污水处理厂自动化控制系统构成及主要功能

一、系统构成

　　1）控制装置构成。根据A2O污水处理的工艺流程、自控设计蓝图、设备I/O点数布置，PLC系统分六个控制站及两个远程I/O站。六个控制站为配电房控制室PLC1#站，风机房控制室PLC2#站，A2O生化池2-1#远程I/O站，二沉池2-2#远程I/O站，与设备配套的脱水机房加药系统PLC工作站，两个脱水机PLC工作站及紫外线消毒PLC工作站。自控系统主要由各检测仪表、各PLC控制站和中控室上位监控计算机操作站组成， 现场控制站和上位机通过光纤以太网相连，与设备配套的PLC控制站采用MODUBUS通讯方式与PLC2#站通讯，并由PLC2#控制站将加药系统，脱水机系统，紫外线消毒系统等三个PLC站的控制设备的运行状态及数据传送到上位计算机。

　　自动检测装置包括变频器、进出水流量计、风管风量计、pH仪、溶解氧仪（DO）、化学需氧量仪（COD）、污泥浓度仪（SS）及超声波液位计和液位差计等八类自动检测仪表，除各流量计的累计流量输出信号为脉冲外，其余仪表测量数据的输出信号均为模拟量4～20mA。

　　2）设备构成。受控设备包括进水提升泵，粗、细格栅、吸砂行车，砂水分离器、搅拌器、推流器、刮吸泥机、电动闸门，罗茨风机、脱水机等40多台设备，除进水提升泵，曝气罗茨风机输出状态为开关量及模拟量（控制频率）外，其余设备的输出状态信号为开关量。脱水间自动加药系统、脱水机系统、紫外线消毒系统、恒压供水系统在上位计算机只能监视其状态，控制操作需在现场PLC控制站中的触摸屏上进行，其余设备可在计算机进行控制。

污水处理厂典型工艺流程图

二、系统功能

1、系统工作原理

　　现场仪表对生产中各个参数自动、连续地进行检测，同时将信号传送给现场PLC，现场PLC通过计算后得出的数值在上位机的监控软件相应的画面和报表中显示出来；PLC和上位计算机监控软件中设定的工艺参数进行比较，自动地调节某台设备的工况（运行频率，启动或停止），也可手动对某台设备进行控制，从而满足生产的需要。

2、 自动控制过程

　　1）PLC1#站。PLC1#站主要控制进水提升泵房及粗细格栅系统设备。主要监测数据为提升泵运行电流、频率，进水泵房超声波液位，粗格栅超声波液位差及储泥池超声波液位。监控设备为：粗格栅、进水提升泵、细格栅，吸砂行车，砂水分离器，储泥池推流搅拌机。本站实现以下主要功能：根据进水泵房液位控制提升泵的启停，粗格栅前后液位差或时间周期控制格栅机的启停，粗格栅螺旋输送机与格栅机联动；根据液位控制提升泵的启停台数，按照运行时间，先开先停某台水泵；根据液位差或时间周期控制细格栅机的启停，细格栅螺旋输送机与细格栅机联动；实现砂水分离器和吸砂行车系统的联动运行。

　　2）PLC2#站。PLC2#站控制系统由PLC2柜，2-1#远程I/O柜，2-2#远程I/O柜组成。PLC2柜监控对象主要为曝气罗茨风机，主要检测信号为曝气罗茨风机运行电流，频率，风管压力，风管瞬时流量及累计流量，进水瞬时流量及累计流量。2-1#远程I/O柜监控对象为生化池12台搅拌机，6台内回流污泥泵，除臭系统；检测信号主要有生化池DO（溶解氧）、SS（浊度）。2-2#监控对象为二沉池两台刮吸泥机，二沉池配水井的两台外回流污泥泵，两台剩余污泥泵，及两台电动闸门，主要检测信号为出水COD，出水瞬时流量及累计流量，出水pH。本站实现以下主要功能：根据好氧池上的DO仪检测值，通过控制风机变频器的运行频率，实现对好氧区域DO的调节，达到最佳处理效果；DO的设定值可人工任意设定，控制范围在设定值的上下区间内；远程控制搅拌器、外回流污泥泵，剩余污泥泵，刮吸泥机等设备；采集各个设备状态及仪表信号。

　　3）加药系统PLC控制站。脱水机房自动加药系统，管理和控制污泥处理的加药系统设备。

　　4）脱水机PLC控制站。两套脱水机PLC柜分别控制两套脱水机设备。根据工艺要求控制泥切割机，进泥螺杆泵，脱水机。

　　5）紫外线消毒系统PLC控制站及恒压供水控制站。紫外线消毒系统采用紫外线灯对出水进行消毒，PLC柜为设备配套提供。二沉池上清液经出水管进入紫外线消毒系统消毒后大部分排出，小部分由恒压供水系统将水输送回厂区进行回用。

三、控制模式

　　粗格栅、细格栅、吸砂行车、提升泵、搅拌器、推流器、曝气罗茨风机、回流泵、刮吸泥机等设备的控制模式均分就地控制和远程控制两种模式：就地控制由现场设备控制柜对设备进行操作；远程控制是由操作员通过中控室上位机操作界面控制设备的启停；下面主要谈谈远程自动控制模式。

　　1）粗、细格栅。粗格栅、细格栅前后各安装了1套超声波液位差计，通过格栅前后的液位差来反映格栅阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，则启动格栅机，清除垃圾，保障正常过水，且合理的减少了设备磨损。粗、细格栅还可根据设定的启停时间间隔自动控制格栅的启停。

　　2）吸砂行车系统。细格栅后一道工序--沉砂池吸砂行车系统及砂水分离器则根据设定的运行周期（如每隔0.5h启动1次）自动控制开机。

　　3）水下搅拌机。各水下搅拌器在操作画面中如设定为“自动”运行状态后将连续运行，除非故障或手动停机。

　　4）提升泵。集水池共设置3台提升泵，两台变频，一台工频。根据提升泵房的液位值，为实现进水提升泵的自动控制，粗格栅机前后的超声波液位差计，采集集水池的液位信号，实时传输到PLC控制器及上位机，进行系统分析，与预设值进行比较，自动判断决定启动泵的类型和台数。

　　5）罗茨风机。风机房一期共安装两台220kW曝气罗茨风机，PLC根据生化池内DO反馈值与设定值比较，并根据偏差和变化趋势调节风机变频器的频率及控制风机的启动台数，使DO保持在给定值。系统设置了罗茨风机超压力保护。

　　6）回流泵。内外回流泵在操作画面中如设定为“自动”运行状态后将连续运行，除非故障或手动停机。系统设置了低液位保护，液位过低系统将强制所有的泵停机并报警。

　　7）进出水流量。进水泵房每台提升泵至细格栅之间的直管段各安装一台电磁流量计传感器，共安装三台电磁流量计传感器；每台变送器显示相应提升泵提升污水的瞬时流量，累计流量。瞬时流量之4-20mA信号，累计流量之脉冲信号传送至鼓风机房PLC中。出水流量计安装于出水流量计井，流量信号传送至2-2#PLC控制站。进出水流量信号再通过光纤以太网传送至中控制室电脑，在监控画面及报表系统中显示。

　　8）二沉池刮吸泥机。从2座好氧池出来的污水都进入二沉池配水井，并通过二沉池配水井将污水均匀流至2个二沉池；二沉池采用中心进水、周边出水辐流式沉淀池，每池设1台全桥式周边刮泥机。由于比重不同，在二沉池中停留一段时间的泥水混合物即进行分离，上清液经出水管道进入紫外线消毒池消毒后作为出水排放或由恒压供水泵提取作为回用水。刮泥机把泥刮向池中心，流向污泥泵房，污泥泵房泥水混合液一部分通过外回流污泥泵回流至生化池；一部分通过剩余污泥泵输送到储泥池，之后储泥池内泥水混合物由污泥螺杆泵抽至脱水机房进行压滤脱水处理。

四、故障与报警

　　系统拥有完备的参数保护和报警功能，设备出现故障，如：泵的低液位停机保护、设备过载保护，参数的超出高低限报警等。当发生报警时上位机画面中会自动弹出一个报警提示窗口，在该窗口中显示了发生报警的设备名称和报警状态。点击“确认”或者“总确认”按钮，再点击关闭按钮才能正确关闭该报警。

五、维护与保养

　　每天应定时巡查，查看设备的运行是否正常，听设备的运转声音是否正常，如发现异常，为确保设备不被损坏应及时停机并通知专业人员进行维修，部分设备需注意适时加油。

　　自动检测仪表故障报警主要是由于被测参数超出测量范围或仪表本身误差累积造成测量值偏离真实值过多而报警。对于一些精密仪表、探头而言，污水厂的工作环境是比较恶劣的。因此，对它们必须定期维护与保养。

　　1）保持自动化检测仪表传感器的清洁。由专人定期清洗探头，保证数据采集准确性。特别是DO，SS，pH仪等直接与污水接触的分析仪表，必须定期由专人清洗，每一个月清洗1次，保证仪表的正常工作；清洗时要求使用柔软的材料，以免损坏仪表。

　　2）定期校正各种仪表。仪表在长期运行过程中难免会产生测量误差，为了保证仪表测量的准确性，对分析仪表需每月定期校正1次；而且要求水质化验技术人员利用化验室仪器检测相应的项目，并与现场仪表测量结果比较，如果偏差太大，那么应适时对仪表进行校正，确保仪表测量数据准确。