近几年来，随着我国对污水治理工程力度的加大，兴建了许多污水处理厂，同时引进了国外先进的工艺和设备，污水净化工程的仪表化、设备华、自动化有了迅速的发展。在现代化的城市污水净化厂中，自动化技术是实现工艺要求，维持设备正常运行，提高工作效率的重要保证，正如人的神经系统一样，将全厂的工艺、设备连成一个统一的整体，协调运行。笔者现以已设计完成的通辽开发区污水处理厂为例，浅谈控制技术在污水处理厂中的应用。
一、设计依据
● 处理工艺对本的要求
● 工艺及其他有关提供的资料、数据
● 《过程检测和控制流程图用文字和图形符号》
● 《分散型控制系统工程设计规范》（HG/T20573-95）
● 《仪表系统接地设计规定》（HG20503-92）
● 《控制室设计规定》（HG20508-92）
● 《仪表供电设计规定》（HG20509-92）
二、概述
通辽市位于内蒙古自治区东部，是内蒙古自治区东部的经济文化中心，是通辽市行政辖区(原哲里木盟)的政治经济文化中心及东北、环渤海经济带的铁路、公路交通枢纽。总占地30．7平方公里，常住人口25万。通辽开发区污水处理厂一期日处理污水量为3.0×104m3/d，采用CASS工艺，仪表自控本着技术成熟、安全可靠、经济实用、满足工艺要求的原则，在污水厂内设置较完善的仪表监测系统和微机监控系统。从仪表、耐腐蚀度、工作可靠性、安装方便的角度考虑，对仪表进行选型。控制系统采用国内外成熟和先进的集散型控制系统。
三、控系统的组成和结构
污水处理厂SCADA监控系统设计以集中检测、分散控制为原则，中心控制室可对全厂的各工况实现实时监控；工艺设备自动控制采用就地独立控制的原则。
1、控制原则
对于污水处理厂SCADA系统出于安全生产的考虑，设计采用三级控制层：就地手动、现场监控和远程监控。就地手动是指通过设备旁的转换开关手动控制设备的开启和关闭；现场监控是指由现场PLC站执行控制设备的任务；远程监控是指由污水厂的中心控制室通过SCADA系统网络对远端的设备进行监控。污水厂中心控制室PLC可通过现场PLC子站直接控制有关设备。如果中心控制室PLC或局域网络发生故障，不会影响厂内其它PLC控制子站的控制功能，如果PLC网络中某个PLC站发生故障，值班操作员可通过就地控制开关对设备进行控制。
2、系统结构
本系统采用二级监控集散模式：全厂中心监控层，主要实现集中检测的运行管理功能，在中心控制室设置一套“过程数据站”（PDS）,完成模拟图形显示、实时数据检测、控制目标值设定、报警显示纪录、操作状态纪录、累积值计算、趋势曲线绘制、打印制表、大型模拟屏数据刷新等任务，并具有人为遥控功能；现场监控层，现场各工段设有3个可编程（PLC）控制子站，根据自身的优化程序，实现本工段内的设备调节和优化控制功能，采集本工段内的模拟量、脉冲量等各种信号，通过数据总线传输到中心控制室PDS系统，并接受中心控制室PDS系统的控制设定指令。自动化系统针对工艺流程建立的完整的信息流程，现场3个PLC控制子站分设在污水提升泵房、鼓风机房和污泥脱水机房，自动控制系统如图示：
污水处理厂控制原理图
3、系统控制功能
⑴、污水提升泵房PLC1子站
主要对进水控制井、粗格栅间、污水提升泵房、细格栅间、旋流沉砂池内的设备进行监测和控制。
根据粗格栅前后的水位差或者时间间隔起动粗细格栅。
污水提升泵房共设4台潜污泵（2用2备），由PLC根据集水池液位自动调节水泵的流量，减少了电机频繁起动，另外在设计中利用PLC的计时、计数功能，对各泵的运行时间加以累计，然后自动切换运行泵和备用泵，使各泵的运行时间基本一致，延长泵的使用寿命。
细格栅间的控制对象主要有细格栅、输送机、压榨机、旋流沉砂池鼓风机、旋流搅拌机。格栅的运行依据格栅前后水位差或时间间隔来控制。只要有1台格栅运转，输送机就会启动并持续至格栅停止运转后一段时间。旋流沉砂池自带控制箱，实现全系统闭路自动运行。叶片随来水连续转动，定时完成气洗、气冲、气提动作并保持砂水分离机和主机联锁。提砂后砂水分离机动作，提砂停止后，砂水分离机滞后停止。
⑵、鼓风机房PLC2子站
主要对鼓风机房、CASS反应池、变配电室进行控制及检测
PLC2子站对4台（3用1备）鼓风机进行控制，主要保护风机和对风量的调节，优化鼓风量，在确保氧转移效率的前提下可能的节省能耗。鼓风机房PLC子站还将接受来自鼓风机流量计及压力表的信号，在SCADA系统中显示、打印、纪录、累计。
在配水井出水管上设置超声波流量计，以测量CASS池进水污水量。
CASS生物池一期共4座，在其中一座池内设置液位计、PH/温度检测；另在每座池内设置溶解氧测量仪和污泥浓度仪。液位计用于监视池内的水位，控制滗水器；溶解氧仪用于监视每座池内溶解氧含量；每座池子在不同的时间段内按曝气-沉淀-滗水-闲置顺序工作；使生物池在同一时间按时间顺序或液位分别滗水。负责对变电室的两路进线电流、电压、有功、无功、等电量进行检测。
CASS池按连续进水，间歇曝气，周期排水运行，每个周期为6小时，曝气3.0h，沉淀1.5h，滗水1h，闲置0.5h;曝气阶段污泥回流，闲置阶排除剩余污泥。CASS池运行以时间过程控制，曝气量根据池内溶解氧含量与控制程序中溶解氧的预先设定值对比来控制，所有控制均由PLC站自动控制。
⑶、污泥脱水机房PLC3子站
主要对污泥脱水机房、污泥储存池、加氯间进行控制
污泥脱水机房PLC子站控制的主要设备有：污泥储存池搅拌机、污泥脱水机、空压机、皮带输送机、污泥投配泵、反冲洗泵及加药装置。
污泥储存池搅拌机间歇运行。根据污泥液位或时间控制，间歇交替运行。
污泥投配泵根据流量控制，加药装置自带控制器，主要控制加药泵及搅拌机。加药泵根据流量控制，搅拌机的运行根据时间控制。
加氯间内加氯系统采用流量控制，流量信号来自出厂水超声波流量计，按比例投加，并通过出厂水余氯检测仪反馈的信号调整投加比例。
⑷、中心监控室
中心监控室设于综合楼内，主要配置2台DELL PIII900PC计算机，2台21英寸彩色显示器，2台打印机，1台不间断电源和1台模拟屏。它们与各现场PLC控制子站之间，通过Profibus网相联，实现信息交换。PC机之间在WINDOWS NT平台下运行IFix 2.0 For NT软件，动态显示全厂的工艺流程图，在中心控制室可实现对全厂生产过程自动化的监视和控制。系统能提供良好的人机交互界面，通过键盘和鼠标进行信息输入，并能纪录可靠的控制。图形系统可以根据需要利用其图形工具对工艺图、动态曲线、历史趋势图及表格进行动态或静态显示。报警系统提供在过程中出现的故障、操作状态以及自动化过程中的综合信息，帮助操作人员及时发现和处理危险情况，并记录打印。报表系统可根据要求将各种信息以多种信息可选择格式周期性打印（如日报、月报、年报等）或随机性打印输出。
4、系统特点
- 本系统适宜处理城市生活污水、工业污水；
- 本系统具有一定的组态功能，能够适应水质变化较大的环境；
- 可对现场设备实现保护控制，延长了现场设备的使用寿命，并大大减少了异常情况的发生，提高了可靠性；
- 系统自动化程度高，操作界面形象直观并提供语音报警功能，易于使用；提供了人员管理功能和历史记录功能便于进行事故分析，提高操作水平；
- 二级集散式结构，并且系统中各控制单元相对隔离，易于维护。
5、结束语
通辽开发区污水处理厂已投入使用，控制系统总体运行良好，为了使系统更家完善，在以后设计中应在以下几个方面加以改进：
（1）系统采用总线式的分布式结构，设立现场控制器，所有检测设备及电机均直接挂接在各自的现场控制器上，并由总线连接构成系统。这样可降低系统成本，并且现场施工也变得极为简单。
（2）在系统中设置融氧仪、PH值测试仪、浊度仪等设备，在线检测CASS池及污泥池的水质。系统根据检测的参数，自动实时调整工艺参数，达到对系统的闭环控制，实现污水处理的全自动控制，保证系统控制的状态；
（3）把系统管理机通过企业内部网与Internet相连，实现系统的远程诊断，降低系统维护成本。
城市污水净化厂自动化控制系统涉及的内容较多，自动系统设计时要根据污水厂的工艺、规模、厂区布置，扩建的可能性、技术性的可靠性、经济的合理性等因素综合考虑，只有技术可靠、系统界线简单、操作维护方便才能确保系统安全运行，从而使控制系统在水处理过程中达到应有的效果。