[0001] 本发明属于环境领域，特别涉及一种污水处理厂控制系统。

[0002] 近些年来我国政府开始关注环境污染问题，特别是提出可持续发展战略后，政府在经济快速发展的同时也注意环境的保护和治理。环境保护己成为我国的基木国策之一。从近几年环境治理来看，我国的环保理论、工艺研究和应用与国外差距不大，差距比较大的是环保单元设备和自动控制系统。我国污水处理厂自控系统的现状是:手动与自动皆备，自制和引进并举。有些污水处理所采用的检测仪表大部分是精确度和可靠性较差的离线仪表，监测手段也是靠取样后测量，然后根据测量结果去调整设备运行状态。因此很难进行快速和有效的在线实时控制，往往导致出水水质的不稳定。污水生化处理过程是典型的非线性、时变、不确定性、大滞后的复杂大系统，其建模与控制对控制界都提出了严峻挑战。本文对污水处理过程的控制现状总结如下：1)由于控制简单，传统控制方法(常规控制、最优化控制、自适应控制)仍被广泛应用，但是因为污水处理过程变量多，过程具有非线性、强耦合等特点，而且各种参数也存在时变性，因此基于精确数学模型的传统控制方法难以取得理想的控制效果；2)虽然智能控制已成为污水处理的研究与应用中的前沿与热点，但国内外仍处于广泛应用的初级阶段。

[0010] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

[0011] 首先对本发明的污水处理流程做介绍，请参阅图1，污水处理厂流域内的污水通过进水管线接入提升泵房的集水井，通过2条装有8mm粗格栅的格栅间，在此拦截污水中较大杂质后进入污水提升泵房，污水提升后流入曝气沉砂池去除砂粒，自此向后分为2个系统：一个系统6万m3/d的污水经1mm细格栅后，通过生物池，然后进入MBR膜生物反应池，去除
3
COD、BOD5、N、P等污染物，其中5万m/d的出水经UV消毒后，流入MBR清水池，在进入清水池前投加二氧化氯，以保证管网内的余氯要求。最后通过配水泵房提升送至厂外再生水利用管网向用户供水。另外1万m3/d的MBR膜生物反应池出水经UV消毒后，进入RO反渗透系统进行深度处理，然后进入RO清水池，最后通过配水泵房送至厂外高品质水管道供水。另一系统4
3
万m/d的污水经3mm细格栅后，通过流量计计量水量，然后通过厌氧缺氧池，进入曝气池，去除COD、BOD5、N、P等污染物，依出水情况投加化学除磷药剂，最后经沉淀池沉淀分离，出水汇入处理厂退水干管，采用UV消毒后，经巴式计量槽计量水量，最终排入河道。两个系统的剩余污泥均送至贮泥池，由带预浓缩功能的脱水机处理后，再进行无害化处置。采用两套不同的处理系统对污水分别进行处理，即降低了污水处理的成本，又可以生成不同品质的处理水，处理后的污水可以根据品质的不同做不同的用途。

[0012] 在污水处理中需要以下部分的自动控制：(1)进水泵自动控制，根据集水池自动控制进水泵的启动和进水泵启动的台数，限制单台水泵一定时间内的启动次数，同时累积水泵运行时间，水泵的启动顺序按自动的水泵运行时间从小到大排列，停止时顺序与之相反。可实现水泵的自动轮换，保证水泵总是处在最佳运行状态。当干运转保护水位开关动作时，所有水泵停止运行。(2)粗、细格栅自动控制，格栅的运行由格栅前后液位差来自动控制，当运行间隔超过一定时间后，转为时间控制。系统的启动顺序为：先启动螺旋输送器，然后启动格栅，停止时，先停格栅，待格栅全部排进渣斗后再停止螺旋输送器。水位差设定值、格栅的运行时间及运行周期可调。(3)曝气沉砂池自动控制，根据时间程序控制曝气沉砂池的除砂机运行以及气提装置的运行(由除砂机上的空压机连续供气)，砂水分离器与除砂机联锁，完成气提后的砂水分离。曝气池溶解氧自动控制，曝气池内设置溶解氧分析仪，各空气支管上设置的气体流量计，根据曝气池内溶解氧设定值自动调节曝气池进气调节阀的开度以保持溶解氧在所要求的设定范围内。(4)污泥回流量自动控制，根据曝气池的进水量，自动控制回路污泥泵的运转台数并通过变频器控制回流污泥泵的流量，实现进水量与污泥回流量的合理配比，保证曝气池中生物处理的质量稳定。(5)污泥浓缩脱水系统自动控制，污泥浓缩脱水机控制包括所必需的顺序连锁和逻辑编程控制，与辅助设备(污泥切碎机、进泥泵、絮凝剂制备投加系统、泥饼输送机、清洗水泵等)的联动控制。可以实现“一步化”操作。
(6)MBR膜生物反应池自动控制：生物反应池内设置溶解氧分析仪，曝气池各空气支管上设置气体流量计，根据池内溶解氧设定值自动调节曝气池进气阀的开度以保持溶解氧在所要求的设定范围内。池内同时设置液位计，用以监控池内的液位变动，并与膜系统的抽吸泵联锁控制。膜系统根据系统来水流量控制膜系统的产水量。同时膜池液位也与变频抽水泵进行联锁控制，以防止膜池的液位过低使膜表面暴露于空气中。膜反冲及化学清洗自动控制：
根据时间程序自动控制膜元件的反冲洗周期和化学冲洗周期。(7)RO系统自动控制：RO系统根据RO清水池液位以及配水泵的运行情况，控制膜系统的产水量。(8)加氯自动控制：根据来水流量比例控制加氯量，并对出水余氯进行测定。(9)配水泵自动控制，据配水泵出水管路即中水配水管网的压力设定值自动调节配水泵的台数及转速，以保证中水管网的压力恒定。(10)电力监控，对整个工程实施电力监控。内装电力监控程序，显示电力系统主要电量参数如开关状态、电流、电压、功率、电度等，实现监控、管理本工程的电力消耗。(11)电气设备控制，电机能以自动/就地控制或远程手动控制的方式运转。方式选择应通过在各个电气设备控制箱/柜上的就地---停止---自动选择开关选择。在就地方式下，电气设备运转不受自控系统控制；在自动方式下，电气设备由所属现场控制站自动控制；在软手动方式下，电气设备由操作员在监控站实行软手动操作。主要控制方式包括，手动模式：通过就地控制箱或MCC上的按钮实现对设备的启停操作。软手动模式：即远程手动控制方式。操作人员通过操作终端或操作站的监控画面用鼠标器或键盘来控制现场设备。自动方式：设备的运行完全由各PLC根据污水处理厂的工况及工艺参数来完成对设备的启停控制，而不需要人工干预。三种方式的控制级别由高到低为：手动控制、软手动控制、自动控制。

[0013] 由远程输入输出单元(RI/O)、现场控制站(LCS)、中央监控工作站(CCS)及工厂计算机管理系统(CMS)组成的全厂自控系统。它是用光纤以太网、光纤工业以太网为系统网络，配以高性能、高可靠的PLC控制站，并具有服务器功能的最新一代的控制系统。系统由以下几部分组成：

[0014] 计算机管理系统(MCS)，计算机管理系统由厂长室计算机、总工室计算机、化验室计算机及投影仪展示计算机等组成，四台计算机用百兆级以太网连接，配以打印机、UPS不间断电源、投影仪等设备。主要用于完成对工厂的管理、调度及监视功能。在会议室设置一台高清晰度大屏幕数码投影仪。投影仪可放大显示全厂工艺流程、主要设备运行参数及所需的全部监控计算机采集的数据。为管理人员和培训人员提供实时、详尽的生产过程资料。通过以太网交换机将办公室的以太网系统与总变电所中控室的以太网系统相连，达到数据共享、监视等功能。

[0015] 中央监控工作站(CCS)，设置在总变电站中控室内的中央监控工作站由两套互为热备的监控计算机、服务器、打印机、UPS不间断电源、以太网交换机及便携式编程计算机等组成。它主要用于完成对工厂的管理、调度、集中操作、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警及打印等功能。通过液晶显示器可直观地显示全厂各工艺流程段的实时工况、各工艺参数的趋势画面，使操作人员及时掌握全厂运行情况。两套计算机互为热备。在中控室还设置有一套DLP投影系统。该系统主要由投影单元、拼接显示控制器、中央控制系统、硬盘存储、矩阵切换器和大屏幕应用控制软件等组成。大屏幕投影系统与中控室监控计算机相连，可将有关信息在大屏幕上显示。通过矩阵切换器还可将工业电视监视系统的视频信号接入投影系统在大屏幕上显示，可同时显示12路视频监控画面。计算机数字及模拟信号可在大屏幕上任意位置以任意大小开窗口显示，开窗口数量不受限制。

[0016] 现场控制站(LCS)，由西门子PLC-400可编程序控制器、分布式I/O单元及相关附属设备组成。根据需要可配置工业级网络接口模块、现场总线接口模块、串行数据通讯(RS-232/485)接口模块，并在现场控制站中安装西门子触摸屏，以方便在现场完成一些简单操作。

[0017] 网络系统，标准光纤以太网：负责综合楼计算机管理系统与总变电室中控室监控工作站间的数据通讯。工业光纤以太网：负责中控室监控工作站与各现场控制站PLC控制器之间的数据通讯。现场高速数据通讯网：采用profibus-dp网络，负责PLC控制器主站与从站及PLC与远程分布式I/O之间的数据通讯。

[0018] 全厂自控系统可以(1)实时、连续记录重要参数。对污水处理过程中重要工艺参数如进水渠道PH值、生物池中溶解氧(DO)浓度、生物池中悬浮固体浓度等进行实时、连续记录，并且可以进行历史数据查询。(2)自动处理报警信号。当现场发生报警时，实时地显示和响铃，并且提供显示和记录功能；对于重大报警信号(如电动机堵转、液位超低或超高等)，计算机能自动发出控制指令保证系统安全运行并记录。(3)自动生成报表。系统中各PLC的运行状况每隔一小时能实时在报表中显示，每个班次各个系列运行状况实时在报表中显示，并能按要求的格式打印。

[0019] 下面分别对各自动控制部分做进一步详细介绍。

[0020] (1)生物池自动控制。污水处理厂共设置有四个系列生物池，在计算机自动控制模式下，工作系列数取决于进水流量，对应关系见下表：

[0021] 表1需要工作生物池系列数

[0022]

[0023] 各个系列的控制描述如下：在计算机自动控制方式下，操作人员确认某系列内所有控制设备手动运行正常且“就地/远控”转换开关打至远控位置时，在计算机上将该系列的“自动/手动”开关转换至自动，则系列内所有“就绪“设备进入“自动“控制模式。此后各单独设备可以切换成“手动”模式，切换过程不影响所处系列的当前运行状态。当系列内所有设备均为“自动”模式时，该系列状态显示为“就绪”。控制过程如图2A、2B、2C所示：

[0024] ·每隔10分钟(间隔可调)，根据表1判断需要运行的系列数；若需要运行的数量大于“就绪”系列数量，则将“就绪”系列全部投入运行并在上位机上产生报警。若需要运行系列数量少于“就绪”系列，则多余的系列设为“备用”。

[0025] ·若原水流量信号采集不到，则生物池系列保持原状态，并在上位机上产生报警。

[0026] ·为保证各系列的均衡工作时间，“就绪”系列将轮流“运行”及“备用”，轮流时间设为2小时(可调)。

[0027] ·当需要减少工作系列数量时，自上次“备用”后连续工作时间最长的系列将选择做为“备用”系列；

[0028] ·当需要增加工作系列数量时，本次“备用”时间最长的系列将被投入运行。

[0029] ·若某工作系列内有设备发生故障，将在上位机上产生报警信号，故障设备被自动隔离，其余设备保持原运行状态直到连锁条件变化。操作人员将决定是否终止该系列的运行；

[0030] ·当故障信号消失后，经操作人员认可(现场手动正常之后采用计算机手动控制方式运行正常)，将设备置为“自动”，重新回到系列中。

[0031] (2)潜水搅拌器。计算机自动控制模式下，潜水搅拌器的起停取决于所处生物池系列的液位。对于变化区的潜水搅拌器，其运行前提是变化区被操作人员选择为“缺氧区”。在操作人员确认现场手动运行设备正常且“就地/远控”转换开关打至远控位置时，在计算机上将所处生物池系列“自动/手动”开关转换至自动，由PLC内部程序，根据生物池液位情况启动(>3.0m)/停止(<3.0m)潜水搅拌器。对变化区的搅拌器，其自动控制前提是变化区被操作人员选择为“缺氧区”，否则保持停止状态。

[0032] 在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。