污水处理厂自动控制系统

一、引言
随着城市发展以及人民生活水平的不断提高，城市污水排放量也在逐年增加，这给城市环境造成了严重污染，基于此需求，各地都在积极建设污水处理厂，以实现城市可支持性发展、美化和治理城市环境。本文以一个污水处理厂为例，结合工艺流程，介绍污水处理厂实施自动化控制的解决方案。该污水处理厂采用水解－SBR（UNITANK）好氧处理工艺，一期工程进口预处理段提升泵站配水井、变配电系统、集泥池浓缩池按二期12万立方米／日的处理能力装备。水解池、SBR池按6万立方米／日的处理能力先上一组。鼓风机、脱水机各先上两台。二期工程再上6万立方米／日处理能力的一组水解池、SBR池及各两台鼓风机、脱水机。
二、工艺及系统要求
整个系统分进口预处理段提升泵站配水井、水解池和污泥处理、SBR反应池和鼓风机房、变配电系统及脱水机房、井房等四大部分组成。
需要自动化控制的共有5个站，包括泵房、水解池、变电所、SBR池、鼓风机房。泵房负责控制进泥阀、出泥阀、潜污泵进水闸、除砂机、格栅井和行走式吸砂、砂水分离装置。北水解池负责控制14个排泥阀。变电所负责监测高、低压系统的相关电压、电流、有功和无功等模拟量信号，进行效益核算。SBR池负责控制整个好氧工艺的流程。鼓风机房负责控制鼓风机导叶开度并监测鼓风机的各个重要参数。同时在中控室，上位机软件要实时反映各个工段的具体情况，包括设备的各种状态、各种仪表的数据和工艺的设定参数等等，计算和查询各种参量，例如温度，液位，PH值，泥位值，多普勒流量计等，可以让操作员进行分析并能在上位控制现场的各个设备。
拓扑图如下：

三、自动控制系统的实施
考虑使整个系统更加灵活安全，将整个系统控制分三层：第一层现场手动，第二层上位机监控软件控制，第三层上位机脱网PLC自动运行。现场手动--便于设备的维护和调试，当某个设备切换到现场手动模式下，该设备就不受和PLC的控制，只接受现场的操作命令；上位机监控软件手动控制--有利于调度室的操作，可以针对每个设备，让它脱离PLC的自动运行状态，由中控室的计算机直接对其进行操作。PLC自动运行—对现场所有设备进行自动控制，它负责整个污水处理工艺的控制，并且对故障，也会有响应。即使PLC和上位机脱离了通讯，它也能自己安全的工作。
根据以上的需求，硬件我们选用西门子的S7-300系列PLC，变频器和软启动器，软件选用通用监控软件。考虑到有5个控制站和通讯的数据量大，而且各个站之间有一定的距离，最远的站到中控室有300米，所以采用了Profibus-DP和Profibus-FMS 相结合的现场总线,既可以保证数据的高速传输，也可以实现大容量数据的完整性。采用变频器与软起动器组合运行拖动潜污泵电机，追踪液位，保证液位恒定与设定值一致。
中控室由一台PC机完成操作员站、工程师站的任务，平时以值班长、操作员操作为主，操作员应在授权后才能进入操作。工程师能打开相应的功能设定界面，其他人不得进入该层面。操作员站采用八屏多屏显示，可任意调入各运行图，并可自动翻屏，翻屏的时间可调（默认为15分钟）。在公司中心调度室设一个远程监控站，利用市话线路采用拨号方式与污水厂中控室通讯，该站采用四屏多屏显示，可实现拨号时间间隔设定、可任意调入各运行图，并可自动翻屏，翻屏的时间可调。
用户界面以平面图形式为主，局部反映一些剖面，与相应画面有关的功能（手动自动、运行状态设定、时间设定、参数设定、上下限、报警等）。报警信息、自动运行条件能否满足的信息及解析方案可以即时弹出，并有语音提示。运行状态表中反映主要设备的开关状态、机泵电流电压、现场仪表的参数、累计值（电量、水量、泥量、气量等）、综合运行参数（单位提水电耗、单位供气电耗、全厂处理单位水的电耗等）。界面主要包括：污水处理厂自动控制系统结构图，污水处理厂工艺流程图，污水处理厂厂区平面图（动态），进水预处理段、泵房运行平面图（动态），水解池、污泥处理运行平面图（动态），SBR池、鼓风机运行平面图（动态），脱水机房、井房运行平面图（动态），高低压配电平面图（动态），污水处理厂运行状态总表（动态），进水预处理段、泵房运行状态表（动态），水解池、污泥处理运行状态表（动态），SBR池、鼓风机运行状态表（动态），变电所、脱水机房、井房运行状态表（动态）。
四、总述
整个自控系统很好地实现了建厂之初的设想，已顺利运行，稳定性和方便性经历了考验。已经达到即使无人值班的情况下，也可正常运行。因为采用了国际标准Profibus总线和成熟的方案技术，使系统日后扩充和维护方便得到保证。以上对整个系统做了介绍，希望能起到抛砖引玉的作用，给其他的污水处理项目提供一个选择方案。