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一、污水处理自动化概述
污水处理厂采用自动控制系统的主要目的是实现污水厂的高效低耗运行。污水处理厂最常用的自控变量是溶解氧和流量，主要用于供气量、回流污泥量与化学药剂投加量的控制。其他变量，SRT通常采用设定时间或与进水流量成一定比例的关系，用手动控制；pH值控制一般采用反馈控制，用于不同污泥性质状态下的污泥处理系统混凝剂的投加。
污水厂自动控制系统一般采用数据监控采集系统与全厂自动控制系统两种方式。数据采集与监视控制系统（SCADA系统）由远程数据采集终端（RTU）+工控机（IPC）组成。主要特点在于数据采集，对生产过程的参数进行实时监视，功能较为简单，不能实现全厂生产的自动化控制。全厂自动控制系统其数据采集及控制功能均可实现，组态灵活，界面友好，宜于扩展，且技术成熟，是目前技术上普遍采用的方案。
二、自控系统在国外污水厂的应用研究
欧美国家一些城市污水处理厂已经用计算机进行数据采集和运行过程控制，甚至实现全自动化无人值守控制模式。现在许多美国大中型污水厂采用集散型自动控制系统进行控制。在厂区范围内设有若干台现场控制站，对整个污水厂实行多环路控制。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场控制站中收集数据，并提供图表显示、曲线、各个设备动作记录、设备故障报警等信息。在自动控制系统发生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制方式。
三、污水处理自动控制系统具体实现
（一）中央监控工作站
1.中控站采用SCADA系统，包括监控所需的计算机网络系统，大屏幕模拟屏系统及实时多任务彩色监控系统等。用于集中监视、控制、操作、管理污水处理的全部生产过程。
2.中控站组成：中控站设置操作员站与工程师站。操作员站设有三台显示器。不同区域的工艺流程可以在三台显示器上切换显示。工程师站除具有操作员站的所有功能外，还具备供具有管理权限的人员进行注册、应用程式开发、工艺参数设定更改、系统管理等功能。
（二）现场控制站
现场控制站主要对现场有关设备进行监控和为中央控制室数据采集，同级站组成控制网络，为使现场值班人员观察到仪表及设备重要的工况信息和有关参数，并能进行现场设置和控制，现场控制站配有高性能的PLC系统和相应的操作员终端，控制站操作终端面板，控制站数据高速通道适配器，以及控制
站网络接口模块。 此外，包括系统软件、应用软件和过程控制软件。
（三）操作员终端
1.功能可以代替常规设备，如按钮、信号灯、数字显示器、信息显示器。
2.操作员终端提供与控制器系统通讯的能力。
3.具有较强的报警指示能力，系统能按时间次序指示报警状态，随时显示最近的报警点，在请求时可以列出全部报警状态。
（四）控制网络
控制网络作为整个控制系统的系统总线，用于连接中央控制站内的各种设备（包括工程师站和操作员站）和各个现场控制站。安全可靠、迅捷高效的控制网络是成功的过程自动控制系统的先决条件，对于集散式自动化控制系统更是如此。本厂的网络系统采用以电缆为传输介质的网络结构，在出现故障时，增加或删除任意一个节点，都不会影响到其它设备的运行和通讯。
（五）软件
采用先进的计算机控制系统，用于污水处理厂的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统不仅要有可靠的硬件设备，还具有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件和编程软件。
1.应用软件，包括厂级用户监控软件，现场分散控制应用软件，应用软件满足现场的实际需要。
2.工程控制软件，每个控制站具有独立完成本地控制任务，同时还具有与其他控制站通讯的网络能力，各控制站间不会出现相互干扰。
3.工程监控软件，具有下述功能：整个工厂总貌图、设备布局图、控制流程总图等；多窗口动态显示工艺流程画面，设备运行状态和过程参数等；各个独立控制站的状态显示等。
4.网络软件，完成整个工厂控制各站间数据的正确流向，保证网络负载均衡，不出现网络发滞现象。在网上某个节点出现故障时，不会影响其他节点的正常工作。
四、污水处理厂自控系统的发展趋势
污水厂采用自控系统的主要目的是实现污水厂的高效低耗运行。目前自控系统并没有在污水厂得到全面广泛应用，其主要原因有：
①检测工具不可靠、不稳定，如用于实现脱氮除磷的深度处理的亚硝酸氮、微生物、污泥特性以及气味检测仪表的测定技术。
②污水厂配置的价格昂贵和维护繁琐的在线传感器仅用于检测，并未真正发挥其功能，在线传感器并未充分应用到高级控制策略中，一般仅用于污水流量的控制（如控制污泥回流比恒定），前馈控制的应用也很有限。
③已建污水厂存在限制性因素。已建污水厂由于在设计之初与建设期，受到自技术水平落后、配套自控设备与仪器的缺乏、污水处理效能与自控的关系不明等因素限制，再加上如今排放标准的普遍提高，要建立与健全已建污水厂自控系统体系还有很多问题需要解决。
④自控技术缺乏透明度以及软件和仪器行业不规范。
⑤由于缺乏对自控系统在污水厂运行过程中产生的节能降耗部分所带来的直接经济效益方面的认识，阻碍了风险投资者建设污水厂时对自控系统的投资欲。同时污水厂监管部门对自控系统引入污水厂后保障污水达标排放、提高环境效益与社会效益的认识不足，缺少与风险投资者的协调，也是阻碍其全面推广的重要限制性因素之一。
⑥不完善的教育-培训-知识体系。
污水处理厂自动控制系统的发展趋势是：
①基于亚硝酸氮、微生物、污泥特性以及气味等检测仪表与应用软件相结合的监测技术研发与应用。
②实现基于模型预测控制、模糊逻辑、神经网络、多变量统计分析或在线模拟等高级控制算法的自控系统的开发。
③全厂最优控制与污水处理单元过程控制有机结合实现高效低耗运行，避免局部最优化。
④污水处理厂自控系统与遥感遥测遥控技术、高速数字技术和网络技术相结合，使大量小型污水处理厂安装远距离监测和控制系统后，无需运行操作人
员，通过遥感遥测遥控技术实现污水厂的自动控制。
⑤建立完善的教育-培训-知识体系，使运行操作人员理解污水处理厂的控制策略，并在运行管理中得到广泛应用。
参考文献：
[1]周明，现场总线控制系统[M]北京：中国电力出版社，2002.
[2]何克忠，李伟，计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，2002.
污水处理厂采用自动控制系统的主要目的是实现污水厂的高效低耗运行。污水处理厂最常用的自控变量是溶解氧和流量，主要用于供气量、回流污泥量与化学药剂投加量的控制。其他变量，SRT通常采用设定时间或与进水流量成一定比例的关系，用手动控制；pH值控制一般采用反馈控制，用于不同污泥性质状态下的污泥处理系统混凝剂的投加。
污水厂自动控制系统一般采用数据监控采集系统与全厂自动控制系统两种方式。数据采集与监视控制系统（SCADA系统）由远程数据采集终端（RTU）+工控机（IPC）组成。主要特点在于数据采集，对生产过程的参数进行实时监视，功能较为简单，不能实现全厂生产的自动化控制。全厂自动控制系统其数据采集及控制功能均可实现，组态灵活，界面友好，宜于扩展，且技术成熟，是目前技术上普遍采用的方案。
二、自控系统在国外污水厂的应用研究
欧美国家一些城市污水处理厂已经用计算机进行数据采集和运行过程控制，甚至实现全自动化无人值守控制模式。现在许多美国大中型污水厂采用集散型自动控制系统进行控制。在厂区范围内设有若干台现场控制站，对整个污水厂实行多环路控制。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场控制站中收集数据，并提供图表显示、曲线、各个设备动作记录、设备故障报警等信息。在自动控制系统发生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制方式。
三、污水处理自动控制系统具体实现
（一）中央监控工作站
1.中控站采用SCADA系统，包括监控所需的计算机网络系统，大屏幕模拟屏系统及实时多任务彩色监控系统等。用于集中监视、控制、操作、管理污水处理的全部生产过程。
2.中控站组成：中控站设置操作员站与工程师站。操作员站设有三台显示器。不同区域的工艺流程可以在三台显示器上切换显示。工程师站除具有操作员站的所有功能外，还具备供具有管理权限的人员进行注册、应用程式开发、工艺参数设定更改、系统管理等功能。
（二）现场控制站
现场控制站主要对现场有关设备进行监控和为中央控制室数据采集，同级站组成控制网络，为使现场值班人员观察到仪表及设备重要的工况信息和有关参数，并能进行现场设置和控制，现场控制站配有高性能的PLC系统和相应的操作员终端，控制站操作终端面板，控制站数据高速通道适配器，以及控制
站网络接口模块。 此外，包括系统软件、应用软件和过程控制软件。
（三）操作员终端
1.功能可以代替常规设备，如按钮、信号灯、数字显示器、信息显示器。
2.操作员终端提供与控制器系统通讯的能力。
3.具有较强的报警指示能力，系统能按时间次序指示报警状态，随时显示最近的报警点，在请求时可以列出全部报警状态。
（四）控制网络
控制网络作为整个控制系统的系统总线，用于连接中央控制站内的各种设备（包括工程师站和操作员站）和各个现场控制站。安全可靠、迅捷高效的控制网络是成功的过程自动控制系统的先决条件，对于集散式自动化控制系统更是如此。本厂的网络系统采用以电缆为传输介质的网络结构，在出现故障时，增加或删除任意一个节点，都不会影响到其它设备的运行和通讯。
（五）软件
采用先进的计算机控制系统，用于污水处理厂的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统不仅要有可靠的硬件设备，还具有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件和编程软件。
1.应用软件，包括厂级用户监控软件，现场分散控制应用软件，应用软件满足现场的实际需要。
2.工程控制软件，每个控制站具有独立完成本地控制任务，同时还具有与其他控制站通讯的网络能力，各控制站间不会出现相互干扰。
3.工程监控软件，具有下述功能：整个工厂总貌图、设备布局图、控制流程总图等；多窗口动态显示工艺流程画面，设备运行状态和过程参数等；各个独立控制站的状态显示等。
4.网络软件，完成整个工厂控制各站间数据的正确流向，保证网络负载均衡，不出现网络发滞现象。在网上某个节点出现故障时，不会影响其他节点的正常工作。
四、污水处理厂自控系统的发展趋势
污水厂采用自控系统的主要目的是实现污水厂的高效低耗运行。目前自控系统并没有在污水厂得到全面广泛应用，其主要原因有：
①检测工具不可靠、不稳定，如用于实现脱氮除磷的深度处理的亚硝酸氮、微生物、污泥特性以及气味检测仪表的测定技术。
②污水厂配置的价格昂贵和维护繁琐的在线传感器仅用于检测，并未真正发挥其功能，在线传感器并未充分应用到高级控制策略中，一般仅用于污水流量的控制（如控制污泥回流比恒定），前馈控制的应用也很有限。
③已建污水厂存在限制性因素。已建污水厂由于在设计之初与建设期，受到自技术水平落后、配套自控设备与仪器的缺乏、污水处理效能与自控的关系不明等因素限制，再加上如今排放标准的普遍提高，要建立与健全已建污水厂自控系统体系还有很多问题需要解决。
④自控技术缺乏透明度以及软件和仪器行业不规范。
⑤由于缺乏对自控系统在污水厂运行过程中产生的节能降耗部分所带来的直接经济效益方面的认识，阻碍了风险投资者建设污水厂时对自控系统的投资欲。同时污水厂监管部门对自控系统引入污水厂后保障污水达标排放、提高环境效益与社会效益的认识不足，缺少与风险投资者的协调，也是阻碍其全面推广的重要限制性因素之一。
⑥不完善的教育-培训-知识体系。
污水处理厂自动控制系统的发展趋势是：
①基于亚硝酸氮、微生物、污泥特性以及气味等检测仪表与应用软件相结合的监测技术研发与应用。
②实现基于模型预测控制、模糊逻辑、神经网络、多变量统计分析或在线模拟等高级控制算法的自控系统的开发。
③全厂最优控制与污水处理单元过程控制有机结合实现高效低耗运行，避免局部最优化。
④污水处理厂自控系统与遥感遥测遥控技术、高速数字技术和网络技术相结合，使大量小型污水处理厂安装远距离监测和控制系统后，无需运行操作人
员，通过遥感遥测遥控技术实现污水厂的自动控制。
⑤建立完善的教育-培训-知识体系，使运行操作人员理解污水处理厂的控制策略，并在运行管理中得到广泛应用。
参考文献：
[1]周明，现场总线控制系统[M]北京：中国电力出版社，2002.
[2]何克忠，李伟，计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，2002.