摘要：随着现代工业的不断发展，污水问题日益严峻，在此背景下，污水处理引起了社会各界的广泛关注，正因如此污水处理厂如雨后春笋般纷纷涌现，成了现代城市之中不可或缺的一项基础设施。污水处理厂的运行对自动化控制程度提出了较为严格的要求。本文的目的是通过介绍污水厂自控系统的设计原则、功能、组成与相关应用研究，对污水厂自控系统的发展进行了展望并提出了今后的研究方向。
关键词：污水处理；自动化控制
引言
近年来，随着工业的快速发展，各种污染问题越来越严重，尤其是水体污染问题。采用传统的污水处理方工艺已经跟不上社会的需求。如污水处理厂的传统运行控制方式在水质发生突变时，实验人员很难做到及时采样分析，往往在水质分析结果出来之前水质又发生了新的变化，运行的变化很难跟上水质的变化，其结果只能使出水水质难以达标。自动控制系统应用不仅可以在水质发生变化时及时采取有效的处理措施，还可以节省能耗与运行费用，达到国家节能减排效果。因此，必须安装污水处理自动化控制系统，实现对污水处理厂的自动控制，保证污水处理厂中的处理系统的运行安全可靠，或者运行出现故障、处理出水水质恶化时，能采取有效的措施，使操作人员准确、及时地了解掌握，并根据这些参数对工艺及设备运行进行控制、调整。
1、系统结构组成
污水处理厂的自动控制系统主要由控制设备、人机界面和现场电控设备三层所构成。控制设备通常采用PLC或者DCS（污水厂的工程实践中以PLC居多），它可以进行逻辑运算、顺序操控、定时、计算等工作，它是控制系统的关键部分，是整个控制系统的核心。当控制器运行时，先对外部信号进行采样，再执行客户程序，然后输出运算分析结果，刷新之后又持续重复这几个步骤，相应的信息会持续输入和输出，满足实时监测最新信息的需要。人机界面是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是污水厂自控系统的重要组成部分，通过人机界面可以直接传出控制命令（如启停水泵、风机等），也能够在屏幕上展现各种信号（如设备状态、水质数据、液位值等）。人机界面的后台软件采取时钟循环扫描模式，能够根据需求实时采集现场信息和数据。同时，操作人员也能够通过人机界面设置各种污水厂的处理及运行指标，以降低处理成本，提高处理效率。现场电控设备是系统的执行机构，执行上位机传达的经过控制设备运算后的指令。污水厂的现场电控设备主要包括电动阀门、风机、水泵、检测仪表等。
2、设计原则
系统配置和功能设计按“现场无人值守，中控少人操控”的原则进行，并遵循如下要求：（1）高可靠性：具有完整的自诊断功能，整个控制系统通信网络采用以太网环网拓扑结构。（2）灵活性：根据污水处理工艺流程，采用模块化设计，分层分布式结构，各个部分之间既相互独立又相互联系，扩展方便，可用性、可维护性好。（3）实时性：现场所有设备的启停、运行状态以及整个污水处理厂各工艺环节的运行参数均可由中控室实时、动态监控，滞后时间短。
3、污水处理厂自控系统设计
3.1粗格栅的控制
粗格栅清污机、压榨机由现场控制站控制。控制箱设有本地/远程操作模式，本地模式具有优先控制权。
在本地模式下，通过控制箱面板的启、停键控制粗格栅除污机、压榨机运行或停止；在远程模式下，中控人员通过输入指令（使用鼠标、键盘点击中控室的监控画面相关选项）来选择上位机控制或自动控制；上位机控制模式下，中控人员通过监控画面使用鼠标、键盘点击粗格栅除污机、压榨机启、停选项控制设备的运行或停止；自动控制下，粗格栅除污机的启、停由现场控制柜根据栅前、栅后液位差或设定时间来控制，若探测液位差超过设定值，粗格栅除污机将连续运转，同时开启压榨机，至探测液位差低于设定值，停止运行；设定时间控制下，按照程序，设备按设定时间运行、停止，循环进行。（细格栅控制与其类似）
3.2提升汞站
从某种程度来说，污水及污泥提升是污水处理不可缺少的环节，同时也是电能消耗较大的环节，从目前情况分析，选汞基本上是以通行作为参考标准，或是以最大流量为基准。针对污水处理厂而言，进水量会受到以下因素的影响：季节、作息时间等，随着这些因素的改变而发生变化，水汞全速运转时间基本上低于10%，而其他时间段基本上平稳运行状态，从某种层面来说属于能源的浪费。由此，位于提升汞位置，安设3台潜水汞，有1台是变频汞，将其与1台超声波液位计连接。自动控制模式正常作业情况下，PLC会发挥自身智能化作用，按照集水池液位调节变频汞，其转速及水汞的启动，或是停止情况，从而有效记录水汞运转。接近运转时间之后，需要有效切换水汞，避免水汞空转情况发生，在设置上安装相应的报警系统，然后自动投入运行。为了确保水汞于工况前提下，能够有效运转，发挥最大效率，减少耗电量，PLC基本上接收故障报警之后，便会做出相应的处理。
3.3鼓风机房
针对污水厂能耗而言，曝气设备是非常重要的来源，是总能耗的40%-60%。而每组反应池与2台鼓风机相对应，CAST池内设置DO测定仪，这样可以随时检测曝气池中DO浓度，然后将其数值送达至PLC站，由此算出供气量，是否出现增量或是减量，实施供气量调节，从而确保DO稳定在正常范围之内。溶解氧调节需从以下步骤着手：第一，DO低于固定值时，启动1台鼓风机，然后逐渐加大频率；第二，变频器频率最大值时，而且DO扔低于固定值时，需要启动第2台鼓风机，而上1台鼓风机工况下运行，第2台逐步加大频率，直到DO值到达固定值，反之，DO超过设定值时，降低变频器频率；而当频率降低至零时，继续变频调节。在此过程中，假设DO仍超出固定值，就必须再关闭1台鼓风机，继续变频调节，直至DO满足设定范围。除此之外，系统将会发挥自身智能作用，有效监控鼓风机运行时间，然后对比鼓风机运行时间，择优选取运行较短的鼓风机，从而促使鼓风机运行时间更为均衡，延长其使用寿命。
3.4 PLC建议
PLC设计时需考虑到今后新技术应用及污水处理厂的后期构筑物增建问题，在现场控制站预留更多的信号通道。比如某污水厂除臭系统为单独设计及建造，前期PLC系统设计时并未考虑到除臭系统的自动化控制，若要实现该处的自动化控制，需在原有现场控制站内接入除臭系统的设备及仪表信号，并将该信号传输到中控室，使运行人员能够远程操作；该厂后期增建尾水泵房，其PLC自控系统由尾水泵房的施工方负责设计安装，也存在信号输出及兼容等问题。故污水处理厂的PLC系统设计时需考虑到“增容”的需要，预留出满足需要的信号通道及新增模块的放置空位，满足污水处理厂的发展需求。
4、总结
随着社会的不断进步以及人民生活水平的不断提高，人民对于环境的要求也越来越高，国家对环境问题也愈加重视，为改善生态水环境，污水处理设施将大规模的在全国各地建设。由于污水厂环境相对恶劣，现代化控制技术显得尤为重要，污水厂采用自动化控制技术对减轻劳动强度、优化运行工艺、提高劳动效率和降低成本起着很重要的作用。污水处理自控系统将是集工业控制、自动化技术、信息技术、云计算于一体的系统，水处理工业自动化控制的智能网络化和无人操作化将成为未来发展的主导趋势。
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