污水处理厂自动化系统的分析与应用

污水处理厂自动化系统的分析与应用摘 要：随着中国城市化、工业化的加速，水资源需求缺口问题日益严重，水资源环境污染也备受关注。可持续发展战略中提出“构建资源节约型社会”，为中国水务行业明确了发展基调。但是中国的污水处理行业却仍旧处于发展阶段。因此，加快实行污水处理行业的自动化控制是绝对可行且必要的。本文概述了污水处理行业的现状、基本流程以及主要处理方法，对自动化系统在污水处理厂的应用进行了分析，最后探讨了自动化系统控制的应用价值及发展方向。关键词：污水处理；自动控制；智能控制设施 发展方向一、前言万物生存都离不开水，随着城市工业的发展，生活用水的增加，城市排出的工业废水和生活污水也在相应的增加。城市污水处理工程的建设迫在眉睫，不容忽视。可是放眼看目前我国的行业形势，污水处理运行的成本非常之高，这直接导致了现行的污水处理厂的效益普遍呈差强人意之态。自动控制是相对人工控制概念而言的，指在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。采用先进可行的自动化系统控制技术，一方面既可以优化设备，节约能耗，增强企业的竞争能力；另一方面又能够保证安全的操作，节约人力，改善人们的工作环境，提高人们的生活质量。因此，在污水处理行业中引进自动化系统控制技术，从各方面考察，都不失为有效改善污水处理厂惨淡的运营现状的可行之策。二、自动化系统在污水处理厂应用的必然性污水生物处理是高度复杂的非线性系统。而目前我国污水处理厂的设计和运行依旧停留在试验的基础上，只根据处理经验来进行控制，因此经常在结果上出现较大的误差。即使是一些高效的处理系统，也常常会因为没有实现自动化系统控制，而大大削减了其应有的功效。由此看来，实现自动化系统控制是污水处理的必然趋势。三、自动化系统基本概述目前较为成熟的控制系统一般有现场控制站、操作员站、工程师站、服务器及管理平台4个单元构成，控制系统采用开放系统和标准的通讯协议，其基本控制思想是功能与危险分散，监测与管理集中。现场控制作为控制系统的核心，主要是负责信号的采集与掌握控制策略；操作员站则是连接系统与操作员，完成人机界面的各种功能；工程师站负责配置系统，控制回路组态，下装目标运行系统到操作员站和现场控制站，服务器及管理平台则是为全套系统提供服务。四、污水处理厂自控技术应用进展1、自动化仪表在污水处理厂的现场安装应用 首先是电缆敷设时的防干扰措施。当土建完工、电缆沟和桥架已具备工作条件后，进行电缆（I/O信号电缆和通信电缆）的敷设，有效消除各种干扰是电缆敷设的关键。敷设I/O信号电缆时，信号线不与动力线平行敷设，尽量避开大的用电设备，使信号线免受强磁场干扰；对采用桥架式敷设的现场，使用双绞线或几何中心重合的电缆；信号线在电缆沟或明敷时采用穿管敷设方式；在敷设过程中尽量避开上下水、通风及工艺金属管道；在处理一次仪表接线时不使接头外露。敷设通信电缆时主要采取针对信号衰减的措施，即规划好电缆的敷设方向，使距离最短、分支器最少、电缆接头最少，并进行紧密连接；采用单总线方式，由统一的通信干线通过分支器连接，不采用呈星状放射型敷设；主控制站两边的分支点数和距离应尽可能一致；分支器应尽可能靠近控制站或操作站；网络两端应接入75n终端电阻或终端器；通信电缆与高压电缆间距至少应保证40 cm/kV，必须交叉时应垂直交叉；避免与动力线平行敷设，并尽量避开大的感性用电设备；避开高温及易受化学污染地区，不能破坏电缆的屏蔽层。 接下来是设备安装与接线，根据设备资料将现场每台电气设备、就地控制箱、控制柜和现场各传感器、变送器和执行器等一次仪表安装到位，同时将各操作站、控制站、控制柜、配备中的各板卡及附件等安装到位。敷设好的电缆进行校线后对安装到位的各类设备进行接线，包括电气设备的控制回路、主回路、自控系统的I/O信号回路、通信线路等。 最后进入系统接地，目前在污水处理厂配电网络中最常用的是中性点直接接地，按规程同时还要进行重复接地，这样能大大地消除由于各相间的不平衡负载引起的中性线上的电流和漏电流及由该电流引起的中性点电位的漂移。（1）操作站与控制站用10 mm的编织铜线汇接在一起经引下线接至接地网。（2）I/O设备本体的接地用单独引下线接至接地网。（3）通信电缆屏蔽层应在控制站或操作站的一端汇集起来接到接地网，另一端悬空。（4）对使用屏蔽电缆的I/O信号线，在控制站端将屏蔽层汇集到接地网，现场端悬空。（5）控制站中各I/O模块的接地应接至电源中性线上2、PLC PLC即可编程控制器（ Programmable logicController ），是以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC是针对传统的继电器控制系统而发展起来的，主要功能是实现开关量的逻辑控制。PLC作为一种面向现场的控制装置，它的特点是高可靠性和抗扰能力，可适应恶劣的现场环境。PLC作为一种局部的控制器，随着应用规模的扩大以及工业以太网的出现，多台PLC互连起来能够形成较大控制系统。 对污水厂来说，污水处理工艺不同，自控系统应用PLC的要求应有所不同 。一般来讲，整个污水处理厂都有总控室和多个现场控制站 ，站与站之间通过控制器层网络或信息层网络相连，然后全部连接到总控室，总控室的多台计算机、工作站和图形站都用信息层网络连接， 这样和现场控制站就构成了集中管理、分散控制、高速数据交换的工厂级自动化网络。PLC自控系统是污水处理厂的控制核心部分，合理的选型和设计，对污水处理厂能否高效、自动化的运行非常重要。3、FCS FCS即现场总线控制系统（Fieldbus ControlSystem），是目前世界上最新型的控制系统，自上世纪90年代以来 ，以迅猛的势头快速发展起来，成为自动化技术中的一个热点。FCS是将构成自动化系统的各种传感器、执行器及控制器通过现场控制网络联系起来，通过网络上的信息传输完成传统控制系统中需要硬件连接才能传递的信号，并完成各种设备的协调，实现自动化控制。目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线，主要有PROFIBUS，MODBUS，LONWORKS，FF，HART，CAN等。FCS可以说是第5代过程控制系统，是由PLC或DCS发展而来的。FCS是在传统的仪表控制系统和集散控制系统的基础上利用现场总线技术逐步发展形成的，目前仍然使用着大量的模拟仪表、PLC和DCS系统。未来的自动化控制将是以FCS为控制系统的中心 ，兼有DCSPLC系统的一种新型标准化、智能化、开放性网络化和信息化控制系统。FCS系统在污水处理厂的应用，给污水处理领域带来又一次革命开创了污水处理厂自动化系统的新纪元。4、DCS DCS 采用标 准化、模块化 和系列化 设计, 由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成的一个以通信网络为纽带的集中显示操作管理, 控制相对分散, 具有灵活配置、组态方便的计算机网络控制系统。 DCS 的特点是: 自主性, 控制独立分散;协调性, 通过通信网络共享信息, 协调各工作站;友好性, 系统软件面向工业控制、工艺、生产操作技术人员设计; 适用性、灵活性、可扩展性; 在线性; 可靠性等。5、SCADA系统 SCADA系统，即监视控制和数据采集系统（Supervision Control and Data Acquisition）， 该系统包含3部分，即上位监视层控制设备层和执行设备层它可以实时采集数据对生产现场进行本地或远程的自动控制对工艺流程进行全面实时的监控并进一步为管理层提供报表等必要的数据。污水处理SCADA系统是通过仪表控制装置和计算机等设备对污水收集处理工程进行自动检测 ，控制和管理以保证污水处理系统安全经济有效地运行，同时对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制，提高污水处理效率降低处理能耗SCADA利用远程通信构成分级计算机监控系统，实现了污水处理的本地控制和远程控制中心的集中监控与调度，对信号及时传输对无人值守的远程站实现在线遥控。五、自动化系统控制在污水处理行业中的应用价值和发展方向1 自动化系统控制的应用价值 污水处理厂实行自动化系统控制后，即可将生产过程控制与信息管理紧密地结合在一起，从而达到信息集成与决策，完善地建立起污水处理厂全面的生产数据、传输、分析、存储和管理的综合系统。自动化控制系统成功地把基于DCS的回路优化设定控制方法应用到污水处理的过程当中，从而大大地提高了污水处理的效果，并解决了污水处理过程当中，不易用数学模型来描述的长期难题。工厂中先进的检测系统也将使得全厂的生产都一目了然，大大提高了生产指挥的科学性。另外，自动化控制系统的结构设计合理、功能完善、使用过程可靠，这些都充分体现了低成本自动化的特点，完全适合目前污水处理厂综合自动化生产的需要。2 自动化系统控制的发展方向 自动控制理论到如今已有100多年的历史，现代科技与工业的突飞猛进地发展，使得自动控制系统领域的各个分支都取得了极大的进步，其对控制的精度、响应的速度及系统的稳定性与系统本身适应能力的要求也越来越高，相应的应用范围当然也更广泛。自动控制将必然走向智能控制，而智能控制将更加有效地解决污水厂自动化控制的众多难题。我们可以展望，污水处理自控系统的未来将会是融合了计算机、自动化、网络与智能为一体的高科技自动化作业。而随着网络的不断发展与完善，远程访问及管理也会日益加入水处理行业的应用中去。只有进一步加强有关自动化技术基础理论研究与神话自动化技术应用的程度，把更可靠、更标准、更先进的自动化产品应用到污水处理领域，我们才能在可持续发展的道路上走得更远。也只有抓住污水处理系统中的核心技术，并善于利用电子信息技术的发展，我们才能缩小自己与发达国家之间的差距，使人们能在更舒适、更和谐的环境中生活。6、 结语： 污水处理厂自控系统的应用，对减轻工人操作的劳动强度，减少人工操作存在的危险性，提高污水处理系统的效率以及改善污水处理系统的管理状况等方面都起到了极大的作用。但是，依然不能否认，目前我国污水处理行业的自动化控制系统在实际应用中还存在着许多亟待解决的问题，尤其是污水处理所必须面临的行业的特殊性与环境的复杂性，污水的排除方面也是必须要解决的问题。因此，我们必须加大对自动控制研究的力度，才能更好地满足污水处理自动化的需求。参考文献：1、吴晓明，孔 超.污水处理厂自动化系统的分析与应用.2010-05-26,1-42、荣丽丽，邓旭亮，刘明霞，郭桂悦.自动化控制技术在污水处理厂的应用进展2009.6,1-33、相会强，刘芬，刘雪莲.自动控制在