DCS自控系统在污水减排处理中的设计

楼华敏 詹少林 管敏琳 娄小丹

（1 中煤科工集团杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201 2 中国联合工程有限公司 浙江杭州 310052）

引言

DCS 自控系统是污水处理工程中的重要部分，其整体设计的质量和控制设备的选择是提高自控系统性价比的主要环节，也是实现科学的成本控制和节能减排的重要途径，从而将水资源做到科学的节约，使企业所应获得的经济效益扩大化[1]。为此，技术人员和相关部门通力配合，对污水的处理问题进行深入研究，在保证处理水质达到排放标准的同时，注重污水处理过程中的节能与降耗，实现科学增效，让污水处理水平提升到一个全新的高度。

1 DCS 自控系统设计的概述

1.1 DCS自控系统的概念与特点

DCS 系统即一种分布式的控制系统，也可将其称为集散式控制系统，是基于集中式控制系统，借助通信网络连接来完成全过程监控，涵盖计算机、通信与控制等多个技术，可以轻松实现分散式控制、分层次管理的目标。该系统不仅具有灵活性，即根据所需的组态软件来完成软件的配置，使系统设计与工作需求相契合，同时还带有极强的可靠性，由于DCS 系统可以在多台计算机上分布和使用，那么即便一台计算机出现突发故障，却不会影响整个系统的运转[2]。除此之外，DCS 自控系统还彰显出一定的开放性，可在模块化的设计中对系统功能进行针对性的拓展，满足不同的工作需求。

1.2 DCS自控系统设计的原则

污水处理自控系统的设计可以将污水处理的最终效率做到极大程度的提高，更是将处理成本科学降低，但污水处理厂的构筑物呈现出分散性，总自控系统需要科学控制各分控系统，所以工作人员必须谨遵DCS 自控系统的设计原则。

（1）实用性与经济性，即保证系统的设计可以满足污水处理厂各阶段的污水处理需求，也应将造价降低[3]。

（2）可管理性与先进性，即让自控技术在更新中与自控系统的前行需求同步，同时为后续的系统维护与扩展带来便捷。

（3）节能降耗和可靠性，该系统设计需要让工作人员易于上手操作，在实际工作中能做到长时间的安全运行，从而将维护费用做到不断减少，却能在系统的设计与优化中减排并增效。

（4）和谐共生原则，工作人员会根据污水处理系统当中出现的生物与非生物两者之间存在关系进行分析，考虑到共生特点与需要，将污水成功引入具有一定生态性的系统当中，保证生态环境不会受到多种因素影响。那么，生态系统当中存在的生物能够凭借自身能力对非生物做到及时吸收和有效降解，从而实现生态平衡并达到共生状态。

1.3 DCS自控系统的控制方法

对于预处理系统而言，工作人员会通过分控站来完成进水量、pH 值、设备运行等的数据收集，一是在进水泵的控制中，要设计4 台潜污泵，做到3 用1备，其中1 台为变频调速装置，同时借助PLC 系统测定水位，依托变频水泵的实际转速保证水位静止，通过机械轮换水泵的使用将水泵运行时间做到科学等化；二是格栅的控制，要在预处理工作中选择2 道粗细不同的格栅，将各类型的悬浮物做到有效拦截与快速分离，也可在PLC 监控中启动格栅，实现液位系统的故障预防。

对于生化处理系统而言，一是中心配电控制室能够完成设备运行的实时监控、ORP 和MLSS、污泥泵房pH 值等的收集，对电气参数进行科学掌握；二是做好表曝机在2 座氧化沟的安装，要求有4 台应具有变频调速功能，可在中控室中对溶氧值的范围进行监控，获得DO 并借助表曝机的作用为微生物的成长创造所需的条件，从而可以将微胶团做到科学构建。在此基础之上，工作人员会考虑到能源节约实际需求，对太阳能技术进行科学与合理利用，从而将电能整体消耗情况做到有效减少，保证污水处理工作极具环保性与绿色性。

2 污水减排处理中DCS 自控系统的设计

2.1 系统结构的选择与分配

在污水减排处理过程当中，技术人员要对DCS自控系统的结构进行科学选择，可以借助二次监测的方式来完成污水处理的减排，同时也应优化分配模式。由于整个污水处理厂的中心监控层多是在中央控制室中根据需求来建立起极为全面的PDS，即过程数据站，对处理过程中的模拟图形、各处理阶段产生的数据和检测信息等做到全面展现与显示，同时根据污水处理的目标值来进行控制，从而做到节能减排处理。

技术人员结合程序的设置来创建各类表格，对每一次的操作记录、趋势曲线的实时绘制等进行存储与控制[4]。在DCS 自控系统的运行中，收集站内发出的模拟信号，也能获得相应的脉冲量，为保证系统结构的完整性和数据的传输质量，技术人员在中央控制室使用的PDS 系统中使用数据总线，从而可以随时对系统下达的控制命令做到准确和实时接收[5]。除此之外，污水处理厂还应考虑多种系统结构的特点来进行科学的选择，例如，DCS 系统、现场总线系统多是用于控制点多，同时污水处理的厂区规模大的系统，而基于PC 控制的系统可满足控制点较为集中的小型控制需求。

2.2 DCS系统的组成

正常来讲，DCS 系统极具复杂性，是由三个部分构成，一是管理级，涵盖操作员和工程师的工作站；二是控制级，包括PLC1-PLC4 控制站；三是现场级，由现场总线接口、I/O 模块组成。该系统中，控制器是整个污水处理系统中的核心所在，需要多个控制站的配合才能保证操作是节能性，让处理愈发高效；现场级则是完成各系统功能的先决条件，也是对系统进行科学扩展的基础；对于管理级，隶属系统的中心部分，需要在各级的配合下进行实时的监控与全面化的管理，从而保证DCS 系统的安全运行[6]。

在不断的实践中，技术人员巧用CASS 工艺，借助格栅井、加药间、脱水机房、CASS 池等的配合，实现SBR 工艺的改进，让DCS 系统的组成愈发科学和合理。例如，在SBR 工序中，技术人员认识到SBR 反映池是污水处理过程的核心，随之对其进行优化，将大分子有机物在该环节中做到科学分解，成为小分子的有机物并转换为H2O、CO2，可见SBR 的自控在整个处理过程中是尤为重要的。

除此之外，在硬件的配置中，技术人员还应重视网络的选择，为远程查询工作带来一定的促进。例如，在工程师站内配备组态软件，从而能够完成系统的有效维护，同时在操作员站内做好监控管理，让平台得以有效完善。技术人员对主控卡、供电单元、I/O站等做到科学选择，对冗余配置进行针对性的优化，保证DCS 系统的组成和设计方案更加可行。

2.3 DCS系统的设计

为保证DCS 自控系统可以产现污水处理的节能减排，技术人员可为DCS 体系性充配备1 个通信站、2 个控制站和多个操作员站。对于控制站而言，其所肩负的任务却完成各类参数的显示，在DCS 系统中进行污水处理设备的控制；通信站则是完成交换数据与集成PLC 系统的结合。

在进行控制站配置工作的时候，实质内容就是JX-300XPDCS 系统所进行的过程控制关键设备，这主要被分为四个方面的建设内容，即供电单元、I/O卡件、数据转发卡和主控制卡四个内容，在这其中，主控制卡是最为关键的内容，从中能看出，主控卡安装工作十分重要，一般情况下，机架会专门设置一个槽位，然后将主控卡安装于这一专门的控制槽位中。

操作员站的配置，主要是指JX-300XP 操作员站所具有很多的硬件，这些硬件构成了操作员站配置，在这其中，包括了工业PC 机、彩色的显示器和鼠标、键盘、SCnet 网卡，专业操作人员的键盘等等。在污水处理工作中，整个处理过程依据控制规模，安装了一台打印机和三台操作员站，各个操作员站都能够实现系统所有的流程画面，同样，也能够根据相关的参与来进行调节，对整个系统中的监控和控制操作等功能来进行操作。

网络的配置，主要是指JX-300XPDCS 的通信网络分为三层，分别为信息管理网、过程控制网、控制站内部I/O 控制总线，这被称为了SBUB。

一直以来，DCS 重点都是控制，但是现代发展更加注重于全系统信息综合的管理，这就需要实施从最底层的实时控制和优化控制逐渐转变为生产调度和经营管理上，以一个最高层的战略决策来形成具备较强柔性和高度自动化的管控一体化系统。

3 DCS 自控系统在污水减排处理过程中的应用

3.1 预处理环节的应用

在污水排入调节池后，技术人员运用DCS 自控系统对池内温度节点进行控制，待水温与设定值相同时，将污水排入絮凝沉淀池，运用电磁流量计完成污水计算结算。在石灰泵与阀门打开状态下，技术人员加入已按照科学比值调配而成的熟石灰溶液，不仅将污水pH 值做到改善，也加污泥脱水能力增强。同时会对每日排出的浓缩污泥进行污泥脱水，提高处理效率，做好污水减排。

3.2 水解配化环节的应用

技术人员结合厌氧菌能够将污水原液当中COD与BOD 进行去除的特点，完成污水脱硫处理工作。在此基础上，根据工艺要求，结合塔顶、塔釜位置温度为参考，通过DCS 系统设计塔中温度，减少蒸汽流量给温度带来的影响，保证蒸汽流量控制质量，使得塔内温度恒定，使脱硫后的污水可以成功排至SBR 池，保证污水减排处理质量。

3.3 SBR环节的应用

SBR 反应池可谓DCS 自控系统运行的关键，也是污水处理的核心部分。技术人员可以借助SBR 反应，运用间歇曝气手段将活性污泥污水进行科学处理，污水当中存在的大分子有机物会巧妙分解成一种小分子有机物，最终形成H2O 和CO2，同时集反应与沉淀于一池，实现高质量污水处理，从工艺上减少污水处理厂能耗总量。

3.4 接触气化环节的应用

该环节为曝气池的继续，可以借助重力沉淀相关管理，对污泥悬浮物进行处理。在此基础上，技术人员运用DCS 自控系统定时开启吸泥机，合理地将污泥刮入污泥浓缩池当中。除此之外，在二沉池位置对水进行相应过滤与消毒，保证与国家规定排放标准相契合，还可进入回水系统，实现水资源再次利用，满足污水减排处理实际需求。

3.5 污泥脱水环节的应用

在污泥排入浓缩池之后，将形成污泥滤饼，其含水量极低，可送入回转窑进行燃烧，形成无害气体与水，再进行相应排放。对于灰渣的处理，工作人员可以选用深埋方式，降低污泥后续处理费用，从而节省投资与占地，达到新时期下污水减排处理的目标，发挥出DCS 自控系统应有作用。

结语

在新时代下，DCS 控制系统可以借助科学的整合方式与自控软件，在软件界面的优化中满足污水处理的多种需求，让处理方式愈发可行和高效，同时也能够在相应程度上减少投入的整体成本，更是DCS 自控系统的设计与优化中将运行的稳定性做到极大程度的提升，为周围环境带来切实有效的改善，通过数据的快速交换与计算来完成不同的污水处理任务，一方面可以将整体的能耗做到降低，另一方面能够缩短污水处理的周期，实现更高层次的集中管理与处理，不仅节能，更可增效，为企业在各时期的绿色可持续前行带来一定的促进。