城镇污水处理厂污水提升泵自动化控制系统

 　　摘要：随着新型城镇化进程的加快，城镇对自来水的供需愈显得紧张，如何实现对自来水生产过程中产生污水的大规模自动化处理，实现水资源的有效利用，这是每一个自来水厂都需要面对的问题。针对部分小型自来水厂污水处理尚未完全实现无人值守的现状，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：污水处理；提升；泵自动化；控制系统 

　　中图分类号：U664文献标识码： A 

　　前言 

　　自来水生产过程中，沉淀池排泥、滤池冲洗等工艺会产生大量污水。过去，通常对这些污水做直接排放处理。随着环保要求的提高，以及水资源成本的不断增加，越来越越多的水厂建立了污水处理系统，对生产过程产生的污水进行回收利用， 根据笔者的调研，我国目前超过半数的城镇自来水厂的污水处理都依赖于观察法，依靠工人手动调节，很难实现完全自动化处理。污水处理不能完全自动化，一方面降低了污水处理的效率，造成了水资源不能充分利用；另一方面也容易对自来水厂供水的水质造成影响。 

　　一、、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： 

　　（1）、控制方式 

　　有手动、自动两种控制方式，由控制柜上转换开关切换。手动方式由控制柜上按钮手动操作；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，也在控制柜上按钮手动操作切换，或通过主站远程控制切换，强制自动由本地子站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。 

　　（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；根据粗格栅前后时间周期和液位差控制格栅机的启停；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：以免造成管道溢流或泵站自回流的现象，有的泵站需限制开机台数。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：当机房发生火灾或管道破裂大量漏水等紧急情况，为防止事故扩大，主站可通过遥控方式关断泵站电源总闸。 

　　二、污水处理自动控制管理系统的设计与实现 

　　（1）、系统运行模式 

　　基于以太网的远程自动控制系统，目前主要有两种系统模式，分别是B/S模式和C/S模式。 

　　1、B/S模式 

　　所谓B/S模式，就是浏览器/服务器模式，这种模式无需开发专用人机交互软件，借助于浏览器实现人机交互，但是服务器负荷较大。 

　　2、C/S模式 

　　所谓C/S模式，就是客户端/服务器模式，需要专门设计的人机交互软件，开发工作量较大，但是大大减轻了服务器的负荷，系统的稳定性有所提高。 

　　鉴于上述两种系统模式各有优缺点，本自动化控制系统采用两种模式的结合模式，即系统前端借助浏览器实现人机交互，以此减轻整个系统的开发工作量；同时系统后台增加一台服务器，用于程序的响应与控制，将数据集中在另一台服务器上，这样既可以减轻服务器的负荷，同时又提高了系统的健壮性，提高了系统运行的稳定性和可靠性。 

　　（2）、系统架构设计 

　　污水处理自动控制系统的架构，主要从以下三个层次进行架构设计。 

　　1、传感器检测层 

　　传感器检测主要布置在最低层，也就是直接利用传感器检测污水处理设备的工作状态参数以及环境参数，利用液位、流量、位移、限位等传感器采集到的数据对污水处理的相关数据进行计算，实现对污水处理工艺的自动化监测。 

　　2、网络传输层 

　　传感器将采集到的监测数据，利用环型以太网进行传输，传输给PLC控制器。环型以太网采用光纤结构布置，在提高网络通信实时性的同时也能够提高网络系统性能的稳定性。 

　　3、数据信息管理层 

　　数据信息管理层主要是通过基于windows系统开发的可视化人机交互界面实现数据信息的显示、存储、分析和打印等需求；另一方面，当数据出现异常或者机电设备出现故障时，该控制中心也能够发出报警，同时依靠专家系统给出故障诊断结论和建议。 

　　（3）、系统软件设计 

　　系统的软件设计，主要包含两个方面。 

　　1、PLC程序的设计 

　　PLC的程序设计主要是利用梯形图进行程序开发。由于选用的是西门子的S7-200系列的PLC，因此在程序设计上可以选用STEP7软件进行梯形图的绘制。 

　　2、数据管理层的可视化程序设计 

　　数据管理层是基于Windows实现的可视化界面，能够实现良好的人机交互。控制软件主要是利用组态软件（如西门子WinCC）设计人机交互界面，利用计算机的联网通信能力实现与PLC的联网数据交换，从而将最底层的传感器检测数据在可视化界面上显示出来，以实现良好的人机交互的目的。 

　　三、污水提升泵站自动化控制系统控制流程 

　　（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。本系统由三台提升泵、PLC、变频器及变频器切换接触器等相关电气组成。具体如下：第一，PLC控制系统，用一台变频器根据污水液位计的设置要求，通过变频器切换接触器对三台提升泵电机分别进行软起动、运行或停止。并控制变频器的频率以调整水泵转速，进行污水流量的控制；第二，从低位设置到高位设置阀值分别是：1、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；2、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；3、启动第二台泵的设置点；4、随后是启动第三台泵的液位设置；5、以及高液位使得设置点，当污水高出这个液位时，系统就会发出高液位的警报。第三，通过变频器软起动提升泵电机，延长了水泵的使用寿命，减少了对电网的冲击。同时在PLC的控制下进行泵的自动轮换开启调控，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，保护泵的寿命，保证泵站的安全运行。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根据手动功能按钮操作进行单泵或多泵的起动、运行和停止。 

　　（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）、出水电动阀门控制模式 

　　PLC自动控制模式下，操作员站或就地操作下达开、关阀指令。 

　　四、运行状态和分析 

　　污水处理厂污水提升泵站采用一只变频器通过切换接触器分�驱动三台提升泵电机，减少了自动化系统的成本，降底了运行功率。自动化控制以来，具备良好的运行状况。为污水处理厂科学管理、决策、调度打下了坚实的基础。不仅大大的提高生产力，减轻了值班人员的工作强度，还为管理人员提供了科学可靠的相关管理数据依据。 

　　五、结语 

　　总而言之，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，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]王岩.天津咸阳路污水处理厂自控系统[J].变频器世界，2010.4. 

　　[4]孙少阳.PLC在水处理控制系统中的应用[J].电子技术与软件工程,2013,(20).