污水处理厂自动化系统

第一篇：污水处理厂自动化系统

污水处理厂自动化控制系统

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摘 要主要介绍了佛山三山污水处理厂污水处理自控系统其构成、功能、控制模式、故障与报警、运行与维护等，并结合实践经验，总结了自动化在线仪表的日常维护保养问题。

关键词污水处理厂;在线仪表;自控系统;PLC控制

中图分类号X703文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)012-0109-01

三山污水处理厂位于佛山南海市三山港镇，营顺油库对面。该工程规划总规模5万m3/d，分两期建设，一期工程设计污水处理能力2..5万m3/d，

采用了A2O(厌氧 缺氧 好氧)工艺。一期工程于2009年7月进入调试期。该工程自动化程度较高，多数设备运行及数据监测可由计算机自动控制。自动控制系统调试完成并投入运行后，运营、管理效果良好。下面就该系统构成、功能、控制模式、故障与报警、运行与维护等作一粗浅介绍。

1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#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，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)，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。

2系统功能

2.1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。

2.2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输送回厂区进行回用。

3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)二沉池刮吸泥桥。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。

4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。

5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由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。

第二篇：污水处理厂自动化控制系统的应用

摘 要：本文主要介绍了目前污水处理厂的自动化控制系统的构成，以及怎样利用PLC系统和通信网络实现自动化控制。然后以沥滘污水处理厂二期工程的自动化系统为例，阐述了污水处理厂自动化系统的应用，最后总结了该自动化系统的特点。

关键词：污水处理厂;PLC;自动化控制系统

Application of Automation Control System in Sewage

Treatment Plant

Abstract: This paper mainly introduces the automation system structure,and how to utilize PLC and communication network to achieve automation control in sewage treatment plant.And then take the second phase of LIJIAO Sewage Treatment Plant as an example, to illustrate the application of automation system.The final part of this paper summarizes the characteristics of this automation system. Key words: Sewage Treatment; PLC; Automation Control System

0 引言

微电子、通信、计算机技术的发展大大提高了水处理控制系统的信息化和智能化程度，PLC以其卓越的可靠性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为水处理自动化系统的核心控制器，其与开放的网络通信系统一起，共同推动着水处理自动化系统的发展。

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[1]。

1 系统构成

监控系统通讯网络和PLC是污水处理自动化系统的核心组成部分，根据污水处理自动化本身的特点和监控需求选择合适的PLC及通讯网络是保证污水处理自动化系统性能的重要因素。

1.1 通信网络

对于污水处理自动化系统，按照系统结构的划分一般把监控系统划分为信息层、控制层和设备层。

第一层为信息层，主要负责大量信息及不同厂家不同设备之间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络，世界各大PLC生产厂商均支持工业以太网，如施奈德支持的Modbus-TCP/IP以及西门子支持的ProfiNet等。

第二层为控制层，主要采用现场总线组成隧道区域控制器网络，其特点是由于采用了标准总线组网，既能满足实时通信的要求，又具有开放协议的标准接口，能在总线上方便的挂接各种外场设备，有利于监控系统的扩展。目前，在污水处理厂自动化系统中应用的现场总线主要有ControllerLink、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus。

第三层为设备层，这一层用于PLC与现场设备、远程I/O端子及现场仪表之间的通讯，它们有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等。

1.2 PLC的选择

PLC作为核心控制器，其必须具备以下几大功能特点：

(1)本身必须稳定可靠，具有较高的故障保护能力;

(2)控制分站本地控制器可以独立承担控制分区的基本控制任务，即使监控站或者监控中心因故障停止运行，相邻区域的控制器也能交换数据信息;

(3)当某控制站的控制量出现变化时，可按预定方案和程序采取相应的算法，对相关区域的控制对象，比如泵或者加药系统等做出相应的调整。因此，它必须有数据采集存储处理功能;

(4)通信功能、容错功能、自动诊断功能和本地操作功能(即能带触摸屏)。

1.3 监控分中心及上位监控软件

监控分中心一般将设置多台SCADA工作站(工控机)。分别用于水厂调度系统、加药间(加氯间)、送水泵房等监控，完成污水厂内各种设备的状态显示、自动控制、半自动控制、分析报表等工作。同时，监控分中心还将设置了多台服务器，为其它计算机提供支援和与监控总中心进行通信。

2 应用案例

下面以沥滘污水处理厂二期工程为例，具体说明污水处理厂自动控制系统的组成

图2-1 沥滘自动控制系统拓扑图

2.1 总体结构

本自动控制系统以标准的、开放的工业以太网作为系统主干网络，配以高性能、高可靠性的现场控制站组成，中间节点采用工业以太网冗余交换机，构成了自控系统的光纤冗余环状网络结构。PLC站采用Siemens S7系列的产品，上位软件采用Win CC 6.0组态软件，仪表系统以日本HACH、美国GLI品牌为主。 采用这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作、管理和优化;同时，也使得控制危险分散，提高系统可靠性。

2.2 PLC控制站

PLC现场控制站用于现场各车间数据采集与控制，采用s7-300/400系列PLC，并配有UPS电源。每个控制站的PLC将监测和控制有关区域的所有设备和过程，并且通过TCPIP以太光纤环网与监控计算机相连，中控室能够观察到厂内重要设备的运行状态和工艺参数，完成对现场设备的操作与控制、参数的设置和修改。

沥滘二期工程全厂共设立了7个PLC分站：

PLC1：预处理系统分控站，监控提升泵、粗格栅、细格栅、沉砂池等设备的运行状况和各种液位、进水流量等参数。

PLC2：初雨沉淀池分控站，监控搅拌机、刮泥机、加药泵等设备的运行状况和各种液位、加药流量等参数。

PLC3：3#生化池分控站，监控3#生化池中的搅拌机、污泥回流泵等设备的运行状况和溶解氧DO、污泥浓度MLSS等参数。

PLC4：4#生化池分控站，监控4#生化池中的搅拌机、污泥回流泵等设备的运行状况和溶解氧DO、污泥浓度MLSS等参数。

PLC5：二沉池和鼓风机分控站，监控刮泥机和鼓风机的运行状况。 PLC6：消毒池分控站，监控消毒池中的二氧化氯发生器、进出水闸门、轴流风机等设备的运行状况和出水流量、出水COD、出水TP等参数。 PLC7：脱水车间分控站，监控脱水车间中的污泥脱水机、泥泵等设备的运行状况和污泥流量、上清液MLSS等参数。

2.3 上位监控系统

上位监控系统是指在厂区的中心控制室对全厂的设备和工艺运行情况进行监控，它是通过通讯系统采集到系统内各个站点的设备工作状态和各种与调度、控制有关的工艺参数，根据整个系统的运转情况，进行统一调配、控制。上位监控系统包括监控计算机、上位监控软件、模拟屏、电视墙、网络通讯系统、不间断电源等。

我厂上位软件采用WinCC6.0组态软件，该软件采用基于WEB浏览器的人机界面和监控SCADA软件，便于通过Internet远程访问。

上位监控系统主要功能： (1)全厂数据的采集; (2)全厂设备的优化调度; (3)报警处理和记录; (4)事故记录;

(5)数据存贮和数据库管理;

(6)工艺流程、实时参数、趋势图及故障显示; (7)报表生成。

2.4 仪表系统

仪表系统是对物质的成分及物理特性等进行分析和测量的仪表，是现代工业生产过程中进行自动监测和自动控制，以达到优质高产、节能降耗以及保证安全生产和保护环境的目的。自动分析仪表是污水处理系统中对一些复杂化学成分进行检测的常用仪表。沥滘厂采用的仪表以日本HACH、美国GLI品牌为主，主要包括：超声波液位计、明渠流量计、溶解氧检测仪、污泥浓度计、氨氮检测仪、COD检测仪等。

2.5 系统特点

(1)高可靠与高稳定性：环形冗余以太网，保证了单一点的链路中断不会造成网络通讯的中断;而控制器网络能在PLC或上位工控机之间建立灵活方便的传送和接收大量数据的工厂自动控制网络。下列技术与工程措施，也确保了系统的长期稳定可靠性：整个系统选用符合工业级标准的成熟定型产品;PLC模块具有自诊断(检错)与容错功能;PLC控制柜内具有完善的抗干扰及防雷等技术措施;中控室及现地控制站设备均具备UPS电源功能;即使在上位机发生故障或通信中断时，现地控制站亦可以在手动模式下独立完成基本局部控制;

(2)高扩展性：工业以太网具有向下兼容性。对于双绞线或光纤介质，如果将传输速度从10Mbps提升到100Mbps，在大多数场合不需要改变现有的布线，只需更新网络设备即可。

(3)开放性：系统对用户是开放的。设备的增减、控制方案的选取、系统的扩缩与维护等，用户都可以在广泛的设备环境下便利地自己完成。所有硬件接口，软件协议全部按开放性的标准设计、编制。此外西门子串行口的协议宏功能，使得开发方不需要编写专门的通信程序与第三方设备进行通信，原则上西门子PLC能和任何带RS-232C，RS-422或RS-485接口的设备进行通信。

(4)操作的实用性：组太软件和编程软件都是全中文界面，丰富的图画功能，使用户清晰的了解污水处理厂各工段的运行情况，故障报警点的分支细节，使操作员仅通过鼠标便可发布各种指令或换画面;用户还可通过上位机的网络访问网络内任一节点的数据。

3 结语

沥滘厂二期的自动化系统是目前最先进的、适用于大多数污水处理厂及其它工业领域的自控系统方案，性价比非常高。其以高可靠与高稳定性、高扩展性、开放性、操作的实用性保障了厂内设施的自动化运行和实时监测要求，对确保正常生产运行发挥了巨大作用。

为了更好地利用这个系统，有很多相关工作可以做：一方面相关人员要做好对系统的维护，另一方面，可以通过技术改造，利用PLC的I/O的剩余空间，把更多厂内的信息反馈到上位监控系统;再者，可以把现有的开环控制部分，结合设备的情况，通过编程改为闭环控制，从而减低人手控制的滞后性，增加生产效益。

参考文献

[1]乔丛等，关于国内污水处理及CASS工艺自动控制技术的初步探讨，仪器仪表标准化与计量，2007.3

第三篇：怀柔污水处理厂自动化控制系统改造方案(北京金控)

北京金控自动化技术有限公司

北京市怀柔污水处理厂自动控制系统改造方案

一、概述

怀柔区污水处理厂

一、二期共计日处理量5万吨，再生水处理量5万吨，污水处理工艺采用A/A/O工艺，再生水处理采用某公司的MBR膜工艺，整体工艺运行良好。由于历史原因，污水处理自控系统与再生水处理自控系统独立运行，互不影响，但系统结构不完善，数据采集不全面，给用户的使用带来一些不便，本次系统改造即是针对系统中存在的问题进行改造。

二、实际情况分析

1、污水处理系统 1.1简介

污水处理自控系统(以下称“污水系统”)由某公司负责集成，主要采用施耐德品牌的设备，PLC采用Primium系列，共7个PLC分站，通讯方式采用总线通讯，上位软件采用AB公司的RSView组态软件，I/O点数约2000点，原系统结构图如下：

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1.2系统存在的问题

(1)通讯方式落后

由于污水系统建立较早，采用了较早的CANopen总线通讯方式。该方式相比于施耐德公司MODBUS TCP/IP以太网方式具有通讯速度慢、可靠性低、拓扑结构落后等缺点。特别需要注意的是，作为总线通讯的主干线路，如果发生断路，则该断点之后的总线通路上的所有数据将无法与主站进行通讯，主站将无法对这部分子站中的设备进行监测和控制，直接影响到正常生产。

(2)PLC与上位软件不配套

PLC采用了法国施耐德公司的产品，上位软件采用了美国罗克韦尔公司的产品，就使得他们的通讯不能采用任何一方的特有方式，不利于两种产品之间的稳定通讯，不利于日后的扩展。

2、再生水系统 2.1简介

再生水MBR处理自控系统(以下称“MBR系统”)由某公司负责集成，主要采用西门子品牌的设备，PLC采用S7-300系列，共3个PLC分站，采用TCP/IP光纤以太网通讯方式，上位软件采用Wincc组态软件，I/O点数约1000点，原系统结构图如下： 北京金控自动化技术有限公司

2.2系统存在的问题

(1)数据采集不完善

MBR系统没有将现场的所有设备信号采集到上位监控系统中，因此，对一些重要设备的监控不及时、不准确，数据不完善，并且不能实现远程控制，操作不方便，给运营管理人员造成工作上的不便。

(2)网络拓扑结构不合理

MBR系统采用了光纤以太网方式进行通讯，网络拓扑结构采用了星型连接，虽然问题没有污水系统的严重，但是，如果中控室与现场通讯的主光纤断路的话，中心控制室就无法与现场PLC进行通讯，无法对现场设备进行监测和控制。

作为该污水处理厂的整个自控系统来说，可以总结成以下两点：(1)自控设备先进，工艺运行良好;(2)自控系统没有合理组合，品牌太多，造成系统不兼容，扩展性差，使用不方便。

由于污水和MBR的自控系统采用了法国施耐德、德国西门子、美国罗克韦尔三个不同品牌的PLC和组态软件，并且互不兼容，通北京金控自动化技术有限公司

讯方式不同，因此，两套系统不可能在现有平台基础上进行合并或整合，只能分开使用，使用上不方便，也为将来污水处理厂的扩建升级留下了隐患，也成为本次改造工作的重点。

三、改造方案

随着技术的创新和不断发展，污水处理厂的自控系统发挥了越来越重要的作用，管控一体化技术不断在污水处理厂实现和发展。光纤以太环网技术已经成为主流，具有速度快，扩展性好，兼容性好等优点，下图为目前较为典型的某厂自控系统结构图。虽然目前该污水处理厂还达不到此案例中的先进程度，但可以据此结构确定未来改造或扩建方向。

1、改造原则

根据自控技术的发展趋势和该污水处理厂自控系统的现状，我们北京金控自动化技术有限公司

确定以下改造原则：

(1)坚持主干，丰富枝叶 (2)统一平台，易于扩展 (3)立足现实，完善创新

2、改造方案

根据该污水处理厂的实际情况和我们在自控领域的专业经验，我们认为，解决目前的问题仍然需要依靠现有底层PLC系统，对底层PLC及其通讯方式不进行大的改造，以保持现有设备的良好运行，待日后合适的机会可以再次进行改造。系统结果图如下：

在具体实施方面，我们提出，分三步对该污水处理厂自控系统进行改造。

(1)第一步——基础改造

/基础改造主要解决现场PLC数据采集准确性和全面性问题，按点检查，重新编制程序，画出准确竣工图，具体包括：

①对照图纸，检查MBR系统的PLC点是否连接，是否与图纸一北京金控自动化技术有限公司

致，不一致的情况下进行修正，在原竣工图上进行准确标记。

②将MBR系统PLC系统中包括故障、运行、自动和仪表信号在内的所有信号采集到中控室监控计算机，对不完善的数据点重新编制PLC程序和上位软件程序，实现报警信号报表、实时数据、历史数据报表和数据存储;

③改变原系统网络采用的星型拓扑结构，增加两条光纤，使其成为光纤环网，以增加该系统的可靠性。

④在中控室监控计算机实现MBR系统中的设备启动/停止等远程控制;

⑤检查污水系统的PLC点的连接情况，与原竣工图进行核对，对不一致的地方在原图上进行准确标记;

工作流程： 北京金控自动化技术有限公司

进厂收集整理竣工资料备份原工控机系统读取并备份原上位软件读取并备份3个现场PLC程序校对竣工资料与实际情况否是否一致现场重新校对、整理、定义是PLC程序中添加变量、编程在上位监控软件中添加变量上位监控软件画面修改、增加、制作通讯测试检查验收 经过基础改造，使MBR系统和污水系统的图纸描述准确，资料齐全，以便于未来进行扩建和检修等，同时，核对MBR系统中的数北京金控自动化技术有限公司

据点，对PLC编制控制程序，在上位监控软件中实现远程控制。

(2)第二步——整合改造

从业主单位的长远利益考虑，注重于系统的整合改造，使改造后的系统具有完整性，并且兼容性良好，便于以后扩建工程的扩展。主要增加至少一台高性能工控机和一台数据服务器，增加一套第三方监控软件KingTrol SCADA，在此基础上对上位监控系统重新设计、集成。改造后的系统具有以下功能和特点：

①污水与MBR系统合并，在同一台监控主机上对所有PLC分站进行监控;

②所有设备可实现中控室远程控制，便于全过程控制和流程优化;

③故障报警信号具有全面、良好、完整的显示和记录; ④仪表信号实时数据和历史数据存储和查询，采用数据库存储。 工作流程： 北京金控自动化技术有限公司

进厂收集整理竣工资料备份原两台工控机系统读取并备份原两台上位软件读取并备份8个现场PLC程序校对竣工资料与实际情况否是否一致现场重新校对、整理、定义是再生水系统PLC程序中添加变量、编程污水系统PLC读取变量设计、集成上位系统通讯测试检查验收 北京金控自动化技术有限公司

经过整合改造，污水系统和MBR系统在统一的监控平台进行监测、控制和管理，数据采集全面、存储完善、查询方便、操作简单。

(3)第三步——信息化建设

根据目前国际国内污水处理厂建设的发展趋势和业主单位的管理需要，以完善的自控系统为基础，进行污水处理厂信息化建设，实现管控一体化成为本次工作的又一个重点。根据与业主单位的沟通，主要实现以下功能：

①电能管理。将配电中心的电力数据与现有系统进行通讯和存储，以车间为单位，可对每个车间以日或月为查询统计条件，分别进行电能监测和成本核算，为管理者的优化调度管理及绩效考核提供参考。

②成本分析。对全厂的电费和药剂费进行统计和分析，形成全厂的运营管理成本分析系统，并且与水量结合分析，对单位污水处理成本进行监控和管理，为管理者调度、全过程优化运行、节能降耗提供参考，切实降低企业运营成本。

③数据仓库。为便于长时间、大容量存储运行数据，必须建立全厂的实时数据仓库，采用企业版SQLSever实时数据库软件和IBM服务器相结合的方式。通过建立数据仓库，对报表进行全面改进，改变以往表格形式的报表，全部采用趋势图、柱状图、饼图等直观的、便于分析的方式进行汇总，方便管理者进行查阅。

④WEB访问与管理、网站建设。为提高污水处理厂的管理效率，提高信息化水平，为管理系统建立一个网站，设置WEB远程访问与北京金控自动化技术有限公司

管理的功能，便于管理者进行远程管理，随时随地掌握污水厂的运行情况。同时，不同车间单位(例如化验室)可随时通过站点将管理数据统一到同一个数据平台上，方便管理者进行实时管理和调度。 总结

通过北京金控自动化技术有限公司对怀柔区污水处理厂的改造，彻底解决了原有系统的问题，改变了其厂污水处理系统与再生水系统长期独立运行，无法融合的局面，从而大大提高了企业的自动化管理水平，尤其是信息化系统改造，全面提升了也得管控水平，通过这次改造，达到了提升管理水平，节能降耗的目的。

第四篇：市政级污水处理厂安装自动监控系统运营方案

一、项目主旨：

通过争取**省有关政府职能部门(环保局、建设厅、发改委等部门)的支持，出台有关政策要求，拟在**省范围内市县级污水处理厂的进、出水口安装自动监控系统，包含：自动监控设备(即现场终端设备CEMS、COD等);数据传输系统(包括采集通讯设备等);监控中心(包括环境监控平台等)。

自动监控的运营既包含了对以上三部分的维护和运营，即有偿的为业主提供污染源在线监控系统的全部运行管理人员，并对设备维护和保养、标定、标气添加等负责，保证系统正常运行和系统监测结果的合法有效性，保证监测数据正常传输到环保部门，以达到用真实可靠的排污量来完成真正的按排污总量收费;监控企业排污设备达标排放的目的。

二、运营范围

逐步实现废水、地表水、大气、环境噪声、汽车尾气等所有在线监测系统，以及环保监控中心系统网络的市场化运营。

三、第三方运营的必要性

在线监测系统安装之后，由于一些企业的环境意识不强，不希望在线监测系统正常运行，再加上企业在线监测系统操作人员素质较低以及在线监测仪的工作环境恶劣等问题，影响了在线监测的正常使用。

市场化运营是在线监测系统的一个根本性的发展方向，而第三方运营是在线监测系统管理实现市场化、科学化的必然要求。第三方运营可以充分利用运营方的科技优势，依靠专业化队伍和必要的监测仪器设备，保证仪器的正常运行，提供准确数据，从根本上保证自动监控系统发挥作用。环保局着重从数据获取率、数据有效率、数据准确率等方面对运营公司进行考核。

实施自动监测系统第三方运营，可以克服监控设备由企业自身管理的弊端，有效改变环保部门过去对重点排污企业派驻厂员24小时监督的状况，加强环保部门的管理手段，执法人员可以在线实时查看各个企业的排污数据，及时准确掌握污染源动态，便于及时发现问题，有针对性地进行现场监察。同时，还节省了环保部门人力、物力，提升了管理水平。

四、对第三方运营商的要求

1)作为在线监测设备制造商，同时取得(水、气)在线监测系统运营资质。 2)企业定位是“在线监测整体方案提供商和服务商”，产品线覆盖了自动连续监测所需的信息管理系统(网络平台)、数据采集和连续监测设备(水、气)，具备解决所有在线监测运营中问题的能力。

3)具备以专业的环保工程设计技术，能够为排污企业提供工程设计、咨询服务的能力。

4)能够在公司总部设置运营中心，由公司相关负责人牵头，负责协调与运营有关的各个部门的工作，主要包括工程部、技术部、市场部、生产基地、质量部等部门。

5)各地子公司、分公司或者办事处的运营均由公司总部运营中心协调，保证各地运营需要的各种资源配备及时到位，保证运营工作的正常运行。

6)在签订运营合同的同时将成立当地运营服务分中心，使运营实现当地化，以实现运营的快速化和及时性。

7)能在运营公司和各地办事处建设远程监控室，通过远程网络方式对运营设备进行每天至少一次的巡监，巡监设备的数据和部件运行是否正常，及时发现问题，并进行远程维护。

8)在运营管理方面积累了丰富的经验，能够为政府提供安装、调试、运营自动监控系统整体的解决方案。

五、政府方、企业、运营公司各方职责 1)运营公司职责

A、承担所有在线监测设备及数据采集传输设备的运营维护和管理; B、按照在线监控设备维护要求制定年度运营服务计划和预算; C、建立在线监控设备日常维修记录和设备运行档案，

D、按在线监控设备的实际运行情况，准备充足的运行消耗品、设备易损件和关键零部件，随时保证供应。

E、负责在线监控设备的日常维护、定期保养、故障抢修，定期更换所有运行消耗品和易损件，对季节性停运的设备进行现场封存和重新启用。

F、负责所有在线监控设备的定期巡检、远程诊断，定期向市局监控中心上报巡检情况。

G、负责在线监控设备传送到监控中心的数据真实性，发现问题及时向监控中心报告。

2)业主(设备使用单位)职责

A、提供在线监控设备的运行条件，不得有故意破坏在线监控设备和联网通信的能力。

B、一经安装和验收了的在线监控设备，任何实质性改动(拆除、闲置、维修、更换等)都必须报市环保局同意备案，运营公司现场指导。

C、按合同支付在线监控设备运行维护费用。

D、为环保监管工作人员和运营公司提供工作方便，办理相关人员出入厂手续。

E、协助运营公司对设备进行日常的运行维护，协调原设备供应商对运营公司的技术支持。

3)政府方的职责

A、组织、协调市控污染源在线监测系统的建设，确保在线监控系统交付运营使用的完备性(即：设备需经比对测试并验收合格)。

B、审核污染源在线监测系统运行维护经费额度，向政府申请运营维护补贴经费，按合同监管运营公司向业主收取设备运营费用。

C、向运营公司按期拨付运行维护补贴费用。

D、受理业主提出的在线监控数据的异议请求，并通知运营公司在线监测平台数据出现问题等相关信息，定期对在线监控设备进行抽检或现场对比测试，出具检测报告。

E、对运营过程实施行政监督，协调业主对运营公司的工作配合，协调原设备供应商向运营公司提供必要的技术支持，并形成纪要文本提交备案。

第五篇：重庆市巫山县污水处理厂工程自动控制系统

1 引言

重庆市巫山县位于四川盆地东部，长江三峡库区腹心地带，东北与湖北省神农架国家自然保护区毗邻，西北与重庆市区连壤相依。巫山县城就坐落在长江北岸巫峡西口、大宁河与长江汇合处，其污水排放水体为长江，故建立完善的污水处理系统，是维护长江水系的水质清澈的重要保障。

而污水处理厂的各处理设备分布分散，每个工艺区段相对独立;I/O点中以离散量为主，模拟量为辅;由于这些特点，使其更适宜以PLC为主要控制器的集散式控制方案。本文介绍的就是这样的一套以PLC为主组成的顺控系统。

2 污水处理工艺流程简介

由重庆地区的污水水质状况，及国家对三峡地区污水排放水系的严格控制，结合巫山县的地理条件，经多方论证与方案比较，决定采用Orbal(奥贝尔)氧化沟并辅助化学除磷装置的污水处理工艺。

该厂污水处理过程主要分为机械处理、生化处理、污泥处理三个阶段。现将其工艺流程介绍如下(见图1所示)。

机械处理段——由进水泵提升、粗细格栅拦截漂浮物和悬浮物，再经钟式沉砂池及计量槽进行沉砂处理后，转入生化处理。

Orbal(奥贝尔)氧化沟由三个相对独立的同心圆(椭圆)沟道组成，污水通过淹没式进入口由外沟道进入，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后由内沟流出，至二沉池(二沉池来取代中心岛)。进入氧化沟的污水在旋转曝气圆盘的作用下，混合液得到有效的混合、曝气和推流，悬浮有机物在沟内可获得较彻底地降解，并较高程度地实现“同时硝化反硝化”的效果。为了适应出水的高要求，在二沉池的进水处投加铝盐，在二沉池沉淀的同时进行辅助化学除磷，再经过接触池加氯消毒处理，最终经排水管排出。

Orbal(奥贝尔)氧化沟具有延时曝气的特点，悬浮有机物在沟内可获得较彻底地降解，污泥在沟内达到相对好氧稳定，剩余污泥量少，无需厌氧消化，可直接进入污泥浓缩脱水处理过程。二沉池排出的污泥，一部分经回流污泥泵返回外沟，剩余部分污泥经剩余污泥泵送至脱水机房的污泥调节池，再经投泥泵送入带式污泥浓缩脱水系统的处理，最终泥饼装车送至厂外。

通过以上工艺过程的描述，我们可以知道污水处理过程是按一定流程和顺序循环进行的，有其固有的顺序性和周期性。

3 控制系统的设计

控制系统设计目的是对污水处理过程的机械处理阶段、生化处理阶段、污泥处理阶段进行顺序控制，及在故障情况下的紧急停车等一系列处理过程进行全自动PLC控制。

3.1 机械处理段的自动控制系统：

(1)每台格栅前后安装了一台液位差计，PLC根据液位计检测到的水位差值和时间设定，自动控制格栅除污机的运行;当水位差值超过设定值或时间设定值时，自动控制格栅和螺旋输送机按照预先编制的程序运行。

(2)污水提升泵房是全厂的咽喉，一旦出现故障，全厂就得停产，泵的控制至关重要。设在前池的液位计将检测到的水位信号送到控制运算器，PLC根据检测值与设定值的差值来自动控制水泵的运行。当水位升高到预定的水位值时，自动控制水泵按照预先编制的程序依此逐台启动;当水位减低到预定的水位值时，自动控制水泵按预先编制的程序依此逐台关闭。同时累积水泵运行时间，自动轮换水泵，保证水泵累计运行时间均等，并处于在最佳运行状态。当水位降到设定下限水位时，干运转保护起动，自动控制水泵全部停止运行，以保证水泵的安全。

(3)钟式沉砂池由一套变速及调整系统机构控制箱来就地控制，其转盘的转速和高度均可根据除砂效率和有机物分离效率的要求，哪个更高而定来进行调整。另外进出水口及池中水位可视需要去除的砂粒的粒径而定。沉砂池系统各设备的运行状态及故障信号送至中控室去显示监控。

(4)为了提高污水处理厂的工作效率和运转管理水平，正确掌握处理污水量及动力消耗，反映运行成本，在沉砂池后设置了巴式计量槽。每个计量槽安装超声波流量计一台、温度计和PH计一台，将信息输入计算机，对全厂污水进行连续监测。

3.2 生化处理段的自动控制系统：

Orbal(奥贝尔)氧化沟的运行控制：我们在外沟、中沟、内沟各设置1台溶解氧测量仪表，将仪表检测到的溶氧仪测量值送至现场PLC控制子站，PLC根据氧化沟中的溶解氧含量，按照预先已编制好的程序(为保证氧化沟内流速均匀;所预先编制的动作顺序)，自动控制转碟的运转台数和运行时间;以满足外、中、内沟的溶氧值稳定在生化反应的设定值。在外沟，因所需溶氧值较低，溶氧仪将不能工作在其测量范围的精确量程内，检测值的误差较大，为此在外沟另设有一台氧化-还原电位计，用来校正被监控参数的测量。同时，还可调节氧化沟的出水堰板，以改变转碟浸没水深来增减空气曝气量，既保证了氧化沟生物处理过程的稳定又节约了能源。

根据以往的Orbal(奥贝尔)氧化沟的运行情况，在编制氧化沟的运行控制程序时，还需注意三点：一，考虑水中溶解氧的变化速率，避免控制系统的不稳定，需设置溶解氧的控制死区;二，为避免转碟的控制不稳定，在程序中设置转碟的时间死区，在此时间内转碟不可启停;三，为了平衡转碟的工作时间，应开转碟和应停转碟要符合先开先停、先停先开的原则，目的是减少转碟电机的损耗，达到节能的要求。

另外，在中沟我们还设置了混合液浓度检测仪表，在外沟设置了检测液位的超声波液位计。以加强对氧化沟生物反应情况的监控。

3.3 污泥沉淀浓缩处理段的自动控制系统：

(1)在污泥浓缩加药系统，我们根据容积比设置了一套自动控制配药系统(见图2)。

加药系统按照预先编制的程序运行，定时加药、配水及搅拌。首先进行药液的配置控制，由PLC根据所确定的容积比去自动控制除磷药剂原液与稀释水的投加量，配制成所需浓度的除磷药剂;在配药罐上还设有超声波液位计，液位信号送至PLC，当药液量和水量比例满足配比要求，配药过程结束后，PLC自动控制打开配药罐出口的电动球阀，进入加药阶段。除磷药剂的投加量，由PLC控制计量泵去完成。

(2)脱水机房设带式脱水机及全部附属装置。负责脱水、加药、进泥、出泥、反冲洗等设备的连锁控制，整套脱水系统按照预先编制的程序运行，PLC负责对各设备的运行情况进行监控及连锁保护。

4 控制系统的实现 4.1 系统硬件构成

PLC控制系统由工艺过程监控系统、通讯系统、可编程序控制器及检测仪表组成。采用分布式计算机集散控制系统，实现对全厂的工艺流程进行分散控制、集中管理。控制系统采用了过程监控级(即中央监控站-主站)和现场控制级(即两个智能子站—PLC站)的两层结构，划分为中央控制室、第一分控室、第二分控室三个区域。

过程监控级设在中央控制室(主站)内，由两台工控机、两台打印机和通讯卡等组成工程师站、操作员站及数据通讯系统。操作员站

是操作员用以完成对整个污水处理厂进行实时监控功能的岗位，负责对全厂的工况进行监控和管理调度，可对每个智能子站中的设备进行 操作，但在同一时间内只允许一个站操作同一个设备;工程师站可以实现在线控制系统的编程及各种参数的设定与修改等任务;数据通讯系统则用来提供或接受工业过程的实时信息及与上级管理站的通讯等任务。

现场控制级为两个智能子站，分别设置在两个分控室内，由PLC控制器、I/O处理单元及现场检测仪表组成，用以完成数据采集、处理等功能，负责对污水处理厂各个反应处理阶段进行就地分散控制，分站的操作权限由主站来分配。两个智能子站和主站通过现场通讯总 线相连(PLC控制系统的结构配置如图3所示)。

PLC选用的是施耐德公司的PREMIUM可编程序控制器，它具有模拟量、开关量的采集处理和计算功能以及逻辑控制、计时比较等顺序控制功能，并且具有集成的批处理功能和高速数据通讯网，以满足连锁控制的快速响应的要求。

根据本系统的要求，我们选用以下设备(详见表1) ：

4.2系统软件

PREMIUM PLC控制系统软件为两部分。 4.2.1监控级应用软件

监控级应用软件为Monitor Pro监控软件。具有实时数据库、趋势和实时图表、模拟画面、报警管理、数据库巡航等功能，监控软件采用全汉化界面，设计有工艺流程图、各工艺单元流程图、趋势图、报表、报警、各种电量参数图、各种设备的操作和参数设定画面。操作员通过菜单命令或鼠标点击，可浏览所有工艺过程画面，显示当前状态并按顺序记录、输出;能完成各类数据的记录、存盘、报警，处理打印各种生产报表、曲线图和站图表(显示出泵/阀的状态，提供最重要的检测值和报警)，以及对各阶段的反应时间和给定值的调整等。同时，全厂所有可操作的设备均可由操作员在工作站上通过鼠标和权限进行遥控操作，完成生产指挥调度过程。

由于污水处理厂自控系统需要经过长期运行，获得经验数据，然后重新调整控制系统。所以各种可能需要调整的参数均可在上位机进行设定，如回流污泥泵、剩余污泥泵的工作时间，溶解氧的控制死区，转碟工作的时间死区等。这样，操作人员可以随时根据现场情况调整控制参数，优化工艺的运行效果。 4.2.2编程工具软件：

PLC编程工具为PL7 Pro，该软件可在WINDOWS系列操作系统上运行，采用图形编程界面，具有梯形图(LD)和功能块图(DFB)指令表(IL)及结构化文本语言等多种编程语言可供编程人员编程时使用。可对I/O设备进行 组态和参数化，能对任何连接到控制总线的节点进行测试和启动，可在线修改系统中任一点 的用户程序。并包括先进的系统诊断能力、过程诊断工具和远程维护等。

污水处理厂控制程序流程图见图4所示。

5 PREMIUM PLC 控制系统的功能和工作状态

为了确保在PLC系统意外情况下污水处理的顺利进行，我们配备了自控、手控两套装置，各工艺参数的显示信号分别经计算机和就地常规仪表显示，这样当计算机由于某种原因产生故障或设备检修维护时，可以手动操作。

5.1 手动状态(MAN)

在刚开始初试阶段，系统尚未稳定之前，可以使用手动操作，用鼠标直接遥控现场工艺操作。

考虑到现场调试和全自动运行时故障处理的需要，设计的手动控制程序，可以对机械处理段、生化处理段及污泥浓缩处理段各个反应阶段实现手动控制，各工艺根据状态转移条件转移，中途可退出状态。在需要关闭整个控制系统时，还可在现场对重要的部分单元进行手工操作。

5.2 自动状态(AUTO)

当工艺处理过程由不稳定运行转为稳定运行，工艺参数达到工艺要求时，将系统由手动切换为自动状态。整个系统完全由PLC可编程控制器来自动控制。无论由A/M、M/A，偏差是否为零，切换过程都是无扰动的，调节输出决不会发生突变。

5.3 自诊断

过程诊断、实时时钟，状态和故障显示报警。当设备发生故障时，上位机画面对应设备有红灯闪烁，直至故障消除。报警内容加入报警数据库，并在报警画面显示;报警信息可通过打印机打印;通过报警画面可以查询全部历 史故障情况。

6 结束语

该污水处理厂所设计的控制系统具有以下特点：

(1)该厂采用的Orbal(奥贝尔)氧化沟污水处理工艺流程简单，构筑物及机械设备少，控制系统所选用的PREMIUM PLC可编程控制系统可靠性高，运行管理很方便，为设备安全稳定地运行提供了更好的保障。

(2)考虑到该厂还将实施二期工程，控制

系统的设计在控制网络和可扩展性方面予以了较强的能力，选用的PLC控制器为完全模块化，配置灵活，扩展方便，易于升级。PREMIUM PLC系统还具有标准的总线系统接口，用现场总线可实现PLC与上位机之间的数据通讯，上位机还可以通过以态网与公司管理级及调度室实现远程数据传输。

参考文献：

[1]孙慧修. 《排水工程》. 北京：中国建筑工业出版社, 2002.1 [2]白焰等. 《分散控制系统与现场总线控制系统》. 北京：中国电力工业出版社, 2001.3 [3]施耐德电气公司. Modicon TSX Premium 系列手册[M] .北京：Schneider Electric China, 2001 [4]施耐德电气公司. Modicon TSX Premium 自动化平台[M] .北京：Schneider Electric China, 2001

作者简介：

李文华，自动化仪表工程师。1983年毕业于南京师范大学动力分院自动化专业，毕业后在化工设计研究院从事十几年自控设计，曾在《工业仪表与自动化装置》发表题为《工业燃煤锅炉微机节能控制系统分析与设计》;在《工业水处理》发表题为《SIMATIC S7 300控 制系统在工业水处理药剂生产中的设计及应用》。现在天津市市政工程设计研究院给排水一