西门子PLC和WINCC在污水处理自动化监控系统中的应用
本文以污水处理的工艺流程为线索，介绍了监控系统的整体设计方案、各个分布式控制站的设计、上位监控画面的制作以及重难点控制策略的研究。文中着重讲述了PLC、软启动器与变频、PID等技术在污水处理中的典型应用。在该污水处理中，为了达到控制溶解氧（DO）含量、配水井液位等在一定得范围内的目的，我们采用PID控制、变频调速等技术来实现对风机和水泵的转速的调节。同时根据液位不同对使用设备的台数进行控制。为了解决污水处理中大功率设备启动所带来的问题，该系统采用了软启动器拖动电动机。同时为了解决设备长期运行带来的问题，采用轮换使用几台泵或风机。本文以实际系统为例，介绍污水处理厂自动控制的方法与策略，具有一定实践指导意义。
2污水处理工艺流程介绍
2.1污水处理的基本工艺方法
污水处理就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化。
现代污水处理技术，按处理程度划分，一般分为三级处理：
一级处理，又称物理处理，主要是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，经过一级处理后的污水，可去除50%左右的悬浮物，BOD一般只能去除30%左右，达不到排放标准。
二级处理，又称生化处理，它是城市污水处理厂的核心，主要去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。经二级处理后，BOD的去除率可达90%以上，污水中BOD值可降至20-30mg/L，有机污染物达到国家规定的排放标准。
三级处理，又称深度处理，其目的在于进一步去除二级处理未能去除的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物和氮、磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物质。
生物法具有净化能力强、费用低廉、运行可靠性好等优点，是污水处理的主要方法，在污水处理领域中占有重要地位。我国现阶段的城市污水处理以生物法为主，以物理法和化学法为辅。以生物法为主的处理工艺主要有活性污泥法、A/O法、A2/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、氧化沟等，它们均具有同步降解BOD5和脱氮除磷的作用。
2.2本系统采用的工艺介绍
根据实际情况，并综合考虑各种工艺的优缺点，该污水处理厂采用A2/C氧化沟工艺。
2.2.1A2/C氧化沟工艺简介
图2.1A2/C氧化沟工艺流程图
设置厌氧、缺氧段的Carrousel氧化沟(文中简称：A2/C氧化沟)具有生物脱氮除磷功能，是目前城市生活污水处理的主流工艺之一。它是在Carrousel2000氧化沟的基础上增加前置的厌氧段形成的。在污水脱氮除磷的工艺设计中必须具备厌氧、缺氧、好氧3个基本条件，但是在实施过程中由于所需的处理构筑物多、
污泥回流量大，从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。A2/C氧化沟将厌氧、缺氧、好氧三个过程集中在一个池内完成，各部分用隔墙分开自成体系，但彼此又有联系。该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性，把好氧区和缺氧区有机结合起来，实现无动力回流，节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗。
图2.2A2/C氧化沟平面布置图
该污水处理系统为两个A2/C氧化沟并行运行。经配水井分配后的污水进入氧化沟前段的厌氧池，与来自污泥泵房的回流污泥混合，在厌氧条件下，除磷菌可将储存在菌体内的聚磷分解，将磷酸盐释放到水中。厌氧池分为3格，每格都设有水下搅拌器以防止污泥沉淀。经厌氧释磷后的污水进入缺氧段进行反硝化脱氮，缺氧段设计成环流形式，强化脱氮效果，反硝化后的污水通过设置在一侧的渠道进入氧化沟。氧化沟的充氧机械采用倒伞形曝气机，可根据池内DO测定值控制调节堰门出水、改变曝气机转速以达到调节溶解氧的目的。在氧化沟内，污水进一步去除有机物并将NH3-N氧化成NO2和NO3。同时聚磷菌在好氧条件下过量摄取污水中的磷，强化出水水质。而且在好氧段末设置内回流渠，经过好氧硝化的污水进入缺氧段，由于末端的溶解氧减少到最低程度，有效的防止缺氧池氧过量的问题，可以取得最好的反硝化效果。经过处理后的污水经过出水口进入二沉池进行沉淀处理。
2.2.2本系统工艺流程
桂阳县污水处理厂包括污水处理和污泥处理两个系统。污水处理系统包括进水井、粗格栅间、提升泵房、细格栅间、曝气沉砂池、鼓风机房、氧化沟、二沉池、紫外线消毒渠、出水渠等，污泥处理系统包括污泥回流泵房、脱水机房等几部分。
污水经污水排放管进入进水井，由进水井流经粗格栅，滤除大块固体悬浮物后，再由提升泵将污水提升到细格栅，滤除细小的漂浮物和浮渣，然后经计量渠流入曝气沉砂池，进行砂水分离，去除水中密度较大的无机颗粒，以保护后续处理设备的正常运行。然后污水进入氧化沟，进行生化处理。经生化处理后的污水进入二沉池进行污泥沉淀，经过污泥沉淀后的污水经紫外线消毒后到出水渠，最后排放。二沉池分离的一部分生物活性污泥回流到生化反应池，另一部分剩余污
泥流经污泥泵房进入污泥处理系统，剩余污泥进入污泥贮池，最后经进污泥泵进入脱水机房进行脱水处理并外运。
图2.3韶阳县污水处理厂总体工艺流程图
3控制系统方案设计
3.1设计原则
1.系统性能稳定，安全可靠。
2.操作简单，维护方便
3.运行经济节能，维护费用低。
4.易于扩展
5.性能价格比高
3.2设计思想
本系统采用工控机+可编程序控制器（PLC）+现场仪表的控制方式。现场仪表将现场的信号采集并传输至PLC中，PLC作为主要的现场控制单元，工控机用于监视和控制PLC及现场设备的状态。各个设备均能实现现地、远程、远程手动三种控制方式。
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