依據。根據工藝實際情況修改設定液位差及相應的設定變化率后，液位在整個調節過程中沒有出現大的振蕩，運行良好。在自動方式下，當變頻泵頻率超過設定高限時應該啟動一臺軟啟動泵，同時將變頻泵頻率降到初始值，以保證液位或流量不會出現振蕩。反之，當變頻泵頻率低于設定低限時停止一臺軟啟動泵，同時將變頻泵頻率升高到初始值。
4.23旋流沉砂控制
旋流沉砂系統主要是根據時間進行控制，鼓風機、洗砂閥、提砂閥、砂水分離器根據工藝設定的間隔時間及運行時間自動啟停。
4.3 PLC3，PLC4氧化溝分站
關鍵詞：污水處理廠；曝氣過程控制；控制性能評價；應用
良好的污水處理工藝自動控制系統，既能保障污水處理廠設備連續穩定運行，又可實現節能降耗在工藝升級改造中得到關注和應用。由于我國城市污水處理廠活性污泥法曝氣供氧能耗占全廠總能耗的60%以上，因此，如何控制好曝氣過程，確保污水處理廠的穩定運行和節能降耗具有重要的意義。
1 污水處理廠概況
某污水處理廠，采用二級生化處理加深度處理工藝，處理能力為10萬m d，采用改良型同步脫氮除磷工藝，每組包括預缺氧區、厭氧區、缺氧區和好氧區。其中好氧區為接近完全混合狀態的氧化溝型，由5根空氣干管和閥門控制5個曝氣區域。該污水處理廠出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》9（GB 18918―2002）一級A排放標準。
2 曝氣系統控制性能評價方法
2.1在線數據來源
從中央控制系統的數據庫中以5min為間隔，選取溶解氧濃度、氣體流量等實時動態數據；由污水處理廠提供工藝運行數據和出水水質數據。實時動態數據采用統計分析方法，通過計算平均值和相對標準偏差等指標，反映曝氣控制系統的性能和運行狀況。
2.2 性能評價指標
曝氣系統的性能評價指標應滿足數據易獲取、計算簡單、可橫向比較等要求。本文從溶解氧控制效果、能耗水平和工作效率3個方面衡量曝氣系統的性能。
2.2.1溶解氧控制效果
溶解氧控制效果指標包括均值偏差和相對標準偏差。均值偏差指溶解氧儀實際讀數的平均值偏離溶解氧設定值的大小，反映控制系統的準確度；相對標準偏差指溶解氧儀讀數標準偏差與實際讀數平均值的比值，反映控制系統的精確度。計算公式如下：
3 結果和討論
3.1出水水質影響
曝氣控制過程主要影響生化系統COD和氨氮的去除。由于COD的利用途徑多，且去除COD的異養菌在活性污泥中濃度與活性較高，所以一般情況下，可溶性COD比氨氮更早降解完全。因此，本文主要討論曝氣控制對出水氨氮的影響。
3.2溶解氧控制效果
根據實施曝氣過程控制系統前后半個月的溶解氧變化情況，數據來源于好氧池在線溶解氧儀表（HACH，0～20 mg L），5min 間隔的在線數據。可以看出，在控制以前，溶解氧波動范圍比較大，在0.5～6mg L變動；實施控制系統以后溶解氧被控制在一個更穩定的范圍，在0.5～2.5mg L變動.因此，曝氣過程控制系統可以達到溶解氧穩定控制的目標，避免了溶解氧波動造成活性污泥微生物生存條件的劇烈變化。
3.3能耗水平
3.3.1氣水比
根據實施曝氣過程控制前后，氣水比的變化情況，計算數據分別來源于氣體流量計（E+H，0～3000m h）和超聲波流量計（E+H，0.75m s）。可以看出，曝氣系統將溶解氧控制在1.0～1.5mg L后，氣水比為1～2平均值為1.34±0.17，低于控制前的氣水比1.61±0.22和A O 工藝的常見值3～4。這說明通過控制曝氣，達到了降低污水處理曝氣強度、節約氣量的效果。
3.3.2曝氣單耗
實施曝氣控制后，鼓風機曝氣單耗在0.07～0.17KW?h m內變化平均，值為（0.096±0.021）KW?h m，低于控制前的曝氣單耗（0.120±0.029）KW?h m，也低于A O工藝的常見值0.267KW?h m。這說明通過曝氣過程控制，能夠在工藝優化的基礎上進一步降低曝氣能耗。
曝氣單耗直觀表達了處理單位體積污水的能量消耗，是衡量曝氣過程控制的定量指標。曝氣單耗的影響因素包括進水污染物濃度、曝氣設備的充氧性能、總風機效率等。進水污染物濃度越高，需氧量越大；曝氣設備的充氧性能越低，需要風機提供的風量也越大，曝氣單耗也就升高。同時，風機的運行效率也是影響曝氣單耗的關鍵因素，總風機效率越低，損失的能量越多，曝氣單耗就越高。
4 影響工程實施效果的因素分析
通過該污水處理廠實際運行曝氣控制系統的情況來看，影響系統性能的主要因素包括風機選型、閥門性能、進水負荷和在線儀表的質量等。
4.1風機選型
鼓風機是整個曝氣控制系統的核心設備，若鼓風機選型不合理，風機風量與曝氣強度不匹配，將導致實際工況與最優工作點之間差距較大，造成能耗浪費。
4.2閥門性能
閥門的性能決定了曝氣系統PID副回路的控制質量。常用的工業閥門都具有良好的理想特性曲線，但在實際工作中，由于管道阻力和水深壓力的存在，工作曲線往往發生畸變。
該污水處理廠10根空氣干管閥門就發生了不同程度的畸變，其中有四個閥門最嚴重。實際工作曲線已進入阻塞流狀態，開度在低于10%和高于50%時基本不能改變流量，導致閥門可調節區間變小，曝氣控制效果減弱。因此，良好的閥門控制性能是曝氣控制系統正常運行的保證。
4.3進水負荷
進水負荷的快速和大幅度變化會影響曝氣過程控制的效果。 由于泵的啟停是離散變化，造成的進水沖擊負荷會讓生化處理的需氣量迅速升高，鼓風機加大供氣量，但溶解氧反應具有一定的延遲性，因此容易出現溶解氧的超調現象。因此，需要增開1臺泵后，控制系統調節氣體流量逐漸升高，但溶解氧仍出現較大幅度震蕩。
4.4在線儀表
曝氣控制系統的正常運行依賴于在線儀表（如解氧儀、水質儀表等）的準確可靠讀數，因此在線儀的質量和日常維護工作會影響到控制系統的性能現。針對污水處理的特性，應該選擇響應快、測量準確、抗污染能力強的儀表，如選用新型的LDO溶解氧儀。同時還應加強定期維護，包括每天巡視、每月清洗探頭、每季度標定儀表等，保證在線儀表正常工作。
5 結論
綜上所述，本文闡述了曝氣控制系統在實際污水處理廠應用的效果，從某污水處理廠運行效果可見，控制系統能夠實現溶解氧濃度的穩定控制，保障出水穩定達標，降低曝氣單元的能耗。同時，對于污水處理廠優化曝氣控制系統的設計和運行具有借鑒意義。
參考文獻
Abstract: This paper introduces the Siemens Industrial Ethernet in the sewage treatment control system. The use of Industrial Ethernet realizes centralized control of the entire system of sewage treatment plant field devices, monitoring and data acquisition, saves running cost, and achieve enterprise integrated automation management.
關鍵詞：工業以太網；網絡配置；硬件系統；污水處理
Keywords: Industrial Ethernet; network configuration; hardware system; sewage treatment
中圖分類號：TN711 文獻標識碼：A 文章編號：
水是人類生存、生活的重要物質。隨著工業不斷發展與人口不斷增加，造成水資源的污染和短缺。近年來，工業以太網在工業企業綜合自動化系統中的現場設備之間的互連和信息集成中廣泛應用，可以極大的提高地域跨度大、設備部署相對分散的污水處理行業的經濟效益，進而提升其社會效益。
1、污水處理工藝
城市污水處理系統由格柵、沉砂池、初沉池、二沉池、曝氣池、污泥濃縮池、污泥消化池、消毒間等組成。首先采用物理法對污水進行1級處理，去除污水中呈懸浮狀態的固體污染物質。1級處理主要包括粗格柵、細格柵、沉砂池。1級處理完成后進入2級處理過程。該過程一般采用生物處理法，利用活性污泥法或生物膜法使污水中的有機物被微生物吸收或分解氧化為無機物，污水得到進一步凈化。2級處理主要包括生物濾池、曝氣池和二沉池。二沉池的出水經過消毒排放進入3級處理，常用的工藝有混凝沉淀和過濾。污泥處理主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥或衛生填埋。
2、基于工業以太網的污水處理控制系統的設計要遵循以下兩條設計原則：
①與污水處理工藝緊密結合起來，滿足該污水處理廠運行管理和安全監控的需求，提高運行效率，降低運行成本。對污水處理廠的各系統工藝流程的現場設備運行狀況、故障報警等信息能夠實時監控。②控制系統的設計備有適當的余量，便于系統的維護和升級，有利于污水處理新工藝、新設備的順利應用。控制系統為主系統與子系統相互結合，便于調試和維護。
3、控制系統的結構設計
本文所涉及的工業控制系統，現場設備數量眾多、部署地域分散、使用工況復雜，各工藝單元的功能相對獨立。針對這種現狀，采用中控室控制模式來建立自動化工業控制系統。中控室對全廠的工藝流程信息進行監控，并發出控制命令，利用現場的控制單元，分散地控制現場設備，使各工藝單元獨立的、安全的、自動的運行。
設計需要考慮系統的建設成本以及網絡的兼容性和可擴展性等因素，所以采用工業以太網作為過程監控層的通信方式。而在現場設備層，則根據現場設備的實際情況，采用各種接入方式將現場設備接入工業以太網，利用工業交換機和分布式I/O端口實現與現場設備間通信。該設計可以實現上位機、PLC和工業以太網所組成的分布式工業監控系統。
4、控制系統網絡配置
污水處理廠監控層網絡主要用于過程監控、優化、調度等方面信息的傳輸。其信息傳輸的特點是具有一定的周期性和實時性，數據吞吐量較大。因此，要求網絡具有較大的帶寬。現場設備層網絡處于工廠綜合自動化系統的最底層，用于連接工業現場變送器、執行機構、遠程I／O、數據采集器等現場設備。本系統采用以太網和現場總線混合型結構。現場層采取現場總線控制，管理層、監控層、現場層之間通過工業以太網相聯。現場層的通訊采用PROFIBUS-DP主／從協議，使用屏蔽雙絞線作為傳輸介質，不同的子網和不同介質之間通過耦合器或接口模塊連接。其他層使用以太網協議，通過通訊處理模塊進行通訊協議的轉換。因此，本系統中PLC既是現場總線中的一個站，又是以太網上的一個站點。控制系統網絡配置簡圖，見圖1。
圖1控制系統網絡配置簡圖
4.1現場總線配置
以PLC作為主動站，控制電機的變頻器以及工藝中應用的智能傳感器和遠程I／O設備作為從動站。本系統所選用西門子S7-300系列PLC，型號為CPU315-2DP。其CPU本身集成了PROFIBUS-DP總線的端口，可直接接入現場總線網絡。
污水處理系統中控制電機的變頻器及測量設備，如DO儀、溫度計、pH計、液位計等在接入PROFIBUS網絡時，除智能型可直接接入外，其他需接入遠程I／O后再通過ET200接入網絡，利用STEP 7軟件對硬件進行組態。
4.2工業以太網配置
西門子S7-300系列PLC接入以太網時，配置了CP343-1通訊模塊，它具有獨立處理經過工業以太網的數據業務。通過配置統一的網絡地址，利用交換機實現工業以太網的接入。
4.3數據采集和控制模塊
采用西門子的S7-300系列輸入輸出模塊。
(1)數字量輸入（Digital Input，DI)模塊
將現場設備傳輸過來的數字信號電平轉換成PLC內部信號電平。現場的控制柜設計考慮到交、直流不能混用的情況，所有的數字量輸入模塊都采用西門子SM321的16點直流輸入。
(2)數字量輸出（Digital Output，DO)模塊
將PLC內部信號電平轉換為控制現場設備開啟或停止的外部信號電平。可以作為小型帶載繼電器，直接驅動接觸器、指示燈及小型電動機等。根據現場的實際情況，釆用西門子SM322的16點繼電器直流輸出模塊。
(3)模擬量輸入（Analogy Input, AI)模塊
模擬量傳感器測得的物理信號，經過變送器轉變為電信號傳入PLC的模擬輸入端口。這些物理信號一般包括：溫度、液位、流量、壓力等。通過A/D轉換部件，將其轉換為PLC內部可以使用的數據，為系統控制提供方便。依據現場的實際情況，采用西門子SM331 (16X12bit，16路12位）模擬量輸入模塊。
4.4通信模塊
在西門子S7-300系列所釆用的工業以太網模塊為CP 343-1通信處理器。通過它可以將P L C接入工業以太網。交換機在元器件的選用中采用了工業級，與商業級的交換機相比，它具有良好的抗干擾性，具有防潮、防雷、防靜電、防干擾、防震、防塵等功能，防護等級高。因此，在惡劣環境下具有商業級芯片或元器件所不具備的高可靠性。
結語：在污水處理控制系統中采用西門子工業以太網控制系統，既可以簡化各種現場總線間的連接，又可以少使用相關的網關設備連接現場總線和管理層以太網，對辦公自動化網絡訪問工業自動化網絡的提供了新途徑。
參考文獻
[1] 曾云.工業以太網的系統設計與應用研究[D]. 武漢大學 2005
關鍵詞：污水處理；自動化控制系統；工業以太網
中圖分類號：C931.9 文獻標識碼：A文章編號：
引言
污水處理是一個非常復雜的系統，整個過程的可變因素很多，如：水量、濃度、溫度、機械設備運行情況等，因此需要一種高級的控制系統，使之能對生產過程出現的各種數據給予采集、計算，得出運行狀態是否正常的結論，并能給操作人員以有益的提示。而自動化控制技術、計算機技術、工業自動化組態軟件等相關技術的快速發展使污水處理系統實現真正的自動化成為可能。
本文淺析PLC組成的控制系統，對粗格柵、污水提升泵房、細格柵渠、曝氣沉砂池、生物除臭裝置、改良型 A2/O生化池、消毒池、二沉池及配水井、儲泥池、脫水機房等各處理工藝段的參數進行采集、處理，對現場設備進行實時操作，并根據污水處理工藝要求對生化池反應進行控制，實現全過程的自動控制。
1 目前污水處理存在的不足
隨著現代科學技術的發展，城市污水處理也經歷了迅速發展的過程，總的來看，城市污水處理還存在一些不足：
（1）城市污水處理廠決策時，缺乏準確、及時的原始數據和情況分析；
（2）城市污水處理廠管理中的信息冗余、準確性差、不暢通；
（3）城市污水處理廠計劃能力差，生產不均衡，影響出水水質和能源的合理利用。
2 污水處理廠自動化控制系統的實際應用
2.1 設計原則
（1）自動化控制系統應綜合考慮生產、管理、安全、經濟等諸多因數，各工藝生產過程和相關設備均應納入自動化控制系統網絡，使系統達到技術先進、性能可靠、價格合理。“集中監控和管理、分散控制、數據共享”以保證整個污水處理廠運行協調一致。
（2）滿足污水處理廠生產管理、污水處理工藝對自動化控制的要求，保證自動化控制系統在配置上的完整性和適應性。集成化原則，應選擇高效集成的設備，便于控制、管理和維護。模塊化原則，應在軟、硬件上都采用商業化、通用化、模塊化結構的設備，使系統具有較強的擴展能力。
（3）硬件配置應符合國際工業標準，可靠性高、適應能力強、擴展靈活、操作維護簡便。配置具有開放性結構、良好的人機界面、完整的系統平臺軟件；管理軟件、監控軟件、現場控制軟件的編制從方便管理、控制最優的角度進行。
2.2 控制系統結構
本控制系統按參與生產程度級別劃分為：管理級、控制級、現場級三個級別。
（1）管理級—中央控制室
中央控制室負責監控全廠水處理過程中各工藝參數變化、設備工作狀態及運行管理。由于污水處理是一個連續的生產過程，一旦發生故障會對生產造成嚴重的影響，因此，在中央控制室配置二臺工業用計算機，互為熱備工作狀態，確保數據的完整、準確。工程師站可對整個組態系統進行開發、調試、控制、參數修改以及采集數據、監控等。操作員站可通過各種畫面監視全廠工藝參數變化情況、各設備的運行情況及故障發生情況等。
（2）控制級—現場控制站
現場控制站采用可編程控制器（PLC），它的主要功能是進行開關邏輯運算，對現場設備進行順序控制、邏輯控制，接收由現場設備送來的信號，對采集的模擬量進行運算，并與上位機或同級的控制站進行信息數據的交換，從而實現對整個生產過程的自動控制。
（3）現場級—現場控制箱及儀表
現場設備一般位于被控生產過程的附近，主要包括各類傳感器、變送器和執行設備以及就地控制箱等。其中，傳感器和變送器采集現場數據，并將所采集的物理量轉換成標準的電信號送往各現場控制站PLC。PLC將控制信號送給執行器，從而實現對現場設備的啟停、開關控制。污水處理廠主要用到的儀表有：電磁流量計、超聲波液位計、溶解氧測定儀、壓力變送器、濁度儀等。
2.3 控制方式
污水處理廠自動控制方式有三種：就地手動控制、遠程手動控制、遠程自動控制，其控制級別按此順序由高到低排列。
其中，就地手動控制的優先級別最高，當現場控制箱上的狀態選擇開關打到“就地”檔時，由現場操作人員手動控制設備運行，上位機只能監視設備的運行情況而不能對設備進行操作；當狀態選擇開關打到“遠程”檔時，由PLC控制站或上位機的信號控制設備運行。遠程控制又包括手動控制和自動控制。當現場控制箱上的狀態選擇開關打到“遠程”檔時，遠程控制起作用。當設備處于“遠程手動”時，操作人員可通過中央監控室的監控畫面對現場設備進行啟停、開關控制。遠程手動控制一般用于測試單個設備的工作是否正常、測試通信網絡的暢通與否、并輔助“自動控制”在自動控制出現故障時及時調節設備運行。當設備處于“遠程自動”時，整個系統無需工作人員的參與，設備的運行完全由各現場控制站的PLC根據污水處理廠的實際工況及生產要求進行控制。
3 現場控制站監控范圍和主要功能
3.1預處理系統控制站（LCU1）
LCU1站主要負責對污水預處理階段即粗格柵間、污水提升泵房、細格柵、曝氣沉砂池、生物除臭裝置、進水參數等處的數據采集及設備監控。
本子站實現以下主要功能:根據粗格柵前后液位差或時間周期控制格柵機的啟停，無軸螺旋輸送機與格柵機連鎖運行；根據液位控制潛污泵的啟停臺數，按照運行時間，先開先停某臺水泵；根據液位差或時間周期控制細格柵機的啟停，無軸螺旋輸送機與細格柵機的聯動；實現砂水分離器與排砂泵控制和聯動運行；各個設備狀態信號采集；各個生化參數采集；實現對鼓風總風量的監測。
3.2 1#變配電室控制站（LCU2）
LCU2 站監控范圍為：1#鼓風機房、改良型A2/O 生化池、污泥泵房、消毒接觸池、二沉池、二沉池配水井、中水處理裝置、流量計井、1#變配電室范圍內的設備、儀表以及出廠水質參數的檢測。
本子站實現以下主要功能：對整個污水處理廠高、低壓供電系統進行監視和報警;根據好氧池上的DO儀檢測值，通過控制進氣調節閥，實現對好氧區域DO的調節，達到最佳處理效果；DO的設定值可人工任意設定，控制范圍在設定值的上下區間內；根據進水流量和污泥泵站液位控制回流污泥泵的啟動，從而達到根據工藝要求控制回流污泥量；控制二沉池吸刮泥機的運行；回流和剩余污泥流量監測；遠程手動控制潛水攪拌器等設備；各個設備狀態及儀表信號的采集。
3.3 污泥脫水間控制站（LCU3）
LCU3 的控制范圍為：儲泥池、沖洗水池、污泥脫水間、絮凝劑投配系統。
本子站實現以下主要功能：檢測離心脫水系統、絮凝劑投加系統等設備的運行、故障等狀態信號。
4 主要設備的控制原理
4.1粗、細格柵的控制
在粗、細格柵機的前后位置安裝一套超聲波液位差計，通過格柵前后的液位差來反映格柵阻塞程度，并傳輸到PLC控制器，進行分析計算。當液位差超過預設的數值，控制格柵運行，清除垃圾，保障正常過水。同時，為了保證設備正常運行，當檢測到格柵機一定時間沒有運行，則強制設備運行，防止設備長時間不運行而出現問題或是由于液位差傳感器的錯誤信號導致設備不能正常運行。
4.2污水提升泵的控制
為實現進水提升泵的自動控制，在提升泵房安裝了2臺超聲波液位計，用以測量泵房的液位，實時傳輸到PLC控制器及上位機，進行系統分析，通過PLC中設置的參數對提升泵的運行自動控制，泵房共設置4臺提升泵，三大一小，根據提升泵房的液位值，與預設的值進行比較，自動判斷決定啟動泵的類型和臺數。根據泵累計運行時間，確定備用泵的啟動，以均衡泵的耗損。
4.3曝氣系統的控制
生化池好氧段內不同位置共安裝了4臺溶氧儀，PLC根據溶解氧DO實測值與設定值間的偏差和變化趨勢調節風管調節閥的開度，使好氧段的溶解氧DO保持在一個理想的范圍中。同時，鼓風機根據風管壓力的變化調節前后導葉開度，保持出口壓力的恒定。
4.4回流泵的控制
PLC根據進水流量和污泥泵站液位，與預設的參數進行比較，自動判斷決定啟動泵的臺數，控制回流污泥量，保證生化池中的混合液濃度在一定的范圍內。
4.5剩余污泥泵的控制
剩余污泥量是根據污泥脫水機的運行需要來進行控制的，通過測量貯泥池的液位來控制剩余污泥泵的運行臺數，使得剩余污泥量滿足脫水機的需要。
5 結 語
本文對自動化控制系統的設計原則、系統結構、現場控制站監控范圍和主要功能以及控制原理等作了簡略的介紹。通過采用先進的控制技術應用于污水處理，調控系統運行過程中相關參數的變化，使其保持良好的工作狀態，系統運行更具安全性、穩定性，提高了工作效率，也降低了能耗和工人的勞動強度。隨著科學技術的不斷進步和發展，提高污水處理的自動控制程度已成為污水治理工程中一個廣闊的拓展領域。
參考文獻
關鍵詞：現場總線 工業以太網 分散控制 水處理
概述
隨著網絡化、信息化概念向自動化領域的不斷滲透，水處理自動化控制理念和技術也在不斷發展。在上世紀末新型的現場總線控制系統突破了DCS系統中通信由專用網絡的封閉系統實現所造成的缺陷，試圖將基于封閉、專用的解決方案變成了基于公開化、標準化的解決方案。此后，上位機、PLC和現場總線構成的集散監控系統逐步成為水處理自動化的主流。但由于不同行業不同應用派生出的不同的總線系統，加之經濟利益的沖突，各種不同的現場總線標準之間的互不兼容嚴重束縛了不同廠商設備之間的互連，使得現場總線成為受廠商限制的專用網絡。而隨著以太網技術的不斷發展，它不僅在辦公自動化領域而且在工業自動化場合得到了廣泛應用，許多控制器、PLC、智能儀表和執行器，乃至DCS系統已經帶有以太網接口，這些都標志著工業以太網已經成為真正開放互連的工業網絡的發展方向，它將對水處理自動化技術產生很大的影響。 在嘉興市污水處理工程中，成功地應用了上位機+PLC+工業以太網構成的分布式監控系統。實踐證明，這樣的控制系統對水處理工業來說是安全、可靠和經濟適用的，它將成為水處理自動化控制技術的主流。
系統網絡結構 圖1 嘉興污水處理系統通信網絡結構圖
整個網絡方案如圖1如示，主監控中心、沿線各泵站和污水處理廠采用德國Hirschmann公司的卡軌式工業以太網交換機構成100M bps以太網光纖環（大環），污水處理廠內部的中央控制室和第一、第二分控站也采用同樣的交換機構成工業以太網光纖環（小環）。大環與小環之間用兩條屏蔽雙絞線形成冗余連接。所以，整個網絡實際上是一個網狀結構。考慮傳輸距離長，大環和小環線路均采用單模光纖。交換機分別帶有兩個內置的100Mbps單模光纖口，傳輸所用的光波波長為1300nm。在各網絡節點，采用星形拓撲結構將本地設備，如計算機、PLC、VIP發射器、IP電話等連接到本地的以太網交換機。整個網絡方案具有如下特點： 交換式以太網，保證了系統的確定性。對于實時控制來講，其網絡必須是一個確定性的網絡。所謂的確定性是要求網絡傳輸的延遲不超過系統所允許的最大值。傳統的以太網是基于載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）的介質訪問機制，因而本質上不保證傳輸的確定性。但以太網可通過三種方式獲得確定性，一是限制流量，二是使用主-從通信方式，三是采用以太網交換機。本系統采用交換機將整個網絡分成多個沖突域，從而消除了沖突，實現了確定性。
環形冗余方案，保證了系統的可靠性。過去由于沒有其他可供選擇的方案，冗余網絡大都采用雙總線方式實現。隨著以太網和交換技術的發展使得建立冗余環網成為可能。在同樣冗余度的情況下，冗余環比雙總線方式減小了風險的集中和降低了實現成本。如果系統中大環或小環的光纖發生故障，環形結構將在小于500ms時間內切換成具有全部傳輸能力的總線結構。在大環和小環之間有兩條雙絞線通道，一條作為主線，一條作為備用線，實現冗余連接。當主線發生故障時，備用線在500ms內自動啟用，從而確保了環與環之間的可靠通信。
以太網允許系統不斷擴展。與現場總線相比，以太網具有向下兼容性。對于雙絞線或光纖介質，如果將傳輸速度從10Mbps提升到100Mbps，在大多數場合不需要改變現有的布線，只需更新網絡設備即可。同樣，如果將本系統主干網從100Mbps以太網提升到千兆以太網，只需升級網絡傳輸設備，而無需重新鋪設光纜。
數據、語音、視頻“三網合一”。在本系統中，網絡不僅用于控制數據的傳輸，同時也作為語音和視頻的傳輸平臺。每個泵站均設有一臺帶有云臺的攝像頭，其視頻輸出和音頻信號以及云臺控制信號經過VIP發射器壓縮并轉換成符合H.323標準的數字多媒體信號接入到以太網上，在監控端通過專門的解碼軟件對遠程視頻實現監視和記錄，并可遠程控制云臺的動作。
基于MODBUS/TCP的應用層協議的透明網絡系統。MODBUS/TCP即基于TCP/IP的MODBUS協議，它在傳輸層選用標準的傳輸控制協議TCP，它能在收到經網絡傳來的錯誤數據的情況下，通過應答與重傳機制來保證可靠地傳輸，從而保證了傳輸過程中的可靠性。MODBUS本身就是一個開放的協議，為眾多的供應商所支持。目前MODBUS/TCP已經成為一個事實上的標準，為其它工控設備提供了通用的接口。網絡層采用IP協議，用戶只需了解控制設備的IP地址即可實現設備之間通信，而與低層網絡地址和硬件無關，對用戶來說具體的某個網絡單元（硬件和軟件）的存在仿佛不存在一樣，整個網絡可以看成一個透明網絡。
控制系統的具體實現
傳統的現場總線控制系統（FCS）是建立在各種各樣現場總線基礎上的網絡集成式全分布控制系統，嘉興污水控制系統則是一個典型的基于工業以太網平臺的集成式全分布控制系統。該系統借鑒了現場總線控制系統的特點，按照集中管理分散控制的原則，大環和小環均采用兩級控制。一級為管理控制站，位于主監控中心和污水處理廠中央控制室，由微機、顯示器、打印機、UPS電源、PLC0及模擬屏等組成，目的是對主要工藝設備的控制和調度，對生產過程中的工藝參數進行數據采集、監控、優化和調整，對主要工藝流程進行動態模擬和趨勢分析，以及對整個系統的音視頻監視。二級為現場控制站，在每個泵站以及污水廠的水區（第一分控站）和泥區（第二分控站）都配置了獨立的PLC控制器，實時采集流量、壓力等工藝參數并控制水泵以及其它設備的運行；各泵站的PLC控制器之間通過以太網通信實現動作的互鎖和聯動。
由于最遠的兩個站之間的距離較大，約60公里，為了使節點間距離保持均衡，不必采用大功率的光收發器，在光纜鋪設過程中，采用跳躍式的布線方式，從而使相鄰節點間距離不大于20公里。
因為大環與小環是同質網絡，在實現時將大環與小環直接互聯，而不采用污水處理廠中央控制室的上位機作為網關，使得主監控中心的上位機既可以直接采集污水廠的PLC數據，也可以通過污水處理廠中央控制室的上位機查看污水廠的實時控制數據和歷史數據，從而使得整個系統可以獨立于污水處理廠中央控制室正常運轉。同時，也使污水處理廠中央控制室作為備用的監控中心在主監控中心發生故障的情況下控制整個系統的運行。
與現場總線通信相比，工業以太網平臺支持SNMP簡單網管協議，具有實時的網絡狀態監視功能。在實現時通過網管軟件與上位機軟件的數據交換，將實時的網絡狀態數據和報警集成到上位機監控系統中，從而實現了系統對網絡故障的實時報警和診斷功能。
上位機軟件與PLC之間的通信及其與網絡管理軟件之間的通信均采用標準的OPC（OLE for Process Control）通信方式。OPC（OLE for Process Control）是現場設備級和過程管理級進行信息交互的開放的接口標準和技術規范，其目的是允許自動化和控制應用程序、控制設備以及商業和辦公應用軟件之間相互操作。基于這一標準我們將來自不同硬件供應商的不同類型數據轉化為統一的OPC數據格式，以OPC接口的方式提供給客戶應用程序，從而實現系統的集成。
考慮到所選用的PLC本身帶有WEB服務器，在系統實現過程中可以通過網頁游覽器查看PLC中的實時數據，使系統具有簡單方便的WEB監控功能。
結束語
嘉興市污水處理工程所采用的基于工業以太網的集成式全分布控制系統，集中應用了當今計算機、通信、CRT顯示、控制工業（4C）的最新技術，是現場總線控制系統的最新發展。由于它采用了開放和通用的網絡技術和標準的通信接口，同時實現了數據、語音和視頻的“三網合一”，為污水處理提供了一個技術先進、功能完善、監控可靠的實例。同時隨著自動化系統的發展，越來越多的場合要求將自動控制系統、企業信息系統和視頻監控系統相結合，所以本控制方案也對交通、治金、化工、電力等行業的工程應用具有廣泛的參考價值。
陽憲惠主編，現場總線技術及其應用，北京：清華大學出版社，1999
Ray Horak著，徐勇等譯，通信系統與網絡，北京：電子工業出版社，2001
胡俊，工業以太網和基于Internet的遠程監控系統，世界儀表與自動化，pp. 43-45, Vol.6, No.2, 2002
Distributed Water Treatment Control System Implemented on Industrial Ethernet
Gao Gengxi, Hu Jun
