摘要：循環活性污泯系統（CASS）是一種先進的污水處理工藝,設計了一種實現CASS工藝的計算機自動控制系統,該系統具有較好的靈活性、較高的可靠性和可維護性。 關鍵詞：污水處理 CASS工藝 集散式系統 組態 現場總線 隨著社會經濟的發展,污水量和污水中的污染物種類也在不斷增加。污水處理的目的是用某種方法把污水中的污染物質分離出來,或者將其轉化分解成無毒無害的穩定物質,從而使污水得到凈化。污水處理技術已經經過了一百多年的發展歷史,發展出了各種不同特點的污水處理工藝,有物理處理法、化學處理法及生物處理法等。為了讓這些方法更好地發揮作用,在計算機技術和自動控制技術飛速發展的今天,將計算機自動控制技術應用于實現污水處理,實現污水處理工藝的半自動乃至全自動監控,具有非常現實的意義。 1 循環活性污泥處理系統（CASS）簡介 循環活性污泥系統（Cyclic Activated Sludge System,即CASS）工藝是一種具有脫氮除磷功能的以序批曝氣一非曝氣方式運行的充一放式間隙活性污泥處理工藝,在一個反應器中完成有機污染物的生物降解和泥水分離的處理功能。CASS工藝以推流方式按一定的時間序列運行,其運行過程包括充水-曝氣、充水-泥水分離、上清液潷除等三個階段。這三個階段組成一個運行周期,各周期可連續循環運行。 系統整體工藝結構如圖1所示。 2 系統分析 2.1 系統邏輯結構 現在要對整個系統實現自動控制, 經分析考察,可知有下列參數需要實現自動監控：調節池高/低液位;CASS池高/低液位;潷水器位置;污泥池高/低液位;組/細格柵啟/停;進水泵啟/停;污泥回流泵啟/停;潷水器運行/停止;壓濾機啟/停;曝氣機運行/停止。 系統除了要完成測控任務外,還要具有良好的人機交互界面,所以系統的邏輯結構如圖2所示。 2.2 系統技術目標分析 作為一個工控系統,除了完成必要的監控功能和具有良好的人機交互界面外,還應在系統的安全性、可靠性和可維護性等諸多方面加以考慮,并采取相應的措施。 2.2.1 要具有較高的可靠性 使系統能長期穩定地運行,要盡量保證系統不會發生控制錯誤、測控失效等現象。即使在系統某些組成部分發生故障的情況下也要能提供一定的應急手段,保證生產繼續進行。 2.2.2 可維護性要好 因為我們并不能要求系統的使用人員具有工業監控的專業知識,但在套系統還需要他們去使用維護,這樣系統的可維護性就顯得比較重要。要能做到在系統出現問題后,維護人員能很快地判斷出故障原因及位置,并能找出解決措施。 2.2.3 要具有一定的靈活性 因為污水水質情況會有一定的波動,所有系統要能提供一定的功能,允許用戶根據污水水質及其它外界原因（如氣溫等）適當調整系統工藝,并可根據實際情況先用多種操作方式。 3 系統結構及實施策略 3.1 系統結構 通過以上分析,本設計采用二極集散式控制體系,每個CASS池由一臺聯鎖機進行控制,所有PLC都由同一臺上位機（管理機）進行管理顯示。測控系統結構如圖3所示。 3.2 系統分層描述 3.2.1 管理層 管理層作為污水處理系統的最高層次,主要擔負以下任務： ·對聯鎖層PLC的工藝控制策略進行組態,使得工藝人員可以方便地在線更改控制策略及其它工藝參數; ·顯示工藝流程圖,動態顯示液位及各設備狀態、系統狀態; ·提供手動操作界面; ·實現畫面及語音報警; ·實現操作及系統狀態記錄、歷史查詢; ·操作人員管理; ·提供人網接口,與企業內部網聯接。 3.2.2 聯鎖層 聯鎖層是系統的核心,系統的測控聯鎖功能主要是在這里完成的,包括： ·檢測液位及各設備狀態; ·根據工藝參數組態形成控制策略,并據此對污水處理的全過程實現自動控制; ·設計開發了現場設備的專用控制算法,實現了對現場設備的保護控制。 3.2.3 執行層 該層主要由電氣執行設備組成,實現PLC與控制設備的隔離,并執行PLC下達的控制命令以。 3.2.4 現場 主要指污水處理系統中的現場執行及傳感設備,包括液位控制器、泵、風機等。 3.3 設備選型 本系統在設備選型時以可靠性作為主要考查依據。上位管理機選用工業控制計算機;聯鎖機選用PLC,因其具有較高的可靠性,平均無故障時間可達5萬小時以上,且具有很強的的抗干擾能力。 3.4 系統操作方式 系統提供三種操作模式： ·自動運行模式：系統對污水處理按設定工藝方案實行全自支控制; ·計算機手動運行模式：上位機顯示系統狀態,各設備間不存在聯鎖關系; ·機械手動運行模式：在系統出現故障或處在維修期間時可運行此種模式。在此種模式下各設備的運行不受管理機與PLC控制,而由框體上的物理開關對其實現操作。 4 控制效果 4.1 系統特點 ·本系統適宜處理城市生活污水、酒廠污水、食品工業污水; ·本系統具有一定的組態功能,能夠適應本質變化較大的環境; ·可對現場設備實現保護控制,延長了現場設備的使用壽命,并大大減少了異常情況的發生,提高了可靠性; ·自動化程度高,操作界面形象直觀,提供語音報警功能,易于使用;提供人員管理功能和歷史記錄功能,便于進行事故分析; ·二極集散式結構,系統中各控制單元相對隔離,易于維護。 4.2 實際控制效果 本系統已成功應用于安徽省圣泉啤灑廠,日處理污水7000噸,有效地改變了該廠的排放水質,實現了達標排放。同時削減了大量污染物,減少了對環境的危害。其主工污染物年削減量為（排放濃度以GBS978-96B級標準計,年運行時間300天）： CoDCr: 1942.5 噸/年 BDD5： 987 噸/年 SS： 630 噸/年 因此,實際運行效果良好,獲得用戶一致好評,已于2000年1月順利驗收,并準備在西寧特鋼等國內大中型企業推廣使用。 隨著社會對污水處理要求的提高,開發和應用經濟合理、操作靈活且運行穩定的污水處理系統已日益受到研究者及企業的重視,CASS工藝無論在城市污水還是工業廢水的處理方面都具有良好的應用前景。為了使本系統更具競爭力,我們設想在以下幾個方面對其加以改進： （1）系統采用總線式的分布式結構,設立現場控制器,所有檢測設備及電機均直接掛接在各自的現場控制器上,并由總線連接構成系統。這樣可降低系統成本,并且現場施工也變得極為簡單,同時這種結構也更有利于維護。 （2）在系統中設置融氧儀、PH值測試儀、濁度儀等設備,在線檢測CASS池及污泥池的水質。根據檢測的參數,自動實時調整工藝參數,達到對系統的閉環控制,實現污水處理的全自動控制,保證系統控制的最佳狀態。 （3）把系統管理機通過企業內部網與Internet相連,實現系統的遠程診斷,降低維護成本。