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方庄污水处理厂自动化控制的探索
1. 现状
20世纪90年代起，我国新建的污水处理厂大部分设置了自动化控制系统，力求对整个污水处理过程实行全面监控。但由于这项工作尚处在实践摸索阶段，与国外水平相比存在较大差距，主要问题是：
（l）主要控制设备功能不稳定，不能完全达到由计算机控制的要求。
(2)自控水平低，距智能化自动控制还有很大差距。
（3）运行条件变化范围大，某些工艺环节尚在不断调整。
(4)运行操作人员尚不能对工艺进行全方位控制操作。
由于以上条件限制，大多数污水处理厂的自控系统只能发挥监视和对部分设备进行远程控制的功能。北京方庄污水处理厂针对以上问题，自1996年以来进行了初步尝试，根据实际运行,并通过对部分设备的改造和完善，加之对现场运行操作人员的技术培训，使中心控制定具有集中控制、监视、现场故障报警等功能。运行人员可进行统一值班操作，为安全稳定运行提供了保障。
2. 方庄厂自控概况
方庄污水处理厂是方庄住宅小区的配套工程，该厂监控系统采用小型集散控制系统。此系统包括一个监控中心、三个现场控制分站（进水泵房分站、鼓风机房分站、中水处理分站）和一个化验数据处理终端，见图1。其中，中水处理分站由于条件不成熟，尚未启动运行；进水泵房分站主要控制进水泵、格栅除污机、除砂机及刮泥机的自动运行；鼓风机房分站主要控制回流泵、吸泥机、浓缩机、大鼓风机的自动运行；中心控制室实施对全厂设备的控制操作及监视。现场分站采用的PLC可编程控制系统是美国德州仪器（TI）公司的TIWAY局部网络计算机系统。
3.
对设备的改造与完善
方庄厂开始运行以来，由于现场电气及机械设备存在一些问题，直接影响了自控系统的正常运行。根据存在的问题，结合实际运行情况及工艺要求，对自动化控制系统的现场控制设备进行了部分技术改造。
3．1 现场电气控制回路的改造
主要设备包括：除砂机、刮泥机和吸泥机。上下限报警指示、大鼓风机冷却水泵报警指根据电气控制回路存在的问题，对除砂机、刮泥机和吸泥机的一次回路电气元件采用了较先进的马达空开来代替原先的普通空开和热继电器，采用西门子公司的小型PLC可编程控制器（S7－200）对现场二次控制回路进行了改造，从而使电路更加简单化。通过对PLC可编程控制器编程，不仅实现了设备按工艺流程运行的要求，而且机械设备运行的准确性、安全性有了很大提高，电气故障大为减少。故障点检查也很方便，大大降低了电气设备的故障率，使现场自动运行更加稳定。更主要的是为自动化控制的顺利实现创造了条件。
3．2 电缆卷筒的改选
主要设备包括：刮泥机、吸泥机和除砂机。
方庄厂原先使用的是电机拖动调压变速式电缆卷筒，从使用情况看，不能满足正常的收放缆要求，直接影响机械设备的正常运转，对自控信号的反馈没有保障。由于调压变速只能人为调整，调压电机转速恒定不变。如果开始调整的卷速与机械行走速度同步，随着电缆卷筒层数的增加，电缆所受的张力越来越大，使电缆经常被拉断；如果调整的卷速比行走速度慢，开始时容易出现电缆来不及被卷起，使电缆经常掉入池内或被行走轮压断。通过与有关部门配合，采用磁力把合式电缆卷筒，以机械设备行走轮为动力，通过链轮带动磁力耙合式电缆卷筒转动，保证收放电缆的速度始终与机械行走速度同步，使电缆收放安全可靠。改造后的电缆卷筒不仅使用寿命大大延长，而且保证了设备的正常运转，保证了自动化控制的顺利实现。
3．3 主要报各系统的完善
实现自控后，要将各分散值班点集中到中心控制室值班操作．必须对比较重要的报警系统做进一步的改造，包括：总进水池液位示、配电室高压
I路、II路
10KV突然停电报警指示。在上位机显示信号的基础上，在中控室又增加了声光报警系统，使值班人员一目了然，可清楚地判断故障发生的部位并做及时处理，避免事故的发生。
3．4 视频监视系统的安装
为了探索新的自动化控制、监视、管理模式，方庄厂于1999年设计安装了一套视频监视系统。它配合原有的自控仪表，对进水格栅间除污机、进水泵、除砂机、洗砂机、初沉池管廊的排泥阀门、初沉池刮泥机、曝气池、污泥回流泵、吸泥机、污泥脱水机、鼓风机、高低压配电室等13个场所的工况，进行24小时全天候监视。
这套视频监视系统运行可靠。在控制室里，通过监视器。可以监视全厂20个部位工艺设备的运行情况，还可以看到设备运转时的一些具体参数，如水泵运行时的电流大小。配电室内各部位的电压、电流大小等等。如果按工艺流程在现场巡查一遍，需要40分钟，而通过视频监视系统，几分钟就可以对全厂工况洲览一遍，大大提高了工作效率。冬监视及控制功能万．且进水泵的自动控制水泵的自动控制是根据集水池液位上下限来顺序控制自动启停。控制方式分为计算机手动及自动控制。手动控制可人为根据液位高度手动启停；自动控制采用优先级在CRT上切换，根据液位上下限对水泵顺序自动启停。
优先级选择方式为：
A：1#＞2#泵
B:3#＞2#泵
c：3#＞4#泵
D：5#＞4#泵
3.5 利泥机和排泥间的自动联动控制
6台刮泥机和6台排泥阀—一对应，工艺要求的排泥方式是；刮泥机行走一个行程定时排泥。其控制过程为：当刮泥机行走至终点时，排泥阀自动打开进行排泥阶泥时间按工艺要求任意可调），刮泥机开始延时抬耙，至耙终位，刮泥机开始后退，当排泥时间到，自动关闭排泥阀，继续下一个过程。另外，在上位机该控制画面显示行走机构和机耙随机所处的具体位置（三点），很清楚地判断设备的运行状态。
3.6 除砂机的自动控制
按工艺要求，除砂机的控制运行方式为间断运行，时间间隔一小时（时间范围任意可调）。其控制过程为：一台除砂机配有两台除砂泵。根据方庄厂实际除砂能力，工作时使用一台除砂泵就可以达到理想的除砂效果。为使两台除砂泵合理使用，对现场PLC进行编程，从而实现两台除砂泵交替使用，既保证了除砂效果，又保证了设备的合理利用。
3．7 大鼓风机自动控制过程
6台大鼓风机分为两组运行，1、2、3号大鼓风机为一组曝气池供气，4、5．6号大鼓风机为另一组好氧污泥消化池供气，中间通过联络阀调节气量。
大鼓风机实际运行操作比较复杂，相关的设备比较多。前后操作顺序要求一定准确，否则会造成重大损失。具体控制过程为：当切换到手动方式（MAN）启停设备时，分别对相关设备发出0N指令或OFF指令来完成。当自动运行方式启停时、首先切换到AUT状态，辅助油泵先启动运行行20分钟后，判断油压是否大于0.15MPa，然后打开排气阀、关闭出气阀，进风导叶自动调至30度开位置。当条件具备后、开始启动政风机延时一段时间后，打开出口阀，关闭排空阀，当油压超过0．35MPa时，辅助油泵自动停机，这时开始正常供气。另外，当油压低于0．15MPa或高于0．35MPa，主轴温度（l号轴）超过75度时，鼓风机报警停车。当自动运行方式正常停车时，首先AUT状态切换到MAN状态，主机（鼓风机）停止，这时辅助油泵自动启动20分钟后停车。同时，打开排空间，关闭出口阀，进风导叶调到60度关位置，这样就完成了自动控制。
3.8 其它设备的自动控制
主要设备包括：格栅除污机、回流泵、吸泥机、浓缩机。
这几部分设备控制运行方式比较简单，主要是连续运行。其控制方式为：在上位机切换远程手动启停和自动启停两种方式。计算机画面可监视运行状态并有故障报警等功能。
3．9 现场在城仪表监视功能
这部分主要功能是按工艺运行对部分数据的测量，在线地显示在上位机上，以便进行分析并及时调整工艺，确保出水达标。主要仪表有：进水液位、进水PH值。进水温度、总进水流量、溶解氧、污泥浓度及曝气量。
另外，对供电系统的部分电量测量主要有：I、II路10KV电压显示；0．4KV电压；电度量；I至III号变压器电量显示及水泵、大鼓风机电流显示等。
显示的具体形式以棒图动态方式和具体数值显示，操作人员可直观地读取各种数据。
3．10 高低压配电系统监视功能
此功能主要是对高低压配电及供电系统的开关是合是断，通过在上住机（CRT）显示来提示有关人员。具体显示以流程图的形式实现。
3．11 时间累计、故障次数和报警功能
主要功能是对所有设备运行的时间进行统计。故障次数通过打印报表的形式输出（每24小时输出一次）。报警功能是对设备运行出现的故障进行随机打印输出，准确及时地提示操作人员哪台设备出现了故障。故障出现时，运行设备立即停止运行。此部分功能的实现，为有关人员确定设备大修时间及日常保养次数提供了依据。
4. 自控系统的使用效果
4．1 快速准确地反映运行异常情况
未实行自控前，机械运行有了异常情况或发生故障，只有当值班人员按规定时间巡视时才能发现（两个小时进行一次巡视），往往当问题被发现时已造成了设备停运或损坏程度较大，同时影响了出水水质。实行自控后就避免了上述情况的出现。中控室的计算机及视频监视器能够直观地反映机械运行状态，值班人员通过监视器随时可以观察哪里有问题，画面也会反映报警信号，打印机直接记录故障点。值班人员可根据情况及时处理，减少事故的发生。一旦发生故障，由于画面上反映的故障点准确，检修人员可直接对故障原因进行分析判断并及时排除。
4．2 促进了职工技求素质的提高
未实行自控前，运行人员分类值班，负责单项工作，业务技能单一，遇到问题不能及时处理。实行自控后，运行人员合并值班操作，对职工素质的要求也相应地变为复合型，这就进一步激发了职工特别是青年职工学文化、学技术的积极性。
4．3 为降低运行成本创造了条件
5. 自控系统的发展前景是智能化
从目前方庄厂的自动化控制水平看，只是完成了人对设备简单的机械性能的操作，这种系统在智能化高度发达的今天显得很粗糙。因为污水处理的可变因素很多，有水量、浓度、温度、气量、微生物状态、系统配水情况。供电情况、机械运行情况等等，是一个非常复杂的系统，只靠预先设定的简单程序就想控制好生产全过程是不可能的。我们需要一种更高级的控制系统，使之能对生产过程出现的各种数据给予采集、计算、分析，得出目前运行状态是否正常的结论，并能给操作人员以有益的提示，从而使自动化控制能够真正实现智能化。
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