摘 要：目前，中國在污水處理自動化控制系統方面，水平普遍低于世界標準。本文主要論述了污水處理的基本概念以及污水處理的主要方式，通過介紹污水處理技術的應用實例，分析污水處理技術在實際生產中產生的效益及應用方面的前景。

引言
        隨著中國工業化和城市化的發展，工業和生活的污水處理顯得十分重要，而污水處理系統則為重中之重。長久以來，污水處理技術雖然經過了快速發展，但仍然滯后于工廠和城市發展的需要，污水處理率低下、設備運轉效率低等嚴重地影響了城市發展。污水處理系統的主要功能就是要完成對污水的凈化作用，將工業和生活中排除的污水通過該系統處理后，輸出符合國家標準的水質。為實現污水處理技術的高效、簡易、低能耗的功能，且實現自動化的控制過程，使用液位計作為核心控制器是個行之有效的方案。

        雷達液位計作為污水處理系統的中樞神經，使設計和使用過程變得更加簡便，實現的功能更多。由于液位計的CPU有著強大的通信能力，使污水處理系統的數據傳輸與通信變得更加快捷，并且也可實現遠程監控。通過與其他人機界面的通信可完成對液位計控制系統的監視，同時也可以用戶操作控制界面控制液位計系統。

1 污水處理系統的發展進程
        控制系統在早期多采用繼電器——接觸器控制系統，隨著電子技術的高速發展，對控制系統要求的不斷提高，這些控制方法已不能滿足現代化污水處理系統的控制要求。因此，已經被逐漸淘汰，取而代之的是DCS、現場總線控制、液位計等控制方案[1]。

雷達液位計的主要特點有：
        ◆ 使用靈活、通用性強。
        ◆ 可靠性高、抗干擾能力強。
        ◆ 接口簡單、維護方便。
        ◆ 體積小、功耗小、性價比高。
        ◆ 編程簡單、容易掌握。
        ◆ 設計、施工、調試周期短。
        使用雷達液位計作為控制器的污水處理系統主要涉及兩個方面：一是采集信號輸入；二是控制信號輸出。

2 系統概述
2.1 控制系統流程圖[2]

2.2 系統組成部分
2.2.1 粗細格柵
        粗格柵是用于截流污水中的較大漂浮物，防止提升泵的阻塞，減輕后續處理的負荷；而細格柵是為了進一步去除掉污水中的細小懸浮物[3]。

2.2.2 提升泵
        提升泵是為了將已通過了粗格柵的污水經過細格柵達到zui高點，以滿足后續處理的水力要求。
2.2.3 曝氣沉砂池
        曝氣沉砂池主要是為了去除污水中的惰性無機物和有機物等較重物質，為后續處理做準備。
2.2.4 反應池
        反應池包括氧化溝和消毒池，是整個污水處理系統中的核心單元。雷達液位計通過液位計、溫度傳感器、液位傳感器，以及PH計等傳感器的信號變化，向水泵、攪拌器、鼓風機和各個閥門發出相應的信號指令，并通過水泵和攪拌器的啟/停來實現反應池中污水處理的自動控制。

2.2.5 二沉池
        二沉池的主要作用是使處理后的污水與污泥分離，使混合液澄清、濃縮和回流活性污泥。

        整套污水處理系統由多個監控點組成，包括泵運行狀態、液位、濁度、PH值、溶氧等。每臺設備在其現場就地按鈕箱上輸出有狀態信號：故障、運行/停止、手動/自動；輸入有啟動信號。為使現場與液位計完全隔離，雷達液位計所有數字量與就地按鈕箱之間加有繼電器隔離，所有輸出信號由液位計下位機程序或上位機指令控制。

        系統被分為手動操作和自動操作，手動操作是為了在設備調試和維護時使用，系統平時以自動操作方式為主。各個水泵、攪拌器等設備的啟/停、主備用切換都由液位計中的程序自動生成，無需操作人員干預?，F場設備的運行信號通過雷達液位計的上位機顯示，從而實現全場設備運行的全面控制。

3 雷達液位計的選擇
        系統在雷達液位計硬件方面，下位機主要采用西門子的S-300系列的雷達液位計，操作站采用DELL系列的計算機。這兩大國際品牌的組合在穩定性方面，惡劣環境下都有不俗的表現。這樣就為整個系統的可靠性打下了堅固的基礎。在軟件方面，本系統采用了西門子STEP7與WINCC的組合，這套軟件在兼容性、穩定性，也有不俗的表現，是西門子官方推薦的一套軟件。在操作方面，系統的操作方便、畫面直觀、易懂、功能劃分詳細、易操作，使得操控人員能夠在很短的時間內上手，提高工作效率[4]。

4 控制系統下位機的程序設計
        以格柵為例，格柵的運行由格柵前后的液位差來自動控制，也可由運行時間來控制。
        選擇“液位差控制”方式時，當格柵前后液位差大于設定值時，格柵將自動運行，直至格柵前后液位差小于設定值時，格柵將自動停止。
        選擇“時間控制”方式時，格柵將按設定的運行時間自動運行，當運行時間到時，格柵將按設定的間隔時間自動停止，當間隔時間到時，再次運行，如此反復。如圖2所示為邏輯組態。

邏輯圖說明：
        當格柵機被選擇為自動模式、按時間模式運行，且累計運行計時時間未到，則以分鐘為單位，發出運行計時脈沖信號。
        當格柵機被選擇為自動模式、按時間模式運行，且累計運行計時時間已到，則以分鐘為單位，發出停止計時脈沖信號。
        當格柵機在時間模式運行時，累計運行計時，當累計運行計時與運行時間設定值相等時，格柵機停止運行。
        當格柵機在時間模式停止時，累計停止計時，當累計停止計時與停止時間設定值相等時，格柵機啟動。

        提升泵的運行由液位信號來控制，當實際液位高于液位下限低于上限時，1號提升泵啟動，進行排水；當水位高于液位上限時，2號提升泵啟動，此時兩個水泵同時工作。當水位低于液位上限高于下限時，2號提升泵停止；當水位低于液位下限時，1號提升泵停止工作，此時兩個水泵同時停止，重新往池中注水。1號提升泵和2號提升泵為變頻泵，另有一臺3號提升泵作為備用。如圖3所示為邏輯組態。

5 控制系統上位機的畫面設計
        流程圖，即用抽象的圖形畫面來模擬實際的污水處理過程及其相應的設備。使用動畫連接已實現模擬現場的各個設備的運行情況，特別是主要的工藝參數、以方便操作人員及時掌握現場情況，并發現問題，及時解決問題，也為生產指揮和管理提供了極大的方便，實現了遠程控制，提高了生產管理效率。運行和調試則是用西門子的組態軟件來仿真液位計，用以提供現場的模擬數據，以確保各動態點處于正確的連接狀態。以提升泵房的流程圖為例，其畫面中顯示了在自動狀態下，操作員需要設定變頻器的頻率。在手動狀態下，操作員可對泵和閥進行運行/停止（運行為綠色，停止為紅色），開/關（選擇開時顯示為“開命令”綠色，未選開時顯示為“未選開”灰色，當點擊“未選開”按鈕發出開閥命令變為“開命令”按鈕后，直到閥門狀態為“全開”時，開命令消失，按鈕變回為“未選開”按鈕；選擇關時顯示為“關命令”紅色，未選開時顯示為“未選關”灰色，當點擊“未選關”按鈕發出關閥命令變為“關命令”按鈕后，直到閥門狀態為“全關”時，關命令消失，按鈕變回為“未選關”按鈕），主/備用（主為黃色，備為灰色）切換等操作。點擊“自動”按鈕，則將按照邏輯順序運行。如圖4所示。

        在參數設定頁面，可對格柵的運行時間和格柵前后的液位差設定值，以及提升泵的啟停液位設定值進行設置，方便操作員的操作。

6 結論
        本文以污水處理自動化控制系統設計為工程背景，主要是設計污水處理自動化控制系統，涉及到了系統的硬件設計、軟件設計。

        根據污水處理實際的工藝流程和設備分布，作為現場控制站的液位計硬件、軟件設計在較長時間內，可以實現污水處理過程的自動控制，但隨著污水處理規模的不斷擴大，工藝控制要求的不斷提高，其常規控制將越來越不適應。同時，隨著時間的推移，技術的不斷更新，還需要進一步完善系統整體的性能，提高系統控制精度、可靠性及更加全面的功能。

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