蘇 煒 岑 明 臧賓幫 張 彬

（1、山東博控機電有限公司，山東 濟南250100 2、濟南市知識產(chǎn)權(quán)保護中心，山東 濟南250002）

在現(xiàn)代的污水處理系統(tǒng)中，自控系統(tǒng)正在發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著電子信息技術(shù)的進步，污水處理工藝對于控制系統(tǒng)的依賴性也越來越大。由于污水處理的工藝特點，決定了其生化反應(yīng)的過程并不是一個精確的系統(tǒng)，因此在污水廠的自動化控制系統(tǒng)實施中需要根據(jù)這些特點來進行。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

一般的污水廠自控系統(tǒng)圖如圖所示。

工控機（工程師站或操作員站）可以監(jiān)控各站點的運行狀態(tài)，當(dāng)工控機發(fā)生故障或關(guān)閉時，各站點仍然可以按照設(shè)定的工作模式自動保持系統(tǒng)的正常運行，確保系統(tǒng)的高可靠性。同時，工控機之間也互為冗余。

運行模式及工作狀態(tài)的選擇和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置既可以在主控室內(nèi)用工控機操作又可以在現(xiàn)場用各站點的觸摸屏操作。在現(xiàn)場的操作柜上設(shè)置手動/自動切換按鈕，可以實現(xiàn)所有控制點的手動和自動運行。（注：手動和自動應(yīng)當(dāng)是兩套相對獨立的系統(tǒng)）。

為保證系統(tǒng)免遭過電壓侵害，所有來自現(xiàn)場的I/O 信號均要通過信號繼電器的隔離，所有遠程模擬量均通過隔離裝置與系統(tǒng)接口，徹底保證在遭遇雷擊等過電壓情況下的系統(tǒng)安全。

針對于污水廠自控系統(tǒng)來說，擁有著眾多類型的傳感器，其中具有代表性的有壓力計、流量計、ORP 儀、液位傳感器、COD 傳感器、DO 傳感器、pH 傳感器以及溫度傳感器等。為了獲得準(zhǔn)確地數(shù)據(jù)作為工藝的控制參數(shù)，一些重要的傳感器（如：pH、DO（溶解氧）、流量計等）數(shù)據(jù)上傳通過通訊接口進行，控制系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的接口是通過這些智能接口來完成的，在此背景下運用現(xiàn)場總線來傳輸系統(tǒng)中重要的工藝參數(shù)儀表信號，這種傳輸模式不但有助于促進信號傳輸精度的提升，而且還擁有減少電纜敷設(shè)、增強現(xiàn)場控制靈活性以及易于擴展與維護等方面的優(yōu)勢。

眾所周知，污水擁有腐蝕性，并且其成分是相對復(fù)雜的，因此運用超聲波液位計來對液位進行測量是非常有必要的，不但可以有效的避免液位計與污水接觸，而且具有反應(yīng)速度快的優(yōu)勢，直接輸送到PLC，將COD、pH 等傳感器分別安裝在出水總管與進水總管，然后根據(jù)傳感器所收集得到的出水參數(shù)來對工藝的整體運行效果進行監(jiān)測，并根據(jù)進水參數(shù)來控制生化反應(yīng)，并可通過環(huán)保部門提供的的GPRS 等設(shè)備上傳至環(huán)境監(jiān)測部門。

同時，將ORP 計安裝在反應(yīng)池的厭氧區(qū)，進而來對該區(qū)域的氧化還原電位進行測量，可以將生物硝化脫氮的實際狀況呈現(xiàn)出來，并作出是否需要從好氧區(qū)進行回流污泥的判斷。另外，為了能夠控制好氧池的曝氣量，還需要安裝DO 傳感器，根據(jù)該區(qū)域內(nèi)的溶解氧含量進水水量等綜合因素決定羅茨風(fēng)機的運行臺數(shù)及運行頻率，從而控制曝氣量。在滿足工藝要求的同時可以實現(xiàn)節(jié)能。

2 控制軟件設(shè)計

由于污水處理過程控制的復(fù)雜性，因此需要不斷的對相關(guān)經(jīng)驗進行整理與歸納，在此基礎(chǔ)上來選擇更加合理、科學(xué)的控制方式。具體來說，傳統(tǒng)的PID 調(diào)節(jié)基本上被認(rèn)為是不適合污水處理系統(tǒng)的控制的，一般均是人為的根據(jù)不同季節(jié)、不同的水情，固定一個運行方式。因而，目前大部分的控制系統(tǒng)僅僅是一個簡單的遠程遙控和遠程監(jiān)視系統(tǒng)。

軟件系統(tǒng)是一個自動控制系統(tǒng)的靈魂，優(yōu)良的控制軟件不僅使系統(tǒng)操作方便、運行可靠，極大地減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，而且它還應(yīng)當(dāng)能夠根據(jù)情況的變化自動調(diào)整運行參數(shù)，而不應(yīng)當(dāng)僅僅是一個簡單的遠程遙控和遠程監(jiān)視系統(tǒng)（這當(dāng)然應(yīng)當(dāng)是自控系統(tǒng)所應(yīng)當(dāng)具有的基本功能）。有鑒于此，我們集中優(yōu)勢力量結(jié)合工藝和控制兩方面的要求，在總結(jié)、分析大量工程實例及數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了具有智能配方功能的污水處理模糊控制思路，以此指導(dǎo)控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)，擺脫了污水處理廠的自控就是“遠程遙控”的初級概念，使污水處理的復(fù)雜機電系統(tǒng)控制得以成為真正意義上的自動化系統(tǒng)。

軟件系統(tǒng)分為上位組態(tài)軟件和下位控制軟件兩大部分。

2.1 上位組態(tài)軟件性能

（1）數(shù)據(jù)管理。在系統(tǒng)運行的過程中，將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，并通過分析數(shù)據(jù)的方式得到一定的結(jié)論。另外，員工可定期將數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌鎯橘|(zhì)，這對于促進查詢歷史數(shù)據(jù)的便利性提高有著重要的意義。綜合的、全面的分析與對比相關(guān)數(shù)據(jù)，可以得到部分有價值的觀點與結(jié)論。

（2）實時畫面顯示功能。將各個現(xiàn)場的設(shè)備運行工況運用圖形的方式實時的展現(xiàn)出來，并借助于曲線圖、趨勢圖、模擬儀表等多種方式呈現(xiàn)出設(shè)備的變化狀況，在此背景下生產(chǎn)管理人員可以實施的掌握與把控系統(tǒng)的具體運行狀況。

（3）友好的人機界面，操作與控制方便。相關(guān)人員可在中心控制室來實時的控制系統(tǒng)中的各種設(shè)備，例如在線對PLC 中程序的部分工藝參數(shù)進行配置、對設(shè)備的啟動與暫停控制等。

（4）報警功能。在系統(tǒng)中設(shè)備運行的過程中，假如出現(xiàn)故障或者參數(shù)超過預(yù)設(shè)范圍等問題時，可根據(jù)實際情況來自動進行聲光報警，例如打印機輸出報警信息、屏幕顯示報警信息等，此時管理人員可根據(jù)報警信息來做出相應(yīng)的措施。另外，報警數(shù)據(jù)庫中會存儲全部的報警信息，主要用于事故分析，以避免事故的再次出現(xiàn)。

（5）報表打印功能。打印方式是由事件觸發(fā)打印、定時打印兩種類型構(gòu)成的，可進行報警實時打印、事件打印、圖形與報表打印。

2.2 控制軟件的編程注意事項

控制軟件想要達到理想的狀態(tài)，除了需要保障工藝符合相關(guān)需求外，同時還應(yīng)該考慮到現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種類型情況，做到易修改、實用、可靠。

對于污水廠來說，生化處理工藝流程控制是其自動控制系統(tǒng)的核心，其主要控制規(guī)律：

污水處理工藝傳統(tǒng)的主要控制量為：MLSS 的PID 調(diào)節(jié)（回流比）、DO 值的PID 調(diào)節(jié)（進氣量），全部都是對單一參數(shù)的單一對象控制。但是需注意的是，污水處理過程中包含著大量的參數(shù)，并且其滯后量是非常大的，因此想要憑借某個具體參數(shù)來控制整個污水處理過程是無法實現(xiàn)的。具體來說，污流回流系統(tǒng)控制、生物池的曝氣系統(tǒng)控制都是尤為復(fù)雜的，意味著獨立的單一閉環(huán)控制方法是不可行的。近年來，在控制技術(shù)持續(xù)發(fā)展的背景下，再加上污水處理廠在運行期間積累了規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)，因此模糊控制方式得到了廣泛的關(guān)注。

在實際操作期間，根據(jù)人工經(jīng)驗與模糊控制方式，在此基礎(chǔ)上來對專家數(shù)據(jù)庫進行構(gòu)建，并由計算機來對控制方案進行制定，這種模式不但有助于實現(xiàn)工作量的減輕，而且還可保障出水水質(zhì)。與此同時，在減少能源消耗、提高設(shè)備運行效率方面也會取得顯著的效果。

針對于軟件編程來說，重點是根據(jù)生產(chǎn)工藝的實際情況來對控制規(guī)律進行制定。需要根據(jù)進水的水質(zhì)變化情況，來選擇與調(diào)節(jié)控制方法。由上位機設(shè)定沉淀時間、曝氣量、進水流量、剩余污泥排泥間隔、濾池反洗間隔等參數(shù)。需根據(jù)預(yù)設(shè)值來控制生化反應(yīng)池的各段工藝執(zhí)行情況與時間，并可運用電氣柜上的手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來對設(shè)備狀態(tài)更改，但是預(yù)設(shè)值不可改變。在自動狀態(tài)下，也能夠在中心控制室來遠程操控。另外，現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)均送上位機顯示。

在編制控制程序的過程中，需要將以下幾個問題放在首位：

（1）編程軟件可監(jiān)視各個元件的狀態(tài)，并運用顯示器呈現(xiàn)出來；（2）全部程控邏輯都在可編程控制器內(nèi)完成，且不需運用硬接線；（3）全部邏輯程序與整定參數(shù)存儲在可編程序控制器的掉電保持存儲器內(nèi)，系統(tǒng)故障或失電恢復(fù)后無需對程序進行重新裝載；（4）系統(tǒng)可輕松的程序段修改地址、增加與刪除元件、修改程序等；（5）注意編程的規(guī)范性和程序的擴展性。

綜上所述，污水處理廠的自控系統(tǒng)實施過程中不僅需要緊密結(jié)合工藝流程，還需要對整個生化反應(yīng)系統(tǒng)有全面的認(rèn)識，實現(xiàn)系統(tǒng)的運行可靠、操作方便、出水達標(biāo)。

隨著智慧水務(wù)以及節(jié)能減排降耗等在污水處理行業(yè)的深入推廣，污水廠自控系統(tǒng)作為其核心基礎(chǔ)也必將會提出更高的要求。