控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體,，可實現(xiàn)串級,、前饋,、解耦,、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法,。DCS的構(gòu)成方式十分靈活,，可由專用的管理計算機站、操作員站,、工程師站,、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成,，也可由通用的服務(wù)器,、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。
處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站,、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制,，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理,，如各種優(yōu)化計算,、統(tǒng)計報表、故障診斷,、顯示報警等,。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能,，如計劃調(diào)度,、倉儲管理、能源管理等,。
結(jié)構(gòu)
從結(jié)構(gòu)上劃分,，DCS包括過程級、操作級和管理級,。過程級主要由過程控制站,、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分,。操作級包括：操作員站和工程師站,，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用,，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少,。
DCS的控制程序：DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的,。
過程控制站的組成：
DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng),，主要由電源、CPU（中央處理器）,、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成
I/O：控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道,，這就是I/O,。DCS中的I/O一般是模塊化的,，一個I/O模塊上有一個或多個I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）,。
I/O單元：通常,，一個過程控制站是有幾個機架組成，每個機架可以擺放一定數(shù)量的模塊,。CPU所在的機架被稱為CPU單元,，同一個過程站中只能有一個CPU單元，其他只用來擺放I/O模塊的機架就是I/O單元,。
DCS在污水處理過程中的應(yīng)用
原有的污水處理控制系統(tǒng)由SBR反應(yīng)池PLC和現(xiàn)場顯示儀表組成,，其中PLC由于使用的時間較長，故障率明顯增高,，以至于控制主要由工藝人員手動完成,，并且因為現(xiàn)場環(huán)境的惡劣，現(xiàn)場儀表多被腐蝕,，運行不穩(wěn)定,，已經(jīng)影響了污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。最終選用了浙大中控JX300X DCS來對控制系統(tǒng)進行更新改造,，并更換了現(xiàn)場變送器,。
一、工藝流程
整個污水處理的流程由以下五道工序組成：
?。ㄒ唬╊A(yù)處理工序
來自各生產(chǎn)車間的工業(yè)污水排入調(diào)節(jié)池內(nèi),，由于水溫較高，不利于后面工序分解有機物的菌類生長,，需自然冷卻后方可排出,。池內(nèi)設(shè)一溫度節(jié)點，待水溫降至設(shè)定值時,，打開閥門使污水流入絮凝沉淀池內(nèi),。在廢水管道中安裝電磁流量計以完成對污水計量結(jié)算的功能。
沉淀池定時打開石灰泵及閥門,，加入按照比值控制配比好的熟石灰溶液,，以加強污泥的脫水能力及改善污水的PH值,，在若干時段內(nèi)離線采集池內(nèi)廢水，測量其酸堿度,。沉淀池底部的刮泥機定時工作,，將沉淀下來的污泥刮入絮渣沉淀池，再定時控制每日排出定量的濃縮污泥進入污泥脫水工序,。沉淀池中的上清液體經(jīng)加水稀釋后排入均質(zhì)池,，定時排入下一道工序。
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水解酸化的主要設(shè)備是四座厭氧脫硫塔,，分別接受四個均質(zhì)池中的污水原液，各加一電磁流量計做成本結(jié)算之用,。脫硫塔中培養(yǎng)的厭氧菌可以去處一部分污水原液的BOD,、COD，達到污水脫硫的處理目的,。根據(jù)工藝要求,，塔中溫度對厭氧菌的生長最為關(guān)鍵，塔頂及塔釜溫度作為參考量,。由于靠蒸汽閥門的開度來控制溫度恒定,，而蒸汽流量干擾對溫度影響最大，所以設(shè)計以塔中溫度為主控制點,，蒸汽流量控制為副回路的溫度—流量串級控制系統(tǒng),，保證了塔內(nèi)溫度的穩(wěn)定。經(jīng)過脫硫的污水排入SBR池中,。
?。ㄈ㏒BR工序
SBR是序列間歇式活性污泥法（Sequncing Batch Reactor AcTIvated Sludge Process）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù),。SBR反應(yīng)池是整個污水處理車間的核心,，污水中的大分子有機物在此被分解為小分子有機物，進而被分解為二氧化碳和水,。所以,，SBR反應(yīng)池的自控對整個污水處理系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的。
SBR池底部有大量活性污泥,，其主要組成部分為好氧菌,。好氧菌對于污水中的有機污染物有著極強的降解作用，其種群的多少與SBR池的污水處理能力有著直接的關(guān)系,。從反應(yīng)池內(nèi)一直進行的硝化反應(yīng)方程式來看：NH4++2O2→NO3-+2H++H2O+能量
只有有著足夠的氧分子,，硝化反應(yīng)才能正常進行，降解有機物的好氧菌才能存活；但氧氣過多又會導(dǎo)致大量泡沫產(chǎn)生,，污泥沉降性能下降,，能耗增加，所以對 SBR池的通氣量的控制最為關(guān)鍵,。通氣量為定時控制,，當(dāng)在線溶氧儀濃度示值偏差過大時，改變設(shè)定值調(diào)整進氣量時長,。污水進料閥以及排泥閥也均為定時控制,。 SBR池加裝投入式液位計控制閥門以防止污水溢出，安裝超聲波流量計對污水進行計量,，設(shè)溫度節(jié)點加熱水實現(xiàn)反應(yīng)池內(nèi)恒溫,。
（四）接觸氧化工序
本工序內(nèi)的一級,、二級接觸氧化池可以看作曝氣池的繼續(xù),，經(jīng)過充分的氧化后,，定時排入相應(yīng)的沉淀池中,，通過重力沉淀的原理，去除污泥等懸浮物,，定時驅(qū)動吸泥機將污泥刮入污泥濃縮池中,。二沉池中處理過的水經(jīng)過濾消毒后已符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接排放或者進入回水系統(tǒng)再次利用,。
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在以上工序中通過刮泥機將污泥排入濃縮池中經(jīng)脫水機脫水后形成含水量較低的污泥濾餅，送入回轉(zhuǎn)窯燃燒,，最終以無害的二氧化碳和水的形式排放,，其灰渣則做深埋處理。
污水處理中DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用
圖1 污水處理工藝流程圖
二,、控制系統(tǒng)
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本系統(tǒng)由1個工程師站、1個操作員站,、1個I/O站和過程控制網(wǎng)絡(luò)組成,，并通過以太網(wǎng)和車間主任的管理計算機相聯(lián)，實現(xiàn)遠程查詢遙控,。工程師站內(nèi)裝有組態(tài)軟件平臺可完成修改參數(shù)和系統(tǒng)維護的任務(wù),；操作員站是操作人員完成生產(chǎn)過程監(jiān)控管理的平臺；I/O站完成整個工業(yè)過程的實施監(jiān)控,，由主控卡,、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、 I/O卡、供電單元等組成,，為了確保系統(tǒng)的可靠性,，主控卡件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡為冗余配置,。
備有SP243X主控制卡2個,；SP313 4路模擬量信號輸入卡30個；SP322 4路模擬量輸出卡3個,；SP363 7路觸點型開關(guān)量輸入卡8個,；SP364 7路繼電器輸出卡10個?？偣矒碛蠥I信號108個,；AO信號8個；DI信號40個,；DO信號50個,。
（二）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
圖2 污水處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
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1．人機界面
顯示數(shù)據(jù)總貌,、各檢測點歷史曲線、各工序工藝流程圖以及現(xiàn)場各個閥門狀態(tài)等畫面,，并設(shè)置了不同的權(quán)限以保證系統(tǒng)的安全性,。
2．報表
于8:30、16:30,、0:30時出班報,，形式為：顯示當(dāng)前班溫度、流量的整點數(shù)據(jù),，流量累計,，閥門開、關(guān)時刻記錄,，設(shè)備運行狀態(tài),；每月出月報，形式為：以每天為記錄單位,，顯示流量的日均值（每日各正點記錄之和/24）,，月累計值，溫度的日均值（每日各正點記錄之和/24）,，同時能輸入其它數(shù)據(jù)進行編輯,。
3．SBR反應(yīng)池閥門控制：如圖3所示。
圖3 閥門控制算法流程圖
4．SBR反應(yīng)池閥門狀態(tài)報警：
如果曝氣池中的閥門出現(xiàn)故障而未及時發(fā)現(xiàn),，就會使污水在無充分降解的情況下排入下一道工序,，無法達到污水凈化的國家排放標(biāo)準(zhǔn),，造成較大損失，所以借助于智能閥門的反饋信號設(shè)計出閥門報警程序,，以便發(fā)生故障后及時處理,，減少損失。
報警定義為：閥門開啟/關(guān)閉動作后,，12秒內(nèi)無反饋信號便視為閥門故障,，用聲光報警方式提醒維護人員前去排除故障恢復(fù)生產(chǎn)。
三,、結(jié)束語
在浙大中控JX300X系統(tǒng)投入使用以來,，其穩(wěn)定性以及人機界面的友好和豐富的控制功能均比原來的控制系統(tǒng)提高很多，得到了工藝人員和自控維護人員的好評,，為實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和周邊環(huán)境的改善提供了保障,。但在這期間也發(fā)現(xiàn)了某些問題，以期在資金以及后期維護手段跟上的時候進行對此進一步的完善,。其一,，在線分析儀器使用較少。只有在SBR反應(yīng)池有溶氧在線監(jiān)控,，絮凝沉淀池中酸堿度是離線分析,，時滯性較大，因而只是將其作為參考數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)自控,。
如實現(xiàn)在線分析,，則可由控制石灰泵的開啟關(guān)閉來實現(xiàn)池中酸堿度的控制,。此外,，在條件允許的情況下，可在SBR反應(yīng)池中設(shè)置污泥濃度計,，以便能夠使工藝人員更直觀的了解池中好氧菌的生長情況,，同時也為回流污泥量的確定提供了依據(jù)；其二,，SBR反應(yīng)池中的潷水器控制器為單機控制模式,，只能按照預(yù)先設(shè)定的單一工作模式運行，如果在它和DCS的主控單元之間建立基于現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)聯(lián)系,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,，便可實現(xiàn)潷水器按照不同現(xiàn)場環(huán)境和工藝要求，更加靈活的運行,；其三,，由于SBR反應(yīng)池中的溶氧的需求量和污泥中好氧菌的生命周期有關(guān)，在處理初期耗氧較大,，隨后逐漸減小的這一情況,，為溶氧控制尋求一合適的控制算法以及將恒頻風(fēng)機更換為可以變頻的不僅僅能夠更好的完成污水處理的任務(wù),，更可以降低能源消耗，縮短處理周期,，實現(xiàn)優(yōu)化控制,。