城市居民生活污水处理自动控制系统的研究与应用

摘要

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，各城市每天产生大量的生活生产污水且有很大一部分不经处理便直接排放，造成了严重的水污染及水资源的浪费。而我国又是一个严重缺水的国家，水污染治理的相对滞后又加剧了水资源的短缺，这样的恶性循环使水资源的供需矛盾越来越大。因此，对城市污水进行处理、对处理后的中水再利用受到了人们的广泛关注。尤其“九五”以来，国家及各地政府均对城市污水处理设施建设给予重点支持，我国的污水处理事业得到快速发展。
　　 但是由于我国污水处理事业起步较晚，工艺不适宜、设备落后、控制系统老化、自动化程度低等问题广泛存在。因此应该建立与我国国情相适应的处理效果好、自动化程度高的污水处理厂。本文以某县城污水处理厂为例，介绍了适用于中小型污水处理厂的自动控制系统的设计方案。
　　 本文针对以三沟式氧化沟为核心的污水处理工艺的特点，采用由工控机(IPC)与可编程控制器(PLC)组成的自动控制系统，实现了对污水处理全过程的自动控制。
　　 该控制系统采用“集中管理、分散控制”的分布式结构，将整个系统按参与生产程度级别划分为三级：管理级、控制级和现场级。
　　 管理级设于中央控制室。在中央控制室的工控机上用组态王开发监控系统，实现对整个生产过程的集中监测和远程控制。用户可以通过监控画面实时了解污水处理现场的设备运行状态、所需参数值及现场设备是否有报警、故障等信息。同时，用户还可以在上位机上查询并打印历史数据、报警信息等。
　　 控制级即现场控制站，实现对整个生产过程中设备的自动控制、对现场数据进行采集、与上位机之间进行通信等功能。该系统根据污水处理工艺流程及现场分布情况设置了3个现场控制站，各站之间及各站与上位机之间均通过以太网相连接，实现了上、下位机及站与站之间的数据交换。
　　 现场控制站均采用西门子S7-300 系列PLC 作为现场控制及数据采集单元，通过现场的流量计、液位计等仪表对污水的流量、液位、溶解氧浓度等变量进行数据采集，并根据工艺要求对格栅机、污水提升泵、转刷、电动出水堰门、污泥泵等现场设备进行控制。由于污水处理过程是一个受外部干扰影响大、时变、非线性的复杂系统，不能对其建立精确的数学模型，针对这些特征，本文提出了对氧化沟内设备及溶解氧浓度的控制采用时间顺序控制与专家控制系统相结合的控制方式。
　　 该自动控制系统硬件配置简洁、组网方便、易于开发实现、可靠性高且性价比高。在保证出水水质达标的同时也降低了能耗、节约了人力物力、提高了工作效率，达到了预期的控制目的。