城市污水处理自动控制和智能控制技术的分析

城市污水处理自动控制和智能控制技术的分析

摘要：污水处理厂自动控制体系的建立和实施,是污水处理厂从粗放型向集约型转变的关键环节。在先进、有效和可靠的智能算法和控制策略指导下,自动控制体系的建立可以大大降低污水处理厂的能耗、物耗水平,稳定处理过程的控制参数,提高出水水质。本文对污水处理智能控制的现状、应用和发展进行了探讨，以供参考。 关键词：污水处理；自动控制；智能控制

abstract: the establishment and implementation of automatic control system of the sewage treatment plant is a key link of the management from extensive to intensive. with the efficient, reliable and smart algorithms and control strategies, the establishment of the automatic control system can greatly reduce the energy and material consumption of the sewage treatment plant, stabilize control parameters in treatment process and improve water quality. this article discusses the status quo, application and development of sewage treatment intelligent control, for reference. key words: sewage treatment; automatic control; intelligent control

中图分类号： u6.9+2 文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）

随着我国城市化进程的推进，城市建设步伐加快，城市人口增

加，城市生活污水和工业废水对河流水质的影响日趋明显。城市污水量的与日俱增，使得污水处理的运行费用也在不断增加，为了珍惜利用地球有限的能源，保护环境，造福社会，如果通过有效的控制能将城市污水处理厂的运行费用节省1%，也是个不小的数字。因此，在这样的行业背景下，污水处理智能化建设作为与城市日常运行息息相关的行业，也越来越受到社会的高度重视。 一、城市污水处理现状分析

近年来，国内外均有学者对污水处理自动控制工艺进行研究，以寻求更精确、更可靠的方法实施自动控制和智能控制。例如，在同步硝化/反硝化的生物滤池中引入了实时曝气控制，建立了基于do在线监测的反馈控制和基于氨氮和do在线监测的串联控制。与传统硝化－反硝化生物曝气滤（baf）相比，采用实时曝气控制的生物滤池在达到相同处理效果（出水tn＜20mg/l）时，曝气量低于传统方法的50%。

又比如，在国外已有的时间和流量程序控制的基础上，我国科研人员提出一种sbr法有机物浓度控制，使控制过程更定量化和精密化。工业废水的水质变化很大，当进水有机物浓度高时，为使出水水质达标，应适当增加反应时间使运行更可靠；而当进水有机物浓度低时可以减少反应时间以节省运行费用。

通过以上对污水处理研究成果的分析，我们可以看出：合理数学模型的建立严重制约着传统污水处理技术的发展。并且建模必须遵循一些比较苛刻的线性化假设，然而实际污水处理系统由于存在

复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，因此采用传统控制理论建立的污水处理自动控制系统在实际工程应用上存在出水水质波动较大等问题。 二、自动化系统设计

设计包括以下几个方面的内容： ⑴ 在线检测仪器仪表设计； ⑵ 计算机测控管理系统设计；

⑶ 仪表及计算机测控管理系统电缆敷设设计 在此，重点介绍前两个方面的内容 1.在线检测仪器仪表设计

仪器仪表的选型主要考虑其工作环境的适应性，特别是传感器直接与污水、污泥接触，极易腐蚀结垢。一旦传感器失灵，再好的自动控制系统也无济于事，故传感器尽量选用非接触式、无阻塞隔膜式、电磁式和可自动清洗式。

根据工艺流程和现代化管理的需要，在工艺流程的各个部分分设电磁流量计、超声波液位计、ph/温度计、浊度、固体悬浮物浓度、氧化还原电位、污泥浓度、污泥界面仪、溶解氧等检测仪表和各类电量变送仪表。这些仪表均选用工业级在线式仪表，并根据安装环境的要求具有相应的防护等级。

仪表设置基于两方面考虑，一方面要满足工艺流程控制的需要，另一方面要满足污水厂管理的需要并按经济实用的原则。 2.计算机测控管理系统设计

这部分设计又包括两个方面的内容，即监控系统设计和现场测控层设计。

监控系统设计遵循以下原则：

⑴ 可靠性：选用稳定可靠的工业控制系统产品，硬件上采用备用冗余技术，简化系统结构，减少出错环节。所有关键设备均选用进口名牌性能价格比高的工业控制产品。

⑵ 先进性：控制系统应技术先进、性能价格比高。

⑶ 灵活性：系统组态灵活，扩展方便，可用性、可维护性好。 ⑷ 实时性：控制系统对工况变化适应能力强，控制滞后时间短。 测控系统分为三层，即现场测控层、生产管理层和办公自动化层。其中，现场测控层与生产管理层之间通过10m/100m工业光纤环网进行数据通信和信息交换，生产管理层与办公自动化层之间通过10/100m以太网进行数据通信和信息交换。 1.现场测控层

现场测控层直接面向生产过程，是计算机测控管理系统的基础，它主要由可编程序控制器（plc）、液晶显示操作员终端和在线检测仪表等组成。

现场测控层包括2个plc分站和1套配电系统电力监控装置，分别位于配电中心控制室和脱水车间控制室。plc1分站包括：粗格栅间及进水泵房、细格栅间及沉砂池、紫外线消毒池、二沉池及污泥泵房、改良型氧化沟、变配电系统；plc2分站包括：脱水车间；配电系统电力监控装置：配电中心的高压配电系统、低压配电系统

和直流屏。

现场plc分站分别接受各自在线检测仪表传输来的模拟量信号，以及电动闸门、水泵电机等设备运行状态的开关量信号，对各类信号进行处理和运算，实现程序控制和自动调节，并把主要信息向生产管理层主机传输，或接受生产管理层主机的指令。配电系统监控装置负责高压配电系统的继电保护、数据采集、传输、报警等功能。 现场测控终端主要有以下几个方面的功能：

数字采集功能：具有模拟量、数字量、脉冲量、状态量的实时数据采集功能；

数据处理功能：具有数字滤波、数据暂存、冗余备份、事故追忆等功能；

数据显示功能：能在液晶显示操作员终端上显示文字、表格、图形、曲线及报警，所有显示全部汉化；

控制输出功能：具有开关量、模拟量输出功能； 接收中控室主机的调度命令，并进行相应的操作。

在工程设计中，动力设备除电气设计中的手动控制方式外，在自动化系统设计中还有三种控制方式，即现场控制、集中控制和自动控制。现场控制是在plc的操作面板上对设备进行键控；集中控制是由控制室主机完成对全厂所有工艺电气设备的控制；自动控制是自动化系统根据各种工艺参数检测值和状态，按照预定控制程序自动完成特定功能的控制。三种控制方式可在plc操作员面板和中控室主机上进行转换，以满足实际工作中调试、检修和自

动运行的需要。