近年来，各地利用外资建设了一批城镇污水处理厂，并引进先进工艺和设备。 在提高工艺装备技术水平的同时，控制系统和管理水平也得到了很大提高。 这就结束了污水处理全部采用人工或简单电器控制的落后局面。

唐山西郊污水处理厂建于20世纪80年代中期，日处理能力3.6万吨。 由于历史条件限制，全部采用国产设备，工艺设备采用人工操作或简单电器控制。 操作过程中工艺参数的调整大部分是凭经验进行的。 这种低水平的运营管理状况在很大程度上影响了正常运营。

污水处理成套设备综合智能自动化系统的发展目标是对污水处理运行过程的综合控制和全厂管理系统进行研发，实现污水处理成套设备的自动化控制和现代化管理。污水处理全过程。

针对自动化系统的发展趋势和西郊污水处理厂的现状，现场总线技术、智能控制、故障诊断以及常规的DCS和PLC技术是发展的重点。

系统按照垂直分层、水平分站的原则构建。 它纵向分为远程终端、计算机集成生产系统、控制网络和现场设备等各个层次。 横向上根据污水处理工艺分为多个控制站。 用户可以根据自己的实际情况合理选择系统的配置。 考虑到污水处理厂的改造和发展，系统具有很强的可扩展性和兼容性。 针对污水处理工艺，开发智能控制软件，实现污水处理工艺运行参数和运行过程的自动控制。 开发了相对独立的车间单元级设备及控制系统，并根据污水处理工艺及DeltaV系统的配置要求，将控制功能分配给两台DeltaV控制器，其中1号控制器主要监控预处理工艺生产工艺。 。 包括三索格栅、污水泵等设备。 由于沉淀池和初沉池工艺设备均采用开关控制，且距离1号控制器较远，故选用PLC来控制这些设备的运行。 PLC与1号控制器通过RS-485总线连接，并按照相关协议进行数据通信。 2号控制器监控二级处理工艺的生产过程，包括曝气池、二沉池、鼓风机和回流污泥泵。 污泥脱水工艺开发了PLC控制系统，通过RS-485总线与2号控制器连接，运行数据也通过相关协议上传至中控室。 全厂工艺运行控制系统可分为污水泵及三缆格栅自动控制、预处理工艺自动控制、曝气池溶氧及鼓风曝气自动控制、混合液浓度自动控制污泥回流至曝气池。 控制、二沉池泥水界面检测、污泥排放自动控制、污泥自动脱水过程等六个控制单元。

2各单元控制系统

2.1污水泵及三缆格栅自动控制系统

污水泵机组配备4台污水泵，其中2台采用变频器控制。 2组自启动。 一般情况下，两台污水泵同时工作，即：一台变频器控制泵和一台自启动泵（恒速）。 根据集水井的液位和总流量要求，一台恒速泵工作时，通过变频器控制调节泵以满足运行需要。 中央控制室的DeltaV控制污水泵的运行。 三索格栅是系统实施过程中新开发的装置。 为了满足系统控制要求，电气控制部分增加了远程控制功能。 在远程控制状态下，DeltaV控制其操作。 三索格栅的运行间隔根据进水量确定。

2.2污水预处理过程自动控制系统。

1、旋流沉淀池及砂水分离器控制系统

项目中该系统新开发的设备设施包括：旋流沉砂池2座； 罗茨鼓风机3台，无轴螺旋砂水分离器1台，电磁阀11个。 该系统电气控制元件较多，动作复杂。 为此，采用PLC作为主控制器。 控制方式有自动、集中控制、手动。 该控制方式可分为单独工作或同时工作。 系统传递中控室DeltaV系统的信号包括： 故障信号：当电机出现故障时，中控室DeltaV系统报警，值班人员能够及时、准确地处理故障。 中控信号：将现场控制旋钮旋至“中控”位置，中控室收到中控信号，中控触点闭合即可进行中控。 电机运行信号、提砂信号、洗砂信号便于中控室监控。 该系统还配备了2台启闭机、1台pH计、2台阶梯格栅和（新开发的）1台皮带输送机。 其控制检测信号通过MODBUS通讯传输至中央控制室的DeltaV系统。 它是一种中央控制/手动控制方式，基于污水处理过程的数学模型进行控制。

2、沉淀池自动控制系统

该系统共有4个沉淀池，每个沉淀池配置4个电动排泥阀和1个泡沫刮刀。 电动排泥阀具有现场手动和远程操作功能。 反馈给上位机的信号有运行、停止、手动/自动、开阀到位、关阀到位、阀门故障等信号。 刮刀的控制信号也反馈到上位机的PLC。 主控制器根据工艺要求按时间函数控制刮刀和电动排泥阀，并通过MODBUS通讯将相关反馈信号传输至中央计算机。 控制室的DeltaV系统用于检测。

2.3 曝气池溶解氧及鼓风曝气自动控制系统

系统由鼓风机及曝气装置（鼓风机、送风管、曝气管）电动调节阀、溶解氧传感器和DeltaV控制器组成。 每个曝气池溶解氧含量的控制由溶解氧传感器、控制器、综合参数流量控制器、电动调节阀组成串级控制回路。 通过调节阀门开度，使溶解氧保持在工艺要求的范围内。 总空气曝气控制回路由溶解氧传感器、综合参数流量控制器和变频器组成。 通过调节风机转速来控制鼓风总量，可以在满足曝气池供氧的前提下降低鼓风机的功耗。

总风量控制回路采用综合考虑平均溶氧、进水量、MLSS等工艺参数的控制算法。 鼓风机出口处没有安装流量计，只有现场总线压力变送器用于检测鼓风机出口压力。 所以。 根据鼓风机的性能曲线进行流量调节。 （附件4）

2.4曝气池混合液浓缩及污泥回流自动控制系统

该系统由四个级联控制回路组成。 每个回路包括混合液浓度传感器和控制器、回流污泥流量传感器和控制器、电动调节阀。

在混合液浓度控制系统内回路中，由于执行机构-电动调节阀和检测仪表-多普勒流量计均存在一定的纯滞后时间，对于这种控制现象常规控制效果较差，因此采用采样值PI控制作为串级控制系统的控制器。 活性污泥废水处理过程是一个生化反应过程。 其对控制系统的要求是使混合液体的浓度保持在一定范围内。 为了防止回流污泥调节阀动作过于频繁，对混合液的浓度进行控制。 系统控制器采用“采样保持增量控制”方式。 这种控制方法模拟手动控制。 控制器每隔一定时间采样检测混合液的浓度，并将该值与上次的监测值进行比较。 比较得到区间内的变化量，然后根据当前混合液浓度与混合液浓度控制范围中值的差值，计算出主控制器到从控制器的给定流量。

2.5二沉池泥水量界面检测及排泥控制系统

该系统由泥水界面计、无线数据传输装置和工控机组成。 采集到的二沉池泥水界面值通过无线发射模块发送至无线接收模块，再通过RS--485总线传输至中控室工控机。 机器对泥水界面的数字信号进行校正和处理后，使用工厂控制网络向DeltaV系统传送实时泥水界面。

污泥排放控制系统中的DeltaV系统、污泥回流泵变频器、污泥排放电动阀等作为系统的控制和执行单元，完成二沉中泥水界面值的控制坦克。

2.6污泥脱水过程自动控制系统

作为一个相对独立的控制单元，开发该系统的目的是根据污泥量和污泥浓度来调节絮凝剂的投入量，使污泥脱水过程能够在最佳絮凝状态下运行，并且无需计量改变污泥脱水工艺。 无需检测的人工经验式工作状态，实现了污泥脱水工艺生产过程的自动控制，构建了运行过程主要工艺参数在线监测并参与实时控制的自动化系统。

根据污泥脱水工艺及需要控制的设备数量，仍采用PLC作为控制计算机。 控制方式分别为手动和自动。

手动操作模式下，可根据工艺要求、现场设备情况以及污泥与絮凝剂的反应情况进行手动操作。 阀门控制器和定量控制器也设置有手动/自动两种工作模式。 手动工作方式下，直接通过面板上的按钮进行操作。

自动运行阶段，关键是控制阀门开度、加药泵加药量、加药泵转速、泥浆阀开度。 但由于加药量和阀门开度控制存在一定的延迟，给泥阀和加药泵的控制是一个带有滞后的多因素非线性控制。 为了使控制准确，需要额外的步骤。 智能控制，选用专家系统控制阀门开度和定量阀门。 阀门开度控制在0～100%之间，计量泵流量控制在0～300m3/h之间。 阀门开度和计量泵的转速由PLC的模拟量输出控制。

专家系统模型的基本思想是：在确定一定加药量（即确定定量泵转速）的前提下，根据检测结果确定一定浓度范围内阀门的开度的污泥浓度。 如果按一定阀门开度计算污泥流量过小，则可判断污泥管道或阀门堵塞。 此时可将阀门开至100%，用中间池中的污泥进行冲洗。 堵塞问题解决后，将阀门开到相应的程度。 通过控制柜面板上的显示仪表，可以微调阀门开度，也可以调节药物的用量。 在另外加药量的前提下，还可以利用专家系统在一定污泥浓度下自动调节阀门开度。

在该厂的整个控制系统中，不考虑中央控制室对污泥脱水单元过程进行控制。 只需建立机组与DeltaV系统之间的通讯方式，中央控制室操作人员即可掌握污泥脱水机组的运行状态。

3故障诊断专家系统

该系统根据污水处理过程的诊断对象和故障发生特征（主要是物理和生化变化），提出了过程故障诊断的总体方案。

由于污水处理是一个以物理和生化变化为主的相对缓慢的过程控制过程，产生的故障大部分是参数故障，污水处理工艺的运行过程属于小品种、大批量连续生产类型，并且生产过程是连续的。 物流和能源的流动不断，工序顺序紧凑严格，工艺流程基本不变，缓冲空间小，生产平衡稳定，并伴随着一系列的物理生化变化，有整个过程中存在突变和不确定性因素，对管控的协调性、实时性和可靠性要求较高。 设备运行的环境比较复杂。 故障和停工造成巨大损失。 故障常常以连锁的形式发生。 这样，故障和停机就会造成巨大的损失。 因此，必须对故障进行诊断，以确保安全运行。

根据污水处理过程的故障诊断特点，提出了一种检测诊断与决策支持系统。

故障诊断系统的数据采集通过现场总线和网络实现，其架构分为工厂级、车间级和现场级。 通过现场级、车间级自动化监控集成系统，主要完成底层设备在线控制、通讯联网、设备状态在线监测、现场设备运行和生产数据采集存储统计等功能。级网络，将传输到控制器的在线数据通过控制器与现场设备之间的I/O连接或现场总线的数字通信网络，按照预定的协议传输到上位机，并存储在数据中