2026年污水处理自动化系统操作知识竞赛试题及答案

2026年污水处理自动化系统操作知识竞赛试题及答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题1分，共20分。每小题只有一个最符合题意的选项，请将正确选项的字母填入题前括号内。）（）1.在污水处理厂自动化系统中，PLC的中文全称是（）。A.可编程逻辑控制器B.分布式控制系统C.数据采集与监视控制系统D.现场总线控制系统（）2.下列哪种通信协议是污水处理厂现场总线中应用最为广泛的工业以太网协议之一（）。A.ModbusTCP/IPB.RS-232C.USB3.0D.HDMI2.1（）3.超声波液位计在测量明渠流量时，主要利用的原理是（）。A.多普勒效应B.电磁感应定律C.超声波传播时间差法（时差法）D.热扩散原理（）4.在PID控制中，若系统响应出现持续的等幅振荡，且调节阀动作频繁，最可能的原因是（）。A.比例增益过大，微分时间过长B.积分时间过长，微分时间过短C.比例增益过大，积分时间过短D.纯比例控制，无积分和微分作用（）5.关于溶解氧（DO）在线分析仪的维护，以下做法正确的是（）。A.探头长期浸泡在污水中无需清洗B.定期清洗探头并校准零点与斜率C.荧光法探头需频繁更换电解液D.测量值波动大时，只需调大滤波系数（）6.在污水处理自动化系统中，冗余配置通常是指（）。A.电源冗余与控制器冗余B.仅网络冗余C.仅I/O模块冗余D.仅上位机冗余（）7.某曝气池DO设定值为2.0mg/L，实际测量值为1.2mg/L，此时PLC输出增大鼓风机导叶开度。该控制过程属于（）。A.串级控制B.前馈控制C.反馈控制D.比值控制（）8.下列不属于污水处理厂常用在线监测仪表的是（）。A.污泥浓度计（MLSS）B.氧化还原电位计（ORP）C.氨氮在线分析仪D.便携式pH试纸（）9.在自动化系统中，模拟量输入模块（AI）接受的标准电流信号通常是（）。A.0~10mAB.4~20mAC.0~20μAD.1~5VDC（）10.对于污水处理厂的关键设备（如提升泵、鼓风机），变频器的主要作用是（）。A.仅实现软启动，降低启动电流B.仅实现过载保护C.通过调节电机转速实现节能与精确流量/风量控制D.提高电机功率因数至1.0（）11.当PLC的CPU模块上“RUN”指示灯熄灭，“ERR”指示灯闪烁，最可能的原因是（）。A.程序逻辑错误导致停机B.外部24V电源短路C.通信模块故障D.程序丢失或硬件看门狗超时（）12.在SCADA系统中，历史数据库的主要功能是（）。A.实时显示数据B.存储生产数据用于趋势分析、报表与追溯C.发送报警短信D.控制现场设备（）13.关于城镇污水处理厂出水水质的自动监测，化学需氧量（COD）在线监测仪常采用的分析方法是（）。A.重铬酸钾消解法（或等效方法）B.高锰酸钾滴定法（仅限于实验室）C.紫外分光光度法（需与COD换算）D.电极法（）14.自动化仪表中，隔离器的功能是（）。A.将输入信号放大B.将输入与输出进行电气隔离，抗干扰C.将电流信号转换为电压信号D.将数字信号转换为模拟信号（）15.污水提升泵站液位控制中，为防止水泵频繁启停，通常采用的控制方式是（）。A.单点开关控制B.上下限区间控制（滞环控制）C.连续比例控制D.纯手动控制（）16.当发现某台在线pH计的测量值长时间恒定不变，且与化验室手动测量值偏差巨大，首先应检查（）。A.是否电极头部被污泥包裹或失效B.是否PLC程序被修改C.是否上位机显示量程设置错误D.是否历史趋势记录停止（）17.在自动化网络安全中，为防止黑客入侵，污水处理厂控制系统与企业办公网之间应部署（）。A.集线器B.交换机C.防火墙/网闸D.中继器（）18.气动调节阀的“气开”与“气关”型选择，主要依据是（）。A.阀门尺寸大小B.工艺安全原则（断气时处于安全位置）C.管道材质D.介质温度（）19.在自动控制系统中，若被控变量是曝气池溶解氧浓度，操纵变量是鼓风机风量，则执行器是（）。A.DO传感器B.鼓风机的变频器或导叶执行机构C.PLC的AO模块D.曝气池（）20.关于污水处理厂自动化系统的防雷接地，以下做法错误的是（）。A.控制柜需可靠接入厂区接地网B.现场仪表信号线应采用屏蔽电缆，屏蔽层单端接地C.电源线路需安装浪涌保护器（SPD）D.现场仪表金属外壳必须与信号线屏蔽层共同接在控制柜接地排上（多点接地）二、多项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。每小题有两个或两个以上正确选项，少选得1分，多选、错选不得分。）（）21.下列属于污水处理厂自动化系统组成部分的有（）。A.现场仪表（传感器/变送器）B.执行机构（阀门、变频器）C.PLC控制站D.上位机监控系统（SCADA）E.化验室玻璃器皿（）22.关于污水处理中溶解氧（DO）控制策略，正确的有（）。A.采用DO串级控制可有效克服曝气系统大滞后B.前馈控制可根据进水水量水质提前调节风量C.鼓风机导叶与变频器组合控制可拓宽调节范围D.DO传感器安装在曝气池中任意位置均可，无需考虑代表性E.间歇曝气工艺可采用时序与DO联合控制（）23.以下属于PLC数字量输入（DI）信号的有（）。A.水泵的运行/停止状态（继电器触点）B.电气柜的故障跳闸信号C.手动/自动转换开关状态D.液位变送器的4-20mA电流E.阀门全开/全关限位开关信号（）24.造成在线氨氮监测数据异常偏高的常见原因有（）。A.水样中悬浮颗粒物干扰B.校准液过期或校准不准确C.比色池光学窗口污染D.进样管路泄漏，混入空气E.采样点位置靠近药剂投加点（）25.在污水处理自动化系统调试阶段，需完成的测试项目包括（）。A.I/O通道逐点校验（信号对点）B.PID参数整定（如临界比例度法）C.联锁保护逻辑试验（如泵阀联锁）D.上位机画面与报警功能测试E.网络冗余切换测试（）26.关于污水处理厂常用通信网络，下列说法正确的有（）。A.工业以太网具有高速、开放、兼容性好的优点B.Profibus-DP常用于PLC与远程I/O或变频器通信C.ModbusRTU是基于串行口的通信协议D.无线通信（如LoRa、4G）常用于偏远泵站的数据传输E.光纤通信仅用于管理层网络，不能用于现场控制层（）27.以下可能导致曝气池溶解氧测量值剧烈波动的因素有（）。A.探头膜片破损或电解液泄漏B.曝气池内气泡直接冲击探头表面C.进水水质水量剧烈变化D.鼓风机风量调节系统振荡E.探头信号电缆受到变频器干扰（）28.在污水处理厂进行PLC程序在线修改时，必须注意的安全事项有（）。A.修改前进行程序完整备份B.确保CPU处于STOP状态（或在支持热修改的系统中确认逻辑安全）C.通知中控室值班人员，并做好监护D.可随意修改模拟量量程，无需记录E.修改后及时打印最新程序版本存档（）29.下列属于污水处理厂自动化系统故障诊断与处理正确方法的有（）。A.利用PLC诊断缓冲区信息定位故障模块B.使用万用表检查现场信号线路的通断与绝缘C.通过上位机历史趋势对比判断仪表漂移D.将模块故障代码与手册对照分析E.故障未查明原因前，可反复断电重启强行恢复（）30.关于污水处理厂能耗优化与自动化控制，正确的观点有（）。A.精确曝气控制可显著降低鼓风机电耗B.提升泵变频恒液位控制能提高泵组效率C.自动加药系统可根据流量与水质反馈调节药量，节约药剂D.峰谷电价时段自动调整大功率设备运行计划，可降低电费E.能耗优化与控制精度无关三、判断题（本大题共10小题，每小题1分，共10分。正确的打“√”，错误的打“×”。）（）31.PLC的扫描周期是指CPU从读取输入到执行程序再到刷新输出的循环时间，扫描周期越短，控制的实时性越好。（）32.在污水处理过程中，MLSS在线监测仪通常安装在曝气池好氧段，其测量原理多为光学散射法或超声波法。（）33.当电磁流量计空管时，其测量值通常显示为零，且仪表不会发出任何报警。（）34.PID控制器中，微分作用主要用于消除稳态余差，而积分作用则用于预测误差变化趋势，加快响应。（）35.冗余电源切换时，若备用电源未接通或电压异常，系统必须发出报警提示。（）36.在自控系统中，4-20mA信号对应量程的下限和上限，若信号为12mA，则对应量程的50%。（）37.污水处理厂中控室操作员站必须具有最高的操作权限，可以任意修改所有PLC程序，无需授权。（）38.对于调节阀而言，气动薄膜执行机构配上电气阀门定位器后，可以实现输入电流信号与阀门开度的一一对应关系。（）39.为了数据安全，操作站的历史数据备份周期可以设置为每天、每周或每月，但严禁将数据备份到移动存储介质。（）40.在自动化系统中，UPS（不间断电源）仅用于断电时为计算机供电，对PLC控制柜无任何必要。四、填空题（本大题共10空，每空1分，共10分。请将正确答案写在横线上。）41.在污水处理自动化系统中，PLC的CPU模块上常见的三种工作状态开关（或指示）分别为：RUN、STOP和________。42.一个典型的反馈控制系统由被控对象、________、执行器和调节阀（或变频器）四大部分组成。43.在线溶解氧测定仪按测量原理主要分为电流测定法（极谱法）和________法两大类，后者无需消耗电解液，维护量小。44.为保证模拟量信号传输的准确性，信号电缆通常采用________电缆，并采用单端接地方式抗干扰。45.在自动控制系统中，通常将衡量系统稳定性的重要指标定义为过渡过程的衰减比，一般希望系统的衰减比为________。46.污水处理厂常采用________控制方式来实现多台泵的均衡运行与流量调节，即根据液位高低自动增减运行泵的台数。47.在PLC梯形图中，________指令用于在条件满足时接通或断开输出负载，是程序中最基本的输出指令。48.进行PID参数整定的工程方法中，最常用的是________法（临界比例度法）和衰减曲线法。49.当PLC检测到模拟量输入信号低于4mA（如断线）时，上位机报警画面应显示“________”或“BAD”状态，以区别于正常低值。50.污水处理自动化系统远程通信中，用于将现场RTU或PLC数据通过公共网络传输至中心机房的设备通常称为________。五、简答题（本大题共4小题，每小题5分，共20分。）51.简述污水处理厂自动化系统中，PLC控制站的主要硬件组成及其各自作用。52.某污水处理厂曝气池采用DO串级控制系统，其中主参数为DO浓度，副参数为鼓风机风量。请说明该串级控制系统的结构，并分析其相对于单回路DO控制的优点。53.在污水处理厂自控系统验收时，需对在线仪表（如COD、氨氮、SS、DO等）进行比对测试。请简述比对测试的基本步骤与合格判定标准（可用文字描述）。54.简述污水处理厂自动化系统的日常维护内容（至少列举5项），并说明预防性维护的重要性。六、应用题（本大题共3小题，共20分。要求写出必要的计算过程或分析步骤。）55.（计算题，6分）某污水处理厂提升泵站安装有超声波液位计，量程为0~8米，输出信号为4-20mA。中控室PLC模拟量输入模块将4-20mA对应转换为0~27648（16位整数）。现PLC读取到的整数值为13824，请计算：（1）当前液位对应的电流值（mA）；（3分）（2）当前水池液位实际高度（米）。（3分）56.（分析题，7分）某污水处理厂采用AAO工艺，自控系统投运后，发现出水总氮（TN）时有超标。通过查阅历史趋势，发现缺氧池ORP值长期偏高（大于+50mV），且内回流泵变频器频率恒定不变。请结合自动化控制原理，分析可能导致TN去除效果差的原因，并提出至少三项基于自动化系统的优化控制措施。57.（综合题，7分）某污水处理厂鼓风机房有3台鼓风机（2用1备），每台风机额定风量为100m³/min，采用变频调速控制。曝气池溶解氧设定值为2.0mg/L。夏季进水水量增大，曝气池需风量达到220m³/min，当前运行的两台风机频率均已达50Hz（工频），但DO值仍持续下降至1.2mg/L。（1）请分析DO无法维持设定值的原因。（3分）（2）若要满足当前需风量并稳定DO，请提出基于自动化系统的解决方案（需考虑设备配置与控制逻辑）。（4分）试题答案及解析一、单项选择题1.A。解析：PLC是ProgrammableLogicController的缩写，即可编程逻辑控制器，是工业自动化核心控制器件。2.A。解析：ModbusTCP/IP基于工业以太网，应用极为广泛，是污水处理厂常用通信协议。RS-232/HDMI/USB均非工业现场总线主流协议。3.C。解析：超声波明渠流量计通常利用超声波测量液位，再结合堰槽（如巴歇尔槽）的液位-流量公式计算流量；其测量液位利用的是超声波发射与接收的时间差原理，故选项C描述最准确。4.C。解析：比例增益过大会导致系统振荡；积分时间过短（积分作用过强）也会加剧振荡，使系统持续等幅振荡且调节阀频繁动作。5.B。解析：DO探头需定期清洗（防止生物附着），并定期进行零点（通常用无水亚硫酸钠溶液）和斜率（空气饱和水）校准。6.A。解析：冗余配置中最常见的是电源冗余（双电源）和控制器冗余（双CPU），以保证核心部件故障时系统仍能运行。7.C。解析：检测DO实际值（反馈量），与设定值比较，根据偏差调节鼓风机，形成闭环反馈控制。8.D。解析：便携式pH试纸属于人工化验耗材，不属于在线监测仪表。9.B。解析：标准模拟量电流信号为4-20mA，广泛应用于工业自动化仪表。10.C。解析：变频器通过改变电源频率调节电机转速，实现节能及精确的流量/风量控制；软启动只是其功能之一。11.D。解析：RUN灯灭且ERR灯闪烁常指示CPU处于STOP状态，原因可能是程序错误、硬件故障或看门狗超时。12.B。解析：历史数据库主要存储长期生产数据，用于趋势分析、报表生成及事故追溯。13.A。解析：COD在线监测仪普遍采用高温/重铬酸钾消解法（国标等效方法）。14.B。解析：信号隔离器的主要功能是电气隔离，切断干扰路径，同时可进行信号转换。15.B。解析：采用上下限滞环控制（如液位高于4.5m启动，低于1.5m停止）可防止水泵频繁启停。16.A。解析：pH计测量值恒定不变且与化验室偏差大，最常见原因是电极被污染、失效或损坏。17.C。解析：防火墙或网闸是保护工业控制网络安全边界的重要设备，防止外部非法访问。18.B。解析：气开/气关型选择依据故障安全原则，确保气源中断时阀门处于对工艺安全的有利位置。19.B。解析：执行器是接受控制信号并动作的装置，此处为变频器（改变风机转速）或导叶执行机构。20.D。解析：信号线屏蔽层应单端接地（通常控制室侧），严禁与现场仪表外壳共同构成多点接地回路，以防地环流干扰。二、多项选择题21.ABCD。解析：化验室玻璃器皿不属于自动化系统组成部分。22.ABCE。解析：DO传感器安装位置必须具有代表性（如曝气池中上游、避开死角），不能任意安装。23.ABCE。解析：液位变送器的4-20mA信号属于模拟量信号，不属于数字量输入。24.ABCDE。解析：悬浮物、校准问题、光学窗口污染、管路漏气、采样位置不佳均可能导致氨氮数据偏高。25.ABCDE。解析：I/O对点、PID整定、联锁试验、画面测试、冗余切换均为调试必备内容。26.ABCD。解析：光纤通信常用于现场控制层（如PLC之间）以及管理层，E项错误。27.ABCDE。解析：探头破损、气泡冲击、进水波动、风量振荡、变频器干扰均会导致DO波动。28.ABCE。解析：在线修改必须谨慎，不能随意修改参数，必须记录并归档。29.ABCD。解析：故障未查明原因时反复断电重启可能加重故障，不是正确方法。30.ABCD。解析：能耗优化与控制精度密切相关，高精度控制才能实现节能，E错误。三、判断题31.√。解析：扫描周期越短，对输入的响应越快，实时性越好。32.√。解析：MLSS常用光学散射法测量，超声波法也有应用。33.×。解析：电磁流量计空管时通常有报警（如空管报警），且测量值可能显示为零或异常，并非不会报警。34.×。解析：积分作用消除稳态余差；微分作用预测误差变化趋势，超前调节。35.√。解析：冗余电源切换异常必须报警，提示维护。36.√。解析：(12-4)/(20-4)×100%=50%。37.×。解析：操作员站权限低于工程师站，修改PLC程序需授权并进行安全措施，严禁任意修改。38.√。解析：阀门定位器将电信号转换为气信号，并反馈阀位，实现精确线性定位。39.×。解析：可以使用移动存储介质，但需采取防病毒、加密等安全措施，严禁使用未授权的介质。40.×。解析：UPS为PLC、仪表、工作站等提供不间断电源，防止数据丢失和程序损坏，极为必要。四、填空题41.REMOTE（或远程状态，部分PLC为LOCAL/REMOTE，可填写“REMOTE”或“远程”）42.控制器（或调节器）43.荧光猝灭（或光学）44.屏蔽45.4:1（或4：1~10:1之间，通常认为4:1）46.泵组轮换/增减泵（或“顺序控制”、“液位控制”）47.输出（或OUT）48.临界比例度49.断线（或故障）50.数传电台/无线传输终端（或DTU/RTU，或工业路由器）五、简答题51.答：PLC控制站主要硬件组成及作用如下：（1）电源模块：为CPU、I/O模块提供稳定的工作电源（如24VDC），部分支持冗余供电。（2）CPU模块：执行用户程序，进行逻辑运算、数据处理与通信管理，是控制站的核心。（3）通信模块：用于PLC与远程I/O、变频器、上位机或其他PLC之间的数据交换（如以太网模块、Profibus模块）。（4）数字量输入/输出模块（DI/DO）：接收按钮、开关、继电器触点等开关量信号，输出控制接触器、指示灯等设备。（5）模拟量输入/输出模块（AI/AO）：接收4-20mA、热电偶等模拟信号，输出4-20mA控制信号给变频器、调节阀等。（6）机架/底板：用于安装和固定各模块，并提供内部通信总线。52.答：串级控制结构：主回路为DO控制器（主控制器），其输出作为副回路的设定值；副回路为风量控制器（副控制器），其输出直接控制鼓风机（导叶或变频器）。DO测量值为主被控变量，风量测量值为副被控变量。优点：（1）能迅速克服进入副回路的扰动（如电网电压波动、管路阻力变化引起风量波动），无需等DO变化即可被副回路快速调节，改善控制品质。（2）主控制器只负责校正DO偏差，副回路对风量实现精确控制，可有效克服曝气系统的大滞后特性，提高DO控制的稳定性与响应速度。（3）副回路的存在降低了系统非线性影响，使整个系统工作更平稳，适应负荷变化能力增强。53.答：比对测试基本步骤：（1）确定比对标准：以国标实验室分析方法（如重铬酸钾法测COD、纳氏试剂分光光度法测氨氮）为基准，采样频率（如每2小时一次）、采样点需保持一致。（2）现场采样：在在线监测仪取样点同步采集水样，一份送化验室分析，一份用于在线仪器比对（需注意采样同时记录在线仪器读数）。（3）实验室分析：化验室采用标准方法测定水样浓度。（4）结果计算：计算在线仪器读数与实验室分析值的绝对误差、相对误差或相关系数。（5）合格判定标准：通常要求相对误差不超过±10%~±30%（视具体指标及当地环保要求，如COD相对误差不超过±15%，氨氮不超过±20%），或绝对误差在允许范围内（如COD<30mg/L时，绝对误差不超过±5mg/L），且线性相关系数满足要求。（6）比对记录：将比对结果记录归档，对超差仪表进行校准或检修后重新比对。54.答：日常维护内容：（1）定期巡检现场仪表（DO、pH、MLSS、液位计等），检查探头污染、腐蚀、电缆破损情况，并按需清洗与校准。（2）检查执行机构（调节阀、变频器、电动阀）的机械部件是否灵活，有无卡涩、漏气、异响，并进行必要的润滑与限位调整。（3）检查控制柜内环境（温度、湿度、灰尘），检查风扇、UPS状态，定期更换滤网。（4）定期备份PLC程序、组态数据及历史数据库，并进行数据完整性检查。（5）检查通信网络状态（光纤、交换机、无线设备），观察通信质量与误码率，必要时更换或重启设备。（6）模拟量信号回路定期校验（如每年一次），确保4-20mA信号准确。（7）检查防雷接地系统，确保接地电阻合格（如小于4Ω），浪涌保护器完好。预防性维护重要性：通过定期检查与维护，可提前发现设备隐患，避免突发故障导致的工艺波动或非计划停机，延长设备寿命，降低维修成本，保障自动化系统长期稳定可靠运行。六、应用题55.解：（1）已知PLC将4-20mA转换为0~27648。当前读数为13824。电流范围：20-4=16mA，对应数字量范围：27648-0=27648。电流值：I=4+13824（2）液位范围：0~8m。当前电流12mA对应量程的50%。液位H=0+12-4答：当前电流为12mA，实际液位为4米。56.答：可能原因分析：（1）缺氧池ORP偏高表明缺氧池溶解氧（DO）过高或氧化还原环境过强，反硝化菌受到抑制，无法有效利用碳源进行反硝化。（2）内回流泵频率恒定，当进水水量水质波动时，无法根据缺氧池实际需求调节内回流量，导致回流污泥/混合液中的硝酸盐氮与碳源接触不充分，反硝化效率低。（3）可能原因还包括：碳源投加不足（未实现自动碳源投加控制）、曝气池DO控制过高导致过量溶解氧通过内回流进入缺氧池、搅拌器搅拌强度不足或死角等。优化控制