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工厂污水处理系统电气控制自动化
工厂污水处理系统电气控制自动化【1】
摘 要随着工业的快速发展，城市污水越来越多，严重影响人们的正常生活，所以快速有效的污水处理技术是污水处理的关键之所在。
电气控制自动化技术是一种先进的污水处理手段，将其正确的引用到污水处理中，是每一位污水处理人员研究的方向。
本文通过对污水处理系统和电气控制自动化的表述，从电气控制自动化要求、自动化系统的组成及特点、参数测量与控制三方面对污水处理自动化系统进行阐述，为今后的污水处理提供理论依据。
【关键词】工厂污水处理系统 电气控制 自动化研究
污水处理系统的自动化，是当今社会对污水处理的有效手段，随着我国科技的进步，对污水自动化处理提出了更高要求。
电气控制系统在污水处理中的应用得到了良好的效果，无论是在处理质量还是处理效果中都表现出一定的优越性，所以电气控制自动化系统是污水处理的未来发展方向。
同时，污水处理人员应该积极探索电气自动化污水处理技术，为我国环境保护作出更大贡献。
1 污水处理系统电气控制自动化概述
1.1 污水处理概述
污水处理工作进行前要对污染源进行细致调查，根据调差结果制定污水处理的可行性方案，利用相关设备及时对污水进行相关处理，形成处理体系，并通过自动化电气控制系统提高污水处理效率，污水处理主要包括污水纳入和曝气处理两个方面。
1.2 电气控制自动化概述
运用自动化电气控制系统对污水进行处理时，需要注意以下几个问题：
(1)根据污水处理效果要求，对电气控制系统进行设置，并制定科学有效的处理方案;
(2)根据电气控制系统选择相配套的设备和零件，并从电气控制系统整体上进行选择，保证电气系统的正常运行;
(3)根据相关安装说明和设计图纸，将设备和零件进行安装，如设备和零件出现不匹配时，要及时进行加工，安装完毕后进行试运行，在污水处理系统能够正常运行时，就可以直接用电气自动化控制系统进行污水处理。
2 电气控制系统自动化在污水处理中的实施
2.1 电气控制系统自动化要求
随着社会的快速发展，环境问题日渐突出，特别是水环境的污染。
为此，国家出台相关法律法规，要求引进污水处理系统，并在严格的要求下对污水进行相关处理措施，减少污水对人们生活环境的影响。
在污水处理系统中应用电气自动化技术，是污水处理未来的发展趋势，因此电气自动化技术的应用对人们来说至关重要。
在自动化控制污水处理时对电气控制系统提出以下几点要求：
(1)污水性质较为特殊，酸碱度和离子含量均属于超标状态，因此要求电气控制系统能够在环境较为恶劣的条件下保持正常工作状态;
(2)在污水处理过程中电气控制系统能够对实时情况进行反应，并对污水进行信息化监控，保证污水处理过程的自动化;
(3)电气控制系统能对污水处理中的相关参数进行测定，包括水位、温度、电导率等，实现污水处理的信息化管理。
2.2 电气控制自动化系统的组成及特点
电气控制自动化系统主要通过上、中、下三级来实现污水的处理，同时还配有电机、阀门控制器等相关配套设施。
其中，上机位能够显示净化后污水的水路和气路的动态变化，并借助计算机程序对电机和阀门等进行动态显示。
同时，当电气系统出现故障时，上机位能及时查找故障位置和故障原因，并通过智能的方式去处理发生的故障，并且上机位可以直接打印检测数据。
中机位是整个控制系统的逻辑控制，也是电气控制系统的核心部分。
中机位主要负责上下机位信息的传递、检测数据的记录与处理，保证污水处理的总体执行。
下机位是由智能仪表组成的，也是整个系统中独立性最强的部分，它可以对污水处理过程中液体酸碱度值等检测数据进行信息采集。
同时，电气控制系统对检测数据能够长时间的保存，并采用先进科学技术保证电气控制系统不受外界其他因素干扰，如电压波动。
电气控制系统的三个机位可以对整体的污水处理进行分级控制，各个机位可以独立完成相关工作，在这种前提下，无论是某一个或者两个机位出现故障时，都不会影响其他机位的正常运行。
2.3 参数测量与控制
污水处理系统检测主要包括液位的测量与控制、酸碱度的测量与控制、温度的测量与控制、溶氧量的测量与控制四个方面的内容。
2.3.1 液位的测量与控制
当污水处理池面积较小时，通常采用静压式传感器液位仪进行测量，液位变送器采用扩散硅传感器。
当污水处理池面积较大时，通常采用超声波物位仪。
两者的工作原理略有不同，前者是将液体静压力传递给隔离管，隔离管再把信息传递给传感器，传感器将压力转变为电信号传送到控制器中;而后者是通过发射超声波来完成的，当超声波与液面接触时会反射相应的超声波信号，并将其传送给传感器，传感器再将信号传送到控制器中，利用的是回声原理进行工作的。
2.3.2 酸碱度的测量与控制
对于污水处理过程中的酸碱度测定通常采用电位法进行测量，由于酸碱度传感器输出信号过于小，通常对其进行放大，再传送到控制器中。
2.3.3 温度的测量与控制
在污水处理过程中温度的检测是一个较为重要的环节，通常温度的测量采用铂热电阻作为传感器，该传感器较为敏感，其分辨率可以达到0.1℃。
温度传感器的工作原理是将温度信号转化成电压信号，再经过放大传递给控制器。
2.3.4 溶氧量的测定与控制
溶氧量的测定在污水处理中占有重要地位，通过对溶氧量的测定能够科学的确定曝气池的配置方案，保证污水处理的正确进行。
3 结语
综上所述，随着我国经济的快速发展，污水量逐渐增多，因此运用科学合理的方法对污水进行处理就显得特别重要。
有效的污水处理方案是污水处理的关键步骤，并在污水处理过程中充分的利用电气控制自动化技术，科学的选择自动化设备，能有效的提高了污水处理速度和质量，改善了人们生活的环境，对我国经济发展起到促进作用。
参考文献
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[3]杨伟.浅谈污水处理系统的电气控制措施[J].电子制作，2015(08).
城市污水处理厂污水提升泵站自动化控制系统【2】
摘 要：随着城市建设的迅速发展，市政污水处理设施(包括市政污水管网、污水泵站及污水处理厂)也在不断增加。
为更科学、高效、稳定的管理及运行污水处理泵站，建设自动化智能控制系统为核心的污水泵站是实现泵站科学化管理的重要基础，也是整个污水处理系统建设调度、决策系统的重要组成部分。
关键词：泵站;PLC;智能保护
1 污水处理厂及泵站自动化控制系统概述
厦门水务中环污水处理有限公司筼筜污水处理厂下辖沿筼筜湖周边滨北1号、北2号、北3号，湖中，滨南1号、2号、3号、4号，及海天、寨上、象屿等共计36(其中含22个截流泵井)个污水提升泵站。
这些泵站作为筼筜污水处理厂的厂外泵站，经市政管网将污水提升引入至厂内进行废水处理后，达标排放。
汇水面积达70 km2，服务人口150万人。
污水泵站均采用西门子S7-200可编程逻辑控制器(PLC)、PC机、触摸屏等自动化控制设备，配合液位计、流量计等仪表进行污水提升智能控制。
2 系统结构
2.1 主站(控制中心)
主站自控系统采用西门子S7-200系列的CPU-226PLC做主机，通过无线数传电台以“轮询”方式对8个子站实现远程数据采集与控制，并预留一个通讯端口，将来与全厂中控系统联接。
采用二台工控机通过组态软件“组态王”与西门子主机通信， 接收主机发送的全部泵站自控数据，进行数据处理并将数据实时显示在显示屏(系统总结构图见图1)。
2.2 子站
采用西门子S7-200PLC实现泵站运行自动控制、液位、流量等现场数据采集，并通过无线数传电台与主站实现数据传输与远程控制。
2.3 通讯方式的选择
由于8个污水泵站分布在筼筜湖周边，有线通讯方式施工复杂，投资成本高，决定采用无线通讯方式，无线通讯有两种方案：
①利用公网(如GPRS、CDMA、电话网)，主要优点是一次投资少，覆盖率广。
主要缺点是稳定性和实时性较差，网络数据传输系统有一定的延时。
②无线数传电台方式，主要优点是造价低廉、施工快捷、运行可靠、维护简单。
主要缺点是传输范围有限(5 km)。
经过对比，根据8个污水泵站的实际情况(最远的污水泵站离主站不超过4 km)，决定采用无线数传电台方式。
3 子站自动控制系统
污水泵站的工艺流程大致相同，均为：地下管网污水→泵站格栅机滤渣→污水集水井→提升泵房→经过多级泵站提升→污水处理厂。
主要控制对象设备有：进出水闸门、格栅机、除污机、提升泵等。
泵站自动化控制系统要求集数据采集、智能控制于一身，主要功能包括以下几个方面：
3.1 控制方式
有手动、自动两种控制方式，由控制屏上转换开关切换。
手动方式由控制屏上按钮手动操作;自动方式由PLC控制。
自动方式又分强制自动和遥控自动两种，由PLC输入端子设置，强制自动由子站PLC全权控制，用于通讯出故障时，独立运行。
遥控自动为主站自动或手动遥控。
3.2 主要控制功能
根据集水井水位的变化控制泵的开、停。
不出现低水位抽空泵，也不发生溢流;泵的开、停顺序：循环开停机，即先开先停，循环运行;分南北池的泵站，分池运行时，两池液位应能独立控制，合池运行时两池轮流开机;根据粗格栅前后液位差和时间周期控制格栅机的启停;根据需要实现闸门启闭机的控制;实现无轴螺旋输渣机与粗格栅的联动，同时实现对输渣机的工作状态的测控;最多开机台数控制：有的泵站需限制开机台数，以免造成管道溢流或泵站自回流。
最多开机台数在强制自动方式，由子站PLC控制，在遥控方式由主站主机控制;紧急关总闸控制：当机房发生管道破裂大量漏水或火灾等紧急情况，主站可通过遥控方式关断泵站电源总闸，防止事故扩大。
3.3 机组故障保护要求
过载保护：除热继电器等硬件保护外，还进行PLC软件过载保护(水泵额定电流的110%)，双重保护;抽空泵保护(水泵欠载保护，额定电流的60%);电动机频繁启动保护(/h启动次数>10次为频繁启动)，防止因控制回路元件触点接触不良引起电机频繁开停，烧毁交流接触器或电机;潜水泵漏水、超温保护。
3.4 泵站自动化控制系统控制流程
3.4.1 污水泵的自动控制
在集水井内安装一台超声波液位计，测量集水井液位。
潜水泵根据集水井液位，按照预定的运行方案自动增减水泵开启台数。
具体运行模式如下。
①在PLC自动控制模式下，PLC按照集水井液位设置点自动起动或停止相应台数的进水泵。
②由低至高，集水井液位包括以下设置点。
低液位设置点：当液位降至此设置点以下时，PLC发出低液位报警，并停止所有自动运行的污水泵(无论强制自动还是遥控自动)。
停止所有泵的液位：当液位降至此设置点以下时，PLC停止所有处于自动运行的的污水泵。
起动第一台进水泵的液位：当液位升至此设置点以上时，PLC起动第一台进水泵;当液位降至此设置点以下时，PLC保持运行一台进水泵而停止多余的泵。
起动第二台进水泵的液位：当液位升至此设置点以上时，PLC起动第二台进水泵;当液位降至此设置点以下时，PLC保持运行二台进水泵而停止多余的泵。
起动第三台进水泵的液位：当液位升至此设置点以上时，PLC起动第三台进水泵。
高液位设置点：当液位升至此设置点以上时，PLC发出高液位报警。
污水泵自动轮换运行：当一台泵连续运行时间大于所设定的污水泵连续运行时间，则自动停止运行，同时启动另一台泵，防止泵长时间运行出现过热故障。
当泵的开机台数和液位连续1 h(时间可调)无变化时，则再启动一台泵，将液位抽低，加快管道内污水流动，增加管道污水库容量。
③当PLC采集到泵的故障信号，自动判断属于报警故障还是须要停机的故障，属于须要停机的故障则马上停止正在运行的泵，并马上启动另一台泵。
④当污水泵手动启动时，PLC自动起动的泵的数量相应减少。
⑤污水泵停机后需等待10 min后才能再次起动，泵防止频繁启动;两台污水泵的起动间隔为30 s。
3.4.2 格栅的自动控制
在格栅前后设超声波液位差计，测量格栅前后液位差;格栅机根据前后液位差或设定的运行时间与运行周期自动运行，时间和周期均可根据进水杂质情况调整。
具体运行模式如下：
①在PLC自动控制模式下，PLC按照时间设置或液位差设置自动起动或停止格栅。
②时间模式：当某台格栅的等待(停机)时间大于设定值时，PLC起动该台格栅;当某台格栅运行时间大于设定值时，PLC停止该格栅，并启动该格栅的下一个计时周期。
所有格栅共用一套等待时间和运行时间设置值，但每台格栅有各自的等待时间和运行时间计时。
③液位差模式：当液位差测量值大于起动格栅液位差设置值时，PLC起动格栅;当液位差测量值小于停止格栅液位差设置值时，PLC停止格栅。
实现无轴螺旋输渣机与格栅的联动，同时实现对输渣机的工作状态的测控。
3.4.3 出水电动阀门控制模式
PLC自动控制模式下，操作员站或触摸屏下达开、关阀指令。
4 主站功能
主站自控系统采用西门子S7-200系列的CPU-226PLC做主机，通过无线数传电台以“轮询”方式对8个子站实现远程数据采集与控制，并预留一个通讯端口，将来与全厂中控系统联接。
采用二台工控机通过组态软件“组态王”与西门子主机通信， 接收主机发送的全部泵站自控数据，进行数据处理并将数据实时显示在显示屏。
显示方式多样，有指示灯状态显示、虚拟仪表数码显示、光棒图模拟显示、动态曲线跟踪、历史曲线查询、形象动画显示等。
人机界面友好，操作方便，关键控制点密码保护，系统安全可靠。
计算机参与设备管理，累计设备运行时间，计算电能消耗。
并可根据事先设定的监控范围、对流量、液位等指标进行监控，一旦超出设定范围，计算机立即启动声光报警，并将这一时刻的有关数据、工况记录下来，以供分析、决策，并按要求生成相关报表。
计算机所测数据可按一定时间间隔记录在硬盘上，可根据需要随时将有关数据打印出来。
5 运行状态和分析
泵站实现自动化控制以来，运行状况良好，不仅大大减轻了值班人员的工作强度，提高生产力，且为管理人员提供了科学可靠的相关管理数据依据。
为污水处理厂科学管理、调度、决策打下了坚实的基础。
6 结 语
随着泵站自动化系统的日益完善，智能化控制及对控制设备的综合保护等优势逐渐体现出来，越来越多的污水提升泵站已经将上述技术功能作为泵站自动化系统的设计蓝本。
泵站自动化系统也将在未来的污水提升泵站控制领域得到广泛应用。
参考文献：
[1] 于凤臣.污水处理中自动控制系统设计[J].科技资讯，2011，(4).
[2] 邹伯敏.自动化控制理论[M].北京：机械工业出版社，2002.
[3] 姜西羚，庞晶晶.基于PLC的污水处理厂自动控制系统[J].建筑电气，2009，(6).
城市污水处理厂污水提升泵自动化控制系统【3】
摘要 污水处理关系到国计民生，污水处理厂污水提升泵自动控制系统是污水处理中的重要部分，为了更科学、高效、稳定的管理及运行污水处理泵站，建设智能化的泵站系统，本文对污水处理厂提升泵站自动化控制系统进行简要阐述 。
关键词 城市污水处理厂;提升泵;控制系统
提升泵泵站建立了完善的自动化控制系统，就可以实现自动化运行管理控制。
从而使得泵站内的各种设备在控制系统的直接管理和控制下自动的运行，泵站的自动控制系统是通过水位、压力等来对泵站进行直接控制的。
泵站在接收到调度指挥中心的指令数据后，就把指令参数自动设置，从而完成自动化处理，来满足污水处理厂规定污水处理的基本流量。
1 阿拉尔污水处理厂及泵站自动化控制系统概述
阿拉尔市区及1号工业园区现已建成三纵八横共32公里排水管网和6座污水提升泵站，主要分布情况为：1号污水提升泵站位于金银川路与胜利大道交汇处，2号污水泵站位于大学路与胜利大道交汇处，3号污水提升泵站虹桥路与军垦大道交汇处，4号污水泵站幸福路与南泥湾大道交汇处，5、6号污水泵站位于1号工业园区。
这些泵站作为污水处理厂外的提升泵，把市政管网内的污水提升进污水厂，让后通过奥贝尔氧化沟处理工艺进行污水处理，达标后排放。
出厂水最终达到国家一级B污水综合排放标准。
泵站的自动化控制有两部分组成，分别是：自动控制系统和远程控制系统，自动控制系统包括PLC主控模块、电源模块、开关量输入输出模块、现场仪表、监控设备等辅助设施;远程监控系统，远程监控系统顾名思义就是由摄像头、硬盘机、液位计、流量计和网络设施等组成的监控组件。
2 污水提升泵站自动化控制系统结构
2.1 主站
主站的自动化控制系统采用的设备是：西门子s7-200系列PLC，并通过数据传输系统对6个子站进行实时数据的收集和管理，同时还为其预设了一个多余的通信端口，以便以后把污水提升泵系统和整个污水处理厂进行联接。
并通过两台工控机和主机进行实时通信，以便把收集的泵站数据传输给主机，从而把实时的数据显示在显示器上。
2.2子站
子站采用摄像头、硬盘机、液位计、流量计来对集水井内的水位情况进行数据采集，同时把这些数据通过子站的计算机传送到主站PLC,从而实现指挥中心的远程控制。
2.3 通讯方式
阿拉尔6个污水泵站分布在城市的不同方位，考虑到有线通讯布设的难度和复杂，决定采用无线通讯方法来进行数据的传输。
无线传输又有多种包括GPRS、CDMA、电话网以及电台等等，经过研究，决定无线传输的方式进行数据的传输。
3 子站系统
不同的污水提升泵站的工作流程基本相同，即：地下管网污水→泵站格栅机滤渣→污水集水井→提升泵房→经过多级泵站提升→污水处理厂。
所以，针对这些工作流程污水提升泵自动控制系统子站的控制设备主要包括：格栅机、除污机、提升泵等。
泵站自动化控制系统是集信息采集，信息传输以及智能控制于一体的系统，其功能具有以下几个方面。
3.1 控制方式
控制方式有两种形式，一种为自动方式，一种为手动方式。
手动方式是通过按钮来实现的;自动方式是通过PLC自动控制。
自动控制的PLC又可以分为遥控自动和系统强制执行的自动模式。
3.2 主要控制功能
泵站可以根据水位来自动控制泵站工作的开关。
从而保证泵井不外溢，保证泵不做无用功;更加需要控制不同泵的开和停机的次序;根据粗格栅前后液位差和时间周期控制格栅机的启停;对闸门机进行开关的控制;促使输渣机和粗格栅的互动，并对其进行工作调控;开机数量的控制;紧急状态闸门的控制等等。
3.4污水提升泵站自动化控制系统控制流程
3.4.1污水泵的自动控制
每个集水井中都安装了液位计和流量计等监测设备，通过这些设备可以对集水井里的污水进行监测。
提升泵可以依据液位计的监测数据按照预定的方案开启泵的数量。
具体如下：第一，PLC控制系统，可以根据液位计的设置来进行泵的开启数量;第二，有低位设置到高位设置分别是：停止所有泵的设置点，在这个液位以下所有的泵都会立刻停止运行;低液位设置点，再这个液位以下就会出现报警，并停止一些泵的运行;启动第二台泵的设置点;随后是启动第三台泵的液位设置;以及高液位使得设置点，污水高出这个液位时，系统就会发出高液位的警报。
第三，进行泵的自动轮换开启调控，为了保护泵的寿命，保证泵站的安全，在泵运行一定长的实际后，就会根据系统的设置停止运行，从而开启另外一台泵。
第四，故障信号的识别控制，PLC可以自动识别警报和故障，进而更加情况开启或者停止泵的运行。
第五，采用手动开启泵时，PLC也可以自动识别开启泵的数量进而根据开启数量来进行调整开启的泵的数量。
3.4.2格栅的自动控制
格栅前后也安装了超声液位计，从而准确的识别栅格前后的位差;格栅机根据前后液位差或设定的运行时间与运行周期自动运行，时间和周期均可根据进水杂质情况调整。
具体如下：第一，PLC控制系统，可以根据时间设定和液位差来进行栅格的开启或者停运。
第二，栅格根据时间模式的设置来运行，当一天栅格运行时间达到设定值，就会自动停止，并启动这台栅格的下一次工作周期。
栅格停止时间达到预设时也是相同。
第三，液位差大于预设时，PLC就启动栅格，相反，就停止栅格。
3.4.3出水电动阀门控制模式
PLC自动控制模式下，操作员站或触摸屏下达开、关阀指令。
4 结论
随着污水处理厂自动化系统的不断升级，不断完善，污水提升泵站自动化系统也成为污水处理厂进行自动化升级的发展趋势，污水提升泵站自动化控制系统的优势越来越明显，泵站自动化控制系统必将在未来的污水提升泵站控制领域得到广泛应用。
参考文献
[1]于凤臣.污水处理中自动控制系统设计[J].科技资讯，2011(4).
[2]应劭霖.基于PLC的污水处理自控系统研究[D].江西农业大学，2012.
[3]樊石，赵群，刘如有.控制技术在污水泵站中的应用[J].数字技术与应用，2011(6).
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