摘要：在我国的发展的过程中，各行各业的发展也有了一定的改善。水是人类赖以生存的自然资源、经济发展的战略性资源、社会进步的公共资源，水扮演的重要角色不言而喻。水的循环包括水的自然循环与水的社会循环。水的社会循环指的是源头取水后的水依次经过提升泵站、给水处理厂、承压管网进入千家万户，居民使用过后的水依次经过排水管网、一泵站、污水处理厂、二泵站排入河中。由此可见，水的社会循环是保证水资源循环利用的一个重要的过程。污水处理厂是保证水的社会循环顺利进行的一个重要组成部分，污水处理厂的运行效率直接决定了水的社会循环效率，自控系统在污水厂中的广泛应用是现代化污水厂的一个标志。自控系统是保证污水厂各个处理单元高效率运行的一个重要组成部分。本文的目的是通过介绍污水厂自控系统的设计原则、功能、组成与相关应用研究，对污水厂自控系统的发展进行了展望并提出了今后的研究方向。
关键词：污水处理厂；自控系统；设计浅析
引言
当前，由于我国水环境污染和水资源短缺问题，污水处理厂的排放标准日趋严格。《城镇污水处理厂污染物排放标准》规定，城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级A标准。除了上述国家标准，各地还出台了更为严格的地方排放标准。污水处理厂提标改造主要是提高COD、氨氮、总氮、总磷等排放指标。要达到上述要求，就要对污水处理设施和处理流程进行重新设计，厂内电气系统、自动化系统不可避免地也需进行改造。污水处理厂提标改造工艺设计一般会增加污水深度处理设施和处理流程，增加用电负荷、用电设施和控制设施。电气、自控设计需针对不同污水厂的改造需求提出不同的方案，但是根据电气自控的专业特点，在改造设计时，也应注重遵循一些共性的设计要点。
1 设计原则
污水处理厂的自控系统主要由PLC和上位机组成的监控系统、现场仪表采集系统以及防雷接地系统三部分组成。系统配置和功能设计按各工艺处理阶段“现场无人值守，中控少人操控”的原则进行，并遵循如下要求：（1）高可靠性：具有完整的自诊断功能，且上位机监控软件具有冗余和容错及灾难性恢复等功能，整个控制系统通信网络采用以太网环网拓扑结构。（2）灵活性：根据污水处理工艺流程，采用模块化设计，分层分布式结构，各个部分之间既相互独立又相互联系；扩展方便，可用性、可维护性好。（3）实时性：现场所有设备的启停、运行状态以及整个污水处理厂各工艺环节的运行参数均可由中控室实时、动态监控，滞后时间短。
2 污水处理厂自控系统发展现状
国外经济发达国家对城市污水进行了长期、有效的治理，在人力、财力和物力方面的投入较大，并率先使用水处理新理论、新工艺、新技术和新设备，实现对污水的自动化控制和处理。相较于国外而言，我国污水处理自控技术还处于起步阶段，早期的污水处理缺乏自动化、信息化技术的支撑，自控技术相对落后。当前，我国污水处理还处于手动操作和半自动化控制的状态，一些小型污水处理厂仍采用常规仪器设备对污水处理工艺中的流量、温度、浊度、pH值等指标进行采集和分析，由操作人员负责污水处理各个工艺环节的控制和管理。在该背景下，污水处理的稳定性较差，难免会出现错误，降低出水水质。目前，我国部分中、小型污水处理厂加大了资金投入，将自动化设备引入污水处理工艺流程中，采用了半自动化控制的方式进行污水处理，成立了污水处理数据控制室，负责采集、传递和分析污水处理全过程的数据，实现对部分污水处理设备的自动开启、关闭控制；而在部分设备的工艺流程中还仍旧采用人工操作、记录的方式，这种半自动化的污水控制方式无法保持生产工艺流程的连续性和稳定性，不利于出水水质的提高。未来的污水处理控制技术要向全自动控制的方向发展，形成以计算机技术为基础支撑的多层级网络自控系统，成立中央控制室，由计算机自动化系统实现对整个工艺流程的全程无人值守控制和监测，使污水处理生产作业现场的所有设备、在线运行数据等传送到中央控制室，统一实现对污水处理工艺流程的自动化调度和指挥。
3 污水处理厂自控系统设计
3.1 信息化管理系统更新、扩容及改造
改造管理平台应实现对基础PLC系统的统一集成，包括SCADA系统软件扩容更新，操作界面在原有工艺监控图形和数据上进行扩充，整合新老实时数据库和历史数据库等方面。信息化平台系统还可增加运维相关的软件模块，如能耗管理系统、设备管理、报表管理、人员管理、安全管理等若干功能模块。信息化改造后，可完善生产控制，实现流程调度实时化、日常管理制度化、服务规范化人性化，实现管理过程与生产过程的无缝集成，实现对自动化生产与信息化管理的融和，有效提高信息管理水平。
3.2 系统控制功能要求
所有现场设备都具有三种操作模式：（1）就地操作模式：设备的现场操作箱的“就地/远程”选择开关旋转到“就地”方式时，通过现场操作箱上的启停操作按钮，可以实现对该设备的启停操作。（2）远程手动操作模式：现场操作箱的“就地/远程”开关旋转到“远程”方式时，操作人员通过触摸屏或者上位机操作站的监控画面用鼠标或者键盘可以对设备进行启停操作。（3）远程自动操作模式：现场操作箱的“就地/远程”开关旋转到“远程”方式，且触摸屏的“手动/自动”设定为“自动”方式时，完全由各PLC根据污水处理厂的工况及生产要求来完成对设备的启停控制。无论现场设备处于上述何种工作模式，现场人员在任何紧急情况下，都可以在操作箱上拍“急停”按钮对该设备进行紧急停止。
3.3 中间控制层
中间控制层主要选用光纤工业以太网或相对成熟的工业总线网络，将工作监控站、各控制站进行链接，采用西门子PLC控制的混合结构通信方式，实现对各控制站设备的数据采集和监测分析。以某污水处理厂为例，其共有三个现场控制站点，其中：1#现场控制站点在细格栅间配电室内，包括电动进水阀、变频控制泵、空压机、电动排泥调节阀和沙水分离器等；2#现场控制站点的PLC控制箱在污水厂变电所，包括厌氧池潜水搅拌器、表面曝气机、回流泵、排泥泵和刮泥机等；3#现场控制站的PLC控制箱则在污泥回流泵房，包括带式压滤机等设备。在中间控制层的站点中，通常选取西门子S7-300控制器作为系统控制器，并通过工业以太网进行控制站点的信息传送，在上位机设定变频器的速度给定值，获取变频器的反馈速度，控制所有泵的开启、停止操作，并直观可视地呈现出运行状态信息，如泵的运行状态、变频器故障、流量和液位等信息。
3.4 污水处理厂电气工程自控系统的设计
按照污水处理厂的工艺流程，增设相应的现场PLC控制站以及检测仪表，并将中心控制室设于地上。自控系统采用PLC控制系统，系统采用工业界目前流行的控制模式，即开放的计算机网络系统加上流行通用的组态软件以及可靠通用的PLC模块，系统配置和功能设计按各工艺处理阶段无人值守的原则进行。对于厂内监控系统按分层分布式原则设计，系统分为2层：中控室层和现场控制单元。在中控室层能集中监视厂内设备的实时运行情况，并可通过PLC独立完成设备的监视和控制功能。现场控制单元除接收中控室层指令并向中控室层传送数据外，还可内部自成相对独立的计算机监控系统。通过PLC和现场操作员终端可以独立完成厂内相关设备的监视和控制功能。根据工艺特点及全厂平面布置，拟设一个中央控制室和七个现场控制站。七个现场控制站分别为反冲处理控制站、加药间控制站、脱水车间控制站、除臭控制站、紫外消毒控制站、反硝化滤池控制站和除碳硝化滤池控制站，反硝化滤池和除碳硝化滤池采用电磁阀岛。
4 结语
对电气工程自控系统在污水处理工艺中的运用进行探索，是非常重要和非常必要的，通过对自控系统合理地进行使用、管理和维护，能够有效缓解水污染问题，更能满足可持续发展的要求。
参考文献:
[1]周斌.小型城市生活污水处理厂电气与自控系统设计[J].自动化应用,2017,04:48-50
[2]周宇.污水处理厂自控系统的设计与应用研究[J].能源与环境,2016(5):15-16.