何王金

（廣州中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所分所，廣東廣州，511458）

0 引言

我國的經(jīng)濟(jì)技術(shù)有了很大發(fā)展，各種污染問題也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。其中污水處理就是其中一項(xiàng)重要的組成部分。目前，很多地方都建立了污水處理廠，污水處理廠主要進(jìn)行的是生化處理，生化處理沒有固定的數(shù)學(xué)函數(shù)，控制起來比較困難。在污水處理廠中，自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，使其得到了廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)控制設(shè)計(jì)原則是可靠性、先進(jìn)性、實(shí)用性、集成性和可擴(kuò)展性，并且采用“集中管理、分散控制、數(shù)據(jù)共享”的分層、分布式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，符合當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)全廠工藝參數(shù)及設(shè)備集中監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。因此，很有必要對(duì)污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能

污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)保證了污水出水達(dá)標(biāo)排放。在控制過程中，控制對(duì)象有模擬量也有數(shù)字量，有開環(huán)控制也有閉環(huán)控制，模擬量控制對(duì)象是pH值、溶解氧、COD5、BOD5、氨氮等，開關(guān)量控制對(duì)象是格柵、提升泵、攪拌機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等。根據(jù)工藝要求，在控制過程嚴(yán)格控制各個(gè)機(jī)電設(shè)備和儀表數(shù)據(jù)，格柵通過液位差和時(shí)間控制，提升泵通過時(shí)間和液位控制，鼓風(fēng)機(jī)通過溶解氧控制。

污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)功能。它能自動(dòng)控制設(shè)備的啟停和顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；它能顯示工藝流程中所需的參數(shù)和儀表數(shù)據(jù)；它能對(duì)設(shè)備中的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)；它能顯示和查詢參數(shù)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)圖；它能及時(shí)報(bào)警故障信息；它能顯示和查詢系統(tǒng)中的水量、消耗物等計(jì)量信息；它能自動(dòng)生成并打印生產(chǎn)報(bào)表。

2 污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則主要包括可靠性、先進(jìn)性、實(shí)用性、集成性和可擴(kuò)展性。首先，要保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，它是最關(guān)鍵，它包括軟件和硬件的配置質(zhì)量、要有長(zhǎng)的平均故障間隔時(shí)間、關(guān)鍵的部件要有備用，這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其次，要保證系統(tǒng)的先進(jìn)性，包括硬件設(shè)備如主控設(shè)備的先進(jìn)性和軟件部分如監(jiān)控部分的先進(jìn)性，盡量實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(tǒng)的實(shí)用性，主要是能夠滿足用戶的需要，并能保證設(shè)計(jì)的盡量減少各種不必要的環(huán)節(jié)，保證系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)下都能得到很好的控制。第四，要保證系統(tǒng)的集成性，提高系統(tǒng)的效率和總體性能。第五，要保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，這樣為以后控制系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的擴(kuò)展空間。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)主要由中央控制站、現(xiàn)場(chǎng)控制站和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，完成污水處理廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、儀表監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警以及數(shù)據(jù)處理等工作。當(dāng)下位某個(gè)分站設(shè)備故障時(shí)，其余分站不受影響；當(dāng)上位設(shè)備故障時(shí)，下位各控制設(shè)備仍可繼續(xù)工作而不影響整個(gè)工藝過程控制，達(dá)到使控制危險(xiǎn)分散，提高系統(tǒng)可靠性的目的。

2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件配置

自動(dòng)控制系統(tǒng)需要有先進(jìn)的軟件配置，這樣才能保證其運(yùn)行的質(zhì)量。它包括上位機(jī)組態(tài)軟件、PLC編程軟件、數(shù)據(jù)庫、OPC軟件。其中上位機(jī)組態(tài)軟件用于組態(tài)設(shè)計(jì)中控室監(jiān)控系統(tǒng)，PLC編程軟件用于編寫和下載PLC程序。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

3.1 系統(tǒng)的總體描述

污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)以PLC控制站為核心，利用計(jì)算機(jī)和上位機(jī)組態(tài)軟件建立中央控制系統(tǒng)，采用分布式控制，集中管理，資源共享，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化控制、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的融合，保證在運(yùn)行時(shí)更加的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效等。其中中央控制系統(tǒng)主要用于數(shù)據(jù)的監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)控制站主要用于設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集等，通過網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、傳輸和控制。污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)分成三種控制模式，即自動(dòng)控制、遙控控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。這三種控制模式中有著不同的優(yōu)先級(jí)，首先現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制的優(yōu)先級(jí)最高，其次是遙控控制，最低的是自動(dòng)控制。根據(jù)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(jìn)行控制。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)控制站的設(shè)計(jì)分析

污水處理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制站主要采用PLC作為控制來管理和監(jiān)控相關(guān)的工藝設(shè)備和工藝參數(shù)，并將這些信息傳送到中央控制室，并作相應(yīng)的處理。在控制現(xiàn)場(chǎng)中的儀表、控制箱、開關(guān)柜等通過電纜線路相互連接，傳輸數(shù)據(jù)，并進(jìn)行控制運(yùn)算，然后再輸出到相關(guān)的設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)控制站的信號(hào)通過光纖環(huán)網(wǎng)傳送到中央控制室，而中央控制室也通過光纖環(huán)網(wǎng)控制現(xiàn)場(chǎng)控制站。

3.3 中央監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

中央控制室是一個(gè)局域網(wǎng)，包括工作站、服務(wù)器、打印機(jī)、投影儀等設(shè)備，通過以太網(wǎng)交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠的管理和控制。中控監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)污水處理廠中的各個(gè)工藝流程和工藝設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站的信息進(jìn)行采集，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)無人值班的功能和運(yùn)行的安全性。

3.4 網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)計(jì)分析

污水處理廠各設(shè)備之間的通訊都是通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行的，由于環(huán)境比較惡劣，網(wǎng)絡(luò)通訊就需要保證其傳輸?shù)馁|(zhì)量，首先要保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，建立完善的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行傳輸。在設(shè)計(jì)時(shí)要求其必須具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性，響應(yīng)速度要快，這樣才能保證在很短的時(shí)間內(nèi)建立新的網(wǎng)絡(luò)通信線路。

4 結(jié)語

綜上分析得出，污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的，實(shí)現(xiàn)的功能也是多樣性的。在設(shè)計(jì)時(shí)要保證可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，建立具有優(yōu)良的性能、可靠的工作，運(yùn)行維護(hù)方便等性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其能較好的為污水處理廠服務(wù)。

[1]張波.污水處理過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[D].華東理工大學(xué),2014.

[2]張曉燕,馮國良,李璐,吳彥輝,鄔甘霖.基于PLC的精確曝氣控制在污水廠的研究與應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表.2013(11).

[3]楊永軍.污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建立與應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè).2013(34).

[4]孫強(qiáng).城市污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2013.

[5]曹煥來.污水處理過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華東理工大學(xué),2012.