浅析生活污水处理中的控制设计

【摘 要】本文介绍了污水处理厂控制系统的工艺流程、系统配置和软件设计，并对由PLC和上位机组成的自动控制系统的主要功能进行了说明。上位机通过组态软件设计承担监控和管理任务，下位机采用PLC实现实时数据采集和自动控制功能。实际运行取得了良好的控制效果。

【关键词】污水处理；控制；程序设计

【Abstract】This article describes waste water treatment plant control system processes， system configuration and software design， and by the PLC and PC control system consisting of the main features are described. PC through configuration software design commitment to monitor and manage tasks， lower computer use PLC implemented real-time data acquisition and control functionality. The actual running achieved good control.

【Key words】Waste water treatment；Control；Program design

1 控制特点

污水处理厂的过程控制都有一个共同的特点，就是开关量多，模拟量少。以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅。可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。PLC在设计结构上具有许多其他控制器所无法相比得特点：可靠性高，抗干扰能力、通用性强。PLC的诸多特点正是满足了广大用户的需求，弥补了其他控制器的不足。因此，可编程逻辑控制器在现代自动化的污水处理中得到了广泛的应用。

2 污水处理系统详述：

主要设备控制要求

1）粗处理格栅机

采用定时控制：根据外来污水状况和运行经验，通过设定相关定时参数，自动控制格栅机的启动时间和停止时间。

2）生物氧化处理

曝气系统的自动控制

生化池作为全厂污水处理的核心，具有举足轻重的作用。污水经过预处理后，在这里通过微生物吸附污水中的有机物，达到脱磷脱氮的目的。对生化池的自动控制，主要是溶解氧浓度的控制。 曝气量自动控制系统作为一个恒值控制系统，系统给定一个保持不变的最佳溶解氧值，通过PLC控制调节输出量（即曝气机开启台数），使被控量（实测氧化沟溶解氧浓度）不断地接近给定值。在这个系统中，要求稳定性和动态特性良好，被控量向给定值过渡的时间短，同时过程平稳，振荡幅度小。曝气供氧系统是由鼓风机、电动调节阀和溶解氧仪共同组成的闭环系统，为反应池好氧段提供氧气，并维持好氧过程的溶解氧浓度值。依照好氧过程的溶解氧浓度值控制鼓风机的开启程度，维持溶解氧浓度值在一定的范围内变动。

控制系统硬件：工控PC S7-300PLC SIEMENS变频器 超声波液位控制器 溶解氧仪 污泥界面仪

上位机监控系统的功能实现：

（1）提供工艺过程参数检测流程图，模拟量显示图，模拟量棒图，趋势图等动态画面显示各主要设备运行时间参数和控制回路参数设置画面。据此操作人员或工艺员可对整个工艺和设备有一个详细和形象的了解。

（2）系统主要参数和报警信号登录。登录数据可供工艺人员和控制系统设计人员参考，以分析设备运行情况，进一步改进控制方案，提高系统的运行效率。并对故障设备及超越仪表设定值闪烁报警，提醒操作人员采取相应措施，确保了生产安全同时给出可能的故障原因和解决办法。

（3）可通过键盘（或鼠标）直接控制现场设备，如启动或停止各类泵、风机、阀等。

（4）进入和退出系统的口令保护，以免非工作人员进入系统或随意中断运行中的系统。

下位机程序设计

PLC主站的用户程序是在基于SIEMENS公司的SIMATIC STEP7 V5.1软件平台上完成硬件组态、地址和站址的分配以及用户程序的设计开发的，在主程序（OBI）中将各种控制功能和各站点间的通讯数据分别编写在不同的子程序中。在本系统中，根据所控制设备的实际情况，可把整个污水处理流程分为若干个分流程，每个分流程对应一个功能（FC）。例如：SBR池水位控制子程序（FC1），溶氧量控制子程序（FC2），SBR池污泥量控制子程序（FC3），澄清池污泥量控制子程序（FC4），滗水器控制子程序（FC5）。下面重点介绍一下曝气池的控制。曝气池是全厂的核心构筑物，污水在池中通过微生物的净化作用达到去除有机物的目的。因微生物为好氧菌，如供氧量过少会造成细菌大量死亡，不利于微生物的生长，会直接影响处理效果。但供氧量过大，不仅使能耗增高，增大运行费用，而且会形成小而重的易沉淀絮体作用使水质恶化。因此控制水中的含氧量是污水处理过程控制中关键的任务之一。根据工艺要求，该场设有4台鼓风机用于曝气池供氧，其中有1台变频风机。我们在曝气池的不同地点设有3块溶解氧测试仪（即DO仪）测量池中的含氧量。曝气池的控制思路是通过计算机给这些DO仪设置一个测量范围，当进水量达到平衡，池中悬浮物浓度合乎标准时，一旦水中含氧突破这个范围，PLC就会收到现场溶解氧仪反馈回的信号。PLC便根据现场测量值来调节鼓风量。鼓风机的开启台数由PLC根据溶解氧的平均值来控制，PLC每隔10min判断一次曝气池内的溶解氧值，溶解氧低于设定下限时调频风机增加10%。若调频风机己达最大值，则增开一台普通风机，溶解氧高于设定上限时调频风机减少10%，若调频风机己达最小值，则关闭一台普通风机。3）CLO2消毒

CLO2是国际上公认的含氯消毒剂中高效消毒灭菌剂，它可以杀灭一切微生物，包括细菌繁殖体，细菌芽孢，真菌，分枝杆菌和病毒等，并且这些细菌不会产生抗药性。二氧化氯对微生物细胞壁有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的酶，还可以快速地抑制微生物蛋白质的合成来破坏微生物。在澄清池前端加入CLO2以确定接触时间加药点为滗水器出水端，经管道中混和进入澄清池保证污水达标排放。

3 结束语

用PLC设计的自控系统在污水处理厂投入使用中，可大大降低了操作人员的劳动强度，并改善了操作人员的工作环境。设备具有调试简单、操作方便、使用安全、运行可靠、效率高、故障率低，污水处理效果好的特点，同时由于软硬件均采用模块化结构，方便了工程技术人员的安装、调试和维修，能带来了很好的社会效益和经济效益。

【参考文献】

[1]缪应祺.水污染控制工程[M].南京：东南大学出版社，2002.

[2]陈兆波.污水处理厂测量、自动控制与故障诊断[M].化学工业出版社，2009.

[3]SIEMENS公司.SIMATIC S7-300 M7-300可编程序控制器模板规范参考手册[S].2001，10.

[4]SIEMENS公司.STEP-7-V5.1编程使用手册[S].2001，10.

[责任编辑：汤静]

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