污水厂自控系统的布局和实施是一个复杂的系统工程，需要综合考虑工艺需求、设备特性、技术选型、成本预算、运行维护以及未来发展等因素。以下是实施污水厂自控系统的一般步骤和关键考虑点：

一、前期规划与设计阶段

1. 需求分析与目标设定：

明确目标： 提高运行效率？降低能耗药耗？提升出水水质稳定性？减少人工操作强度？满足更严格的排放标准？实现无人值守/少人值守？为智慧水务平台提供数据？

梳理工艺： 详细理解污水处理工艺流程（格栅、沉砂、初沉、生化处理（AAO、SBR、MBR等）、二沉、深度处理（过滤、消毒）、污泥处理），明确各单元的控制需求（液位、流量、压力、DO、pH、ORP、污泥浓度MLSS、浊度、余氯等）。

识别关键控制点和难点： 如生化池的DO控制、加药量优化控制（碳源、PAC、PAM）、回流比控制、曝气量优化、污泥脱水联动等。

确定自动化程度： 全厂全自动？关键工艺自动+辅助人工？哪些环节仍需人工干预？

2. 系统架构设计：

层级划分（典型五层）：

现场层： 传感器（仪表）、执行器（阀门、泵、风机、搅拌器、加药设备）。

控制层： PLC/RTU站（分布式布置，按区域或工艺单元划分）。

监控层： SCADA服务器、历史数据库服务器、操作员站/HMI、工程师站。

信息层： 厂级监控信息系统、生产管理系统、数据分析平台。

管理决策层： 企业资源计划、智慧水务平台。

网络拓扑：

控制网： PLC站之间、PLC与现场仪表/执行器之间的通信。常用工业以太网（环网或星型，推荐环网冗余）、Profibus DP、Modbus RTU/TCP等。关键链路需冗余。

监控网： SCADA服务器、操作员站、工程师站之间的通信。通常为高速工业以太网。

信息网/办公网： 连接信息层系统和企业网络。需与监控网物理隔离或通过防火墙严格管控。

PLC站布局：

按工艺区域（预处理、生化处理、污泥处理、加药间、变配电所）或功能模块就近布置PLC控制柜。

考虑环境因素（温度、湿度、腐蚀性气体、粉尘），选择合适防护等级（IP55/IP65）的柜体和安装位置。

预留足够的I/O点冗余（通常10-20%）和槽位空间，方便未来扩展。

本地HMI触摸屏（可选，便于现场调试和维护）。

3. 硬件选型：

PLC/RTU： 选择可靠性高、性能满足要求、技术支持好、在工控领域口碑好的品牌（如西门子、罗克韦尔、施耐德、GE等）。考虑CPU处理能力、内存、I/O容量、通信接口、扩展性。

仪表： 根据测量参数、工艺介质（污水、污泥、气体）、量程、精度、环境适应性（防腐、防爆、防潮）、维护便利性选择。关键仪表（如进水流量、出水COD/氨氮、DO）需高品质、冗余配置或配备在线清洗/校验装置。

执行机构： 阀门（电动/气动、调节阀/开关阀）、泵、风机（变频控制对节能至关重要）、加药泵（高精度计量泵）等。考虑可靠性、控制精度、响应速度、与PLC接口兼容性。

网络设备： 工业交换机（管理型、支持环网冗余协议如RSTP/MRP）、光纤收发器、网线/光纤（室外建议铠装光缆）、无线AP/基站（适用于布线困难区域）。关键网络设备需冗余。

服务器与工作站： SCADA服务器建议冗余配置（双机热备或集群），历史数据库服务器独立。操作员站/工程师站配置满足图形显示和操作需求。

UPS电源： 为关键设备（PLC柜、服务器、核心网络设备、关键仪表）提供不间断电源，后备时间满足安全停机要求（≥30分钟）。

防雷接地： 完善的供电系统防雷、信号线防浪涌保护、良好的系统接地，至关重要。

4. 软件平台选型与功能设计：

SCADA平台： 选择成熟可靠、开放性好、组态灵活、支持主流PLC通信协议、数据库接口丰富、报警管理强大、报表功能完善的平台（如WinCC, Intouch, iFix, Citect, 力控，组态王等）。

数据库： 历史数据库（如OSI PI, Wonderware Historian, InSQL）或SCADA自带历史库。用于存储长期过程数据，支撑分析优化。

上位监控软件功能：

工艺流程动态显示（P&ID图）。

实时数据监视（数值、趋势曲线、棒图）。

设备远程操作（启停、开度设定、模式切换）。

报警管理（分级报警、声光提示、记录、确认、历史查询、短信/邮件推送）。

实时/历史趋势分析。

生产报表（班报、日报、月报、年报）自动生成与打印/导出。

用户权限管理（不同角色不同操作权限）。

事件顺序记录。

与信息层系统（MES, LIMS）数据接口。

PLC控制程序：

基于选定的PLC品牌，使用其编程软件（如TIA Portal, RSLogix/Studio 5000, Unity Pro）进行编程。

实现设备顺序控制、联锁保护、PID调节回路（如DO控制、液位控制）、复杂控制策略（如前馈-反馈控制、模型预测控制）。

程序结构化、模块化设计，易于阅读、调试和维护。

完善的故障诊断和报警处理逻辑。

5. 控制策略设计：

设计核心工艺单元的具体控制逻辑和策略。例如：

曝气控制： DO反馈PID控制+基于负荷的前馈/氨氮反馈优化设定值。

回流控制： 固定比例回流、基于污泥浓度/污泥沉降比/进水负荷的变比例回流。

加药控制： 基于进水流量/污染物浓度（在线仪表）的前馈+出水指标（如TP）反馈的复合控制。

污泥脱水控制： 药液浓度与进泥浓度的配比优化，联动控制进泥泵、加药泵、脱水机运行。

提升泵站控制： 基于液位的泵启停/轮换控制，防止频繁启停和溢流/抽干。

格栅除污机： 定时控制、液位差控制。

6. 文档编制：

详细的功能设计规格书。

网络拓扑图、系统架构图。

PLC柜布置图、端子接线图。

I/O清单（包括点号、描述、类型、量程、地址、报警限值等）。

仪表清单（型号、规格、安装位置）。

控制逻辑说明（文字描述、流程图）。

人机界面设计规范（画面风格、导航、操作元素）。

SCADA软件配置规格书。

操作手册、维护手册（后期编制）。