污水处理厂自动控制系统的应用

科技情报开发与经济　文章编号：１００５—６０３３（２００７）１３－０１８６—０３　ＳＣＩ－ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００７年第１７卷第１３期　收稿日期：２００７—０２－０６　污水处理厂自动控制系统的应用　刘萍，赵利梅　（邯郸市东污水处理厂，河北邯郸，０５６００８）　摘要：介绍了河北省某污水处理厂自动控制系统的组成、配置和特点，并对由ＰＬＣ和　上位机构成的三级自动监控系统的控制方式和功能进行了说明。　关键词：污水处理；可编程序控制器；自动控制系统　中图分类号：Ｘ７０３；ＴＰ３１　文献标识码：Ａ　随着我国科学技术和社会经济的飞速发展，环境污染问题，尤其是　水污染问题已经引起社会各界的高度重视。污水处理厂的筹建和投运已　经成为目前我国各大城市市政工程的热门项目。河北省某污水处理厂设　计日处理能力１Ｏ万ｍ　，已于２００４年投入运行，有效地改善了该地区水　系的水质，取得了良好的经济和社会效益。为确保污水处理工艺和设备　能够长期安全可靠地运行，需要建立一套集管理和控制为一体的智能控　制系统。为此，根据该厂实际情况，采用工业控制计算机、ＰＬＣ可编程序　控制器和常规检测仪表设计了一套运行可靠的自动监测和安全连锁系　统。该系统具有可靠性高、控制性能优越、管理功能完善等优点，对保证　工艺及设备的正常运行、提高自动化和管理水平发挥了重要作用　］。　图３污泥消化处理工艺流程图　皮等）后流人沉沙池，用重力沉掉水中泥沙。　随后，在厌氧池中去除污水中的含氮物质，在氧化池中去除污水中　的含氮有机物。该过程可除掉污水中大部分有机物而达到排放标准。　在生物处理过程中产生的活性污泥在沉淀池中与污泥分离，由污泥　泵抽出，一部分回流，另一部分送到污泥消化处理设备中，经过脱水、浓　１污水处理工艺　该污水处理厂采用目前广泛应用的二级生化处理工艺。在一级处理　缩进入贮泥池，最后在消化池中产生沼气。　２污水处理厂控制系统设计原则　污水处理厂控制系统为了实现被控对象（如电机、电磁周等）的工艺要　求，以提高生产效率和出水水质，在设计控制系统时应遵循以下基本原则：　（１）可靠性原则：污水处理关系到一个城市居民的身体健康和居住　投资环境，因此设计的可靠性原则为各原则之首。　（２）技术成熟性原则：在设计中，既要考虑满足设计的需要，又要注　重采用成熟、先进、便于日后维护的设备和技术。　（３）技术经济性原则：注重现在及将来技术发展的需要，选用实用　中去掉污水中的城市垃圾及泥沙，其工艺流程见图１。在二级处理中采用　传统活性污泥技术和生物膜技术去除污水中的悬浮有机物及溶解有机　物，其工艺流程见图２和图３。　原污水经集水井流过粗格栅及细格栅，除掉城市垃圾（如烂菜叶、果　图１一级处理过程工艺流程图　强、兼容性好、性价比高的方案和设备配置。　（４）可扩展性原则：设计时采用开放性好、易于扩展的软、硬件系统。　３自动控制系统的构成和特点　图２二级生物处理工艺流程图　３．１系统硬件配置　２００４－０７—Ｏ５（２）　（责任编辑：白尚平）　ｏｆｒｅｓｃｕｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ．２０００，３５（６）：３－２７．　［３］Ｋｗａｎ　Ｍ，Ｌｅｅ　Ｊ．Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｆａｔｅｒ　９／１１：ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｆｏ　ｒｅａｌ—　ｔｉｍｅ　３Ｄ　ＧＩＳ　ｆｏｒ　ｑｕｉｃｋ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｒｅｓｏｎｓｐｅ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏ—－ｓｐａｔｉａｌ　ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔｓ［Ｊ］．　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ．Ｅｎｖｉｏｎｒｍｅｎｔ　ａｎｄＵｒｂａｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００５，２９（２）：９３—１１３．　第一作者简介：孙鉴坤，男，１９８２年１月生，２００４年毕业于武汉大　学，工程师，黄冈师范学院计算机科学与技术学院，。湖北省黄州市，　４３８０００．　［４］王文俊．应急联动系统建设面临的五大挑战［Ｎ］．中国计算机报，　Ｔａｌｋｉｎｇ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＩＥＭＳ）ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ＳＵＮ　Ｊｉａｎ・ｋｕｎ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ　ＩＥＭＳ　ｉｓ　ａ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈａｔ　ｉｎｖｏｌｖｅｓ　ｎｕｍｅｒｏｕｓ　ｆｉｅｌｄｓ　ａｎｄ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｂｏｔｈ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｎｏｎ—　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ’ｓ　ＩＥＭＳ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｆｏｕｒ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｍｏｄｅｌｓ　ｏｆ　ＩＥＭＳ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．ａｎｄ　ｐｒｏｂｅｓ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｒｅｎｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＭＳ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ＩＥＭＳ；ｑｕｉｃｋ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ａｂｉｌｉｔｙ；ａｎｔｉ—。ｒｉｓｋ　ａｂｉｌｉｔｙ　１８６　维普资讯 http://www.cqvip.com

刘萍，赵利梅污水处理厂自动控制系统的应用　本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ　．综述　污水处理自动控制系统主要硬件配置如下：　（１）采用ＭＢ＋冗余网络作为控制主网络，与其他　设备构成一个以太局域网。　（２）中央控制站采用ｌ０　Ｍｂ／ｓ—ｌ００　Ｍｂ／ｓ工业以太　网络，通过网络数据服务器与控制网相连。　（３）选择具有智能通信功能的作为现场控制器。　（４）配置各种工艺仪表、传感器、通用变频器。　（５）不间断电源、控制室大型模拟屏和投影仪、操　作站计算机和打印机。　３．２系统软件配置　污水处理自动控制系统的组态和运行管理采用　国际上流行的开放性组态软件，操作平台使用操作系　统。　３．３系统网络构成　水区第二分控室泥区第一分控室　（消化池控制室）　污水处理自动控制系统网络结构见图４。　整个污水处理厂自动控制系统从结构上分为三级：中央控制站为　图４污水处理厂自动控制系统配置图　电位计和污泥浓度计、液体分析仪。溶解氧仪和氧化还原电位计输入信　号连接在ＰＬＣ不同的输入模块上，以免由于模块损坏造成控制失调。曝　气空气量的调整，采用控制鼓风机导叶片的方式，即通过改变鼓风机导　第一级，主要完成所有污水处理设备的集中控制和数据汇总管理，并给　管理员提供操作参考，同时能对现场各个设备进行操作；ＰＬＣ分控站为　第二级，主要完成数据采集，并根据给定或反馈信号进行运算，对现场设　备进行控制，同时向中央控制站提供监控数据；各现场设备为第三级，主　要用于数据测量和执行动作，并能在现场进行手动操作。　３．４系统特点　叶片的角度来改变空气量，从而保证溶解氧的需求量。　５．４回流污泥■调节系统　回流污泥量的调节是为了将氧化沟中的悬浮污泥浓度控制在规定　的范围内，其调节采用数字式增量ＰＩＤ控制方式，按进入氧化沟的水量　控制回流污泥泵的开启台数和回流污泥管道上阀门的角度，以保证回流　污泥管道上阀门的合适比例，所有泵的调节均由变频器控制。　５．５泥温调节系统　ｉ亥系统遵循“集中管理，分散控制”的原则　１，具有实时监控和实时故　障诊断能力，集可靠性、开放性、易维护性、可扩展性于一体。　４系统控制方式　该系统采用３种控制模式，即就地设备控制箱手动控制、远程ＰＬＣ　控制站操作终端控制和远程中心控制室上位机控制［３］ｏ其中，就地设备　控制箱操作具有最高的优先权，远程ＰＬＣ控制站操作终端单台控制次　之，最后为中心控制室上位机单台控制和成组控制。现场的泵类、鼓风　机、电磁阀等开关信号，曝气池的溶解氧等模拟信号，全部经过ＰＬＣ在上　位机上显示。现场各监控点的物理参数，均由对应的一次仪表传感器或　变送器检测出来并转换为４　ｍＡ一２０　ｍＡ电流信号，传输到各ＰＬＣ控制站　内，ＰＬＣ通过各种模块接口采样电信号；控制信号同样由ＰＬＣ输出，以４　ｍＡ－２０　ｍＡ的电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。　泥温调节系统的任务是为了控制污泥沟中的泥温在允许范围内，以　保证其在３５℃内充分发酵。泥温调节采用热平衡控制方式，即改变换热　器的热水温度或流量来改变换热量，以实现污泥温度的调节。对每个泵　的控制，也都有现场控制和远程控制两种模式。　５．６清化调节系统　清化调节系统由沼气搅拌程控系统、消化池配泥程控系统、滤池程　控系统等组成，主要完成水质的清化过程，满足环保要求。若以上各现场　控制单元ＰＬＣ任何一台出现故障，现场报警信号立即通过网络反馈到中　控监视室，并在监视屏上显示故障位置，同时声光报警，操作人员便可根　据实际情况进行操作，排除故障或自动启动备用泵。　５主要控制功能　污水处理控制系统主要有６个子系统组成［　：粗细格栅程控系统、　水泵程控系统、生物反应池空气量词节系统、回流污泥量词节系统、泥温　６结语　系统采用了ｌ０　ＭＮｓ　１００　Ｍｂ『ｓ工业以太网络，将变频器和工控机等　调节系统、清化调节系统。它们由各自相应的ＰＬＣ监控工作站进行监控，　通过网络对全厂的工艺系统进行调节管理。某一部分出现故障，现场报　警信号立即通过网络反馈到中心控制室，通过打印机将故障的具体信息　打印出来，并根据实际情况进行操作，实现方便、快捷、准确、实时。　５．１粗细格栅程控系统　粗细格栅均采用液位差控制，在粗细格栅前后装有超声波液位探　主要控制设备有机结合，具有组网简单、运行速度快、通信稳定性强等特　点，通过与变频词速技术在污水处理系统中的配合使用，提高了整个污　水处理系统的自动化水平，与传统的污水处理自动化系统相比，具有功　能齐全、高度智能化、运行可靠、投资省、见效快等优点，对我国污水处理　的自动化建设具有一定的推广价值。　参考文献　［１］宋延民，贾方亮，李辉，等．污水处理的电气控制系统［Ｊ］．电气传动，　１９９７，３７（３）：３２—３３．　头，由变送器将Ｏ　ｖ。ｌＯ　ｖ的液位差信号送到ＰＬＣ模拟量输入模块，当液　位差超过设定值时，ＰＬＣ强制启动格栅进行清渣，否则按预定周期清渣。　为保证控制可靠运行，需定期对超声波液位计进行维护和校正。格栅程　控系统根据格栅前后的水位差自动控制栅耙，按预定周期运行，以保证　格栅正常工作。格栅调节有现场控制（手动）和远程控制（自动）两种模　式。　５．２水泵程控系统　水泵程控系统按水泵池的液位经过通用变频器，并采用数字增量式　［２］徐琳，牟道光．ＰＬＣ在污水处理中的应用［Ｊ］．微计算机信息，　２００４．２０（３）：４２—４３．　［３］宋延民，沈新天，张志扬，等．污水处理的ＰＬＣ控制系统［Ｊ］．城市环　境与城市生态杂志，２００２，１５（２）：３７－３８．　［４］张统．问歇式活性污泥法污水处理技术及工程实例［Ｍ］．北京：化学　工业出版社，２００２：１９—２７．　ＰＩＤ方式控制水泵的转数和流量。每个泵房均有主运行泵、备用泵，以备　不测。对每个泵的控制，同样有现场控制和远程控制两种模式。　５．３生物反应池空气量调节系统　生物反应池是污水进行生化反应的场所，主要通过转刷控制污水的　第一作者简介：刘（责任编辑：邱娅男）　萍　女，１９７３年７月生，２００４年毕业于河北工程　学院计算机科学与技术专业，工程师，邯郸市东污水处理厂，河北省邯郸　市东环路中段，０５６００８．　１８７　曝气时间。生物反应池中设有转刷，并在出水口设有溶解氧仪、氧化还原　维普资讯 http://www.cqvip.com

科技情报开发与经济　文章编号：１ｏｏ５—６０３３（２００７）１３—０１８８—０２　ＳＣＩ－ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００７年第１７卷第１３期　收稿日期：２００７—０３～０８　溢谈　互蜀劲　的崭笈展　付爱彬　（山西电力职业技术学院，山西太原，０３００２１）　摘要：从自动检测、自动调节、顺序控制、自动报警与保护等４个方面阐述了热工自　动化的新发展以及热工自动化在火电厂中的新应用。　关键词：热工自动化；自动检测；智能控制；ＭＡＴＬＡＢ仿真；ＰＬＣ　中图分类号：ＴＭ７６　文献标识码：Ａ　随着目前单元机组容量的增大，不仅在正常运行时需要监视的项目　和需要操作的项目（执行器）有近千个，而且机组启停时监视和操作的项　目数量还要增加，再加上各操作项目的操作还相互影响，所以对热工自　动化提出了更高的要求。热工自动化可以提高机组运行的安全可靠性；　提高机组运行的经济性（燃烧同洋多的煤可以发更多的电）；减少运行人　检测，安全防爆，特别适合于电厂主油箱油位的测量。　（３）光纤转速表。光纤转速表用于汽轮发电机转速的测量，是在汽轮　发电机转轴上固定一个测速齿轮盘，齿轮盘的边缘有６０个齿，齿轮盘每　转动一圈，就产生６０个光脉冲，再由信号处理装置将光脉冲转换成电脉　冲，通过数字频率计计数即可测出机组转速。由于光纤不受电磁场干扰，　从而保证了转速表的可靠性。　１．２火焰图像检测器　员，提高生产效率；改善劳动条件（减轻劳动强度）。伴随着计算机技术的　飞速发展，热工自动化的发展也可以说是一日千里，热工自动化中与生　产运行联系紧密的主要有自动检测、自动调节、顺序控制、自动报警与保　护４个方面。下面从这４个方面来阐述热工自动化的新发展以及在火电　厂中的新应用。　火焰检测是炉膛安全监控系统（ＦＳＳＳ）￣重要组成部分，主要任务是　监视和判断炉膛火焰的有无。由于锅炉负荷及配风的变化，尤其是我国　电站燃料变化较大，引起着火区的位置经常发生漂移，普通光学检测器　（如紫外光火焰检测器、可见光火焰检测器和红外光火焰检测器）仅依靠　一１　自动检测　自动检测是将现场各种物理量如温度、压力、液位等转换成控制装　个光敏元件收集火焰特征区的平均光强，视角比较小（一般是３￣－５。），　导致火检探头很难对准着火区，火检容易发出错误信息。使用火焰图像　检测器来取代普通光学检测器成为锅炉炉膛火焰检测的主流。与传统的　工业电视相比，火焰图像检测器具有如下特点：一是采用多个微型摄像　机（ＣＣＤ）可检测单只燃烧器、一层或一角的燃烧工况，视野范围大，信息　量多。二是准确可靠地输出每个燃烧器火焰ＯＮ／ＯＦＦ的开关量信号，可以　方便地与任一种类型的锅炉炉膛安全监控系统相连，结果可在ＣＲＴ上显　置或显示仪表能够接收的电信号，以供自动控制和参数显示使用。如果　把自动控制系统看成是一个“运行人员”，那么自动检测就是这个“运行　人员”的眼睛，快速、及时、准确的自动检测是“运行人员”正确操作以及　控制系统正常运行的前提。因而光纤传感器、火焰图像检测器、软测量技　术得到了广泛的应用。　１．１光纤传窿器　示并存储至计算机存储器中。而工业电视仅是直观的图像显示，没有信　息处理和记忆功能。三是运行人员可以直观、清晰地在中央控制室的大　屏幕ＣＲＴ上观察每个燃烧器及全炉膛的燃烧状态，及时进行燃烧调整，　提高燃烧效率。而工业电视没有这个功能。　１Ｉ３软测量技术　光纤传感器是将来自光源的光经过光纤送人调制器，使被测参数与　进人调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频　率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送人光　探测器，经解调器解调后，获得被测参数。　（１）光纤温度计。光纤温度计是利用半导体材料的光吸收能力随着　温度的变化而变化这一原理来测温的。电厂超高压变压器热点温度测量　的准确与否直接影响变压器的安全经济运行和使用寿命。温度过高，会　造成绝缘老化，危害变压器的安全运行。温度过低，变压器的能力不能充　软测量技术是从能够测量的数据来推断出不能测量的数据信息的　软件技术。自动化仪表的发展经历了模拟仪表、电子仪表、数字仪表、智　能仪表和软仪表５个发展阶段，软测量就是软仪表，它是目前仪表技术　发展的最高阶段。以锅炉烟气含氧量软测量为例，选择主蒸汽流量、给水　流量、燃料量、排烟温度等工艺参数，作为软测量模型的输人，由这些输　分发挥，降低了经济效益。采用半导体光纤温度计后，可以进行远距离遥　测，非接触式的测量方法解决了隔离问题。　人通过模型来计算出烟气含氧量。软测量打破了传统单输人单输出仪表　格局，属于多输人多输出智能型仪表，它可以是专用仪表，也可以是由用　户进行编程的通用仪表，从而可以代替一些价格较贵难维护的仪表。软　测量的本质是面向对象的，通过编程或组态来实现软测量数学模型，当　（２）光纤液位计。光纤液位计利用力平衡原理实现液位的检测，当被　测介质液面变化时，测量浮球上下移动，测量钢丝绳带动光纤传感器内　光码盘转动，同时光纤传感器内两组光学探头输出两组光脉冲信号，并　进行放大整形，经二次仪表判向计数后，显示出储罐内液位值，罐区无电　测量参数、工作条件发生变化时，只需要修改模型参数即可实现仪表功　Ｔｈｅ　Ａｐｐｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｅｗａｇｅ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｐｌａｎｔ　ＬＩＵ　Ｐｉｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｌｉ－ｍｅｉ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｓｅｗａｇｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｌａｎｔ　ｏｆ　Ｈｅｉｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ａｎｄ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｌｅｖｅｌ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ　ｏｆ　ＰＬＣ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｓｅｗａｇｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｏｌｒ　ｓｙｓｔｅｍ　１８８