2026年污水處理自動化系統操作知識競賽試題及答案

2026年污水處理自動化系統操作知識競賽試題及答案一、單項選擇題（本大題共20小題，每小題1分，共20分。每小題只有一個最符合題意的選項，請將正確選項的字母填入題前括號內。）（）1.在污水處理廠自動化系統中，PLC的中文全稱是（）。A.可編程邏輯控制器B.分布式控制系統C.數據采集與監視控制系統D.現場總線控制系統（）2.下列哪種通信協議是污水處理廠現場總線中應用最為廣泛的工業以太網協議之一（）。A.ModbusTCP/IPB.RS-232C.USB3.0D.HDMI2.1（）3.超聲波液位計在測量明渠流量時，主要利用的原理是（）。A.多普勒效應B.電磁感應定律C.超聲波傳播時間差法（時差法）D.熱擴散原理（）4.在PID控制中，若系統響應出現持續的等幅振蕩，且調節閥動作頻繁，最可能的原因是（）。A.比例增益過大，微分時間過長B.積分時間過長，微分時間過短C.比例增益過大，積分時間過短D.純比例控制，無積分和微分作用（）5.關于溶解氧（DO）在線分析儀的維護，以下做法正確的是（）。A.探頭長期浸泡在污水中無需清洗B.定期清洗探頭并校準零點與斜率C.熒光法探頭需頻繁更換電解液D.測量值波動大時，只需調大濾波系數（）6.在污水處理自動化系統中，冗余配置通常是指（）。A.電源冗余與控制器冗余B.僅網絡冗余C.僅I/O模塊冗余D.僅上位機冗余（）7.某曝氣池DO設定值為2.0mg/L，實際測量值為1.2mg/L，此時PLC輸出增大鼓風機導葉開度。該控制過程屬于（）。A.串級控制B.前饋控制C.反饋控制D.比值控制（）8.下列不屬于污水處理廠常用在線監測儀表的是（）。A.污泥濃度計（MLSS）B.氧化還原電位計（ORP）C.氨氮在線分析儀D.便攜式pH試紙（）9.在自動化系統中，模擬量輸入模塊（AI）接受的標準電流信號通常是（）。A.0~10mAB.4~20mAC.0~20μAD.1~5VDC（）10.對于污水處理廠的關鍵設備（如提升泵、鼓風機），變頻器的主要作用是（）。A.僅實現軟啟動，降低啟動電流B.僅實現過載保護C.通過調節電機轉速實現節能與精確流量/風量控制D.提高電機功率因數至1.0（）11.當PLC的CPU模塊上“RUN”指示燈熄滅，“ERR”指示燈閃爍，最可能的原因是（）。A.程序邏輯錯誤導致停機B.外部24V電源短路C.通信模塊故障D.程序丟失或硬件看門狗超時（）12.在SCADA系統中，歷史數據庫的主要功能是（）。A.實時顯示數據B.存儲生產數據用于趨勢分析、報表與追溯C.發送報警短信D.控制現場設備（）13.關于城鎮污水處理廠出水水質的自動監測，化學需氧量（COD）在線監測儀常采用的分析方法是（）。A.重鉻酸鉀消解法（或等效方法）B.高錳酸鉀滴定法（僅限于實驗室）C.紫外分光光度法（需與COD換算）D.電極法（）14.自動化儀表中，隔離器的功能是（）。A.將輸入信號放大B.將輸入與輸出進行電氣隔離，抗干擾C.將電流信號轉換為電壓信號D.將數字信號轉換為模擬信號（）15.污水提升泵站液位控制中，為防止水泵頻繁啟停，通常采用的控制方式是（）。A.單點開關控制B.上下限區間控制（滯環控制）C.連續比例控制D.純手動控制（）16.當發現某臺在線pH計的測量值長時間恒定不變，且與化驗室手動測量值偏差巨大，首先應檢查（）。A.是否電極頭部被污泥包裹或失效B.是否PLC程序被修改C.是否上位機顯示量程設置錯誤D.是否歷史趨勢記錄停止（）17.在自動化網絡安全中，為防止黑客入侵，污水處理廠控制系統與企業辦公網之間應部署（）。A.集線器B.交換機C.防火墻/網閘D.中繼器（）18.氣動調節閥的“氣開”與“氣關”型選擇，主要依據是（）。A.閥門尺寸大小B.工藝安全原則（斷氣時處于安全位置）C.管道材質D.介質溫度（）19.在自動控制系統中，若被控變量是曝氣池溶解氧濃度，操縱變量是鼓風機風量，則執行器是（）。A.DO傳感器B.鼓風機的變頻器或導葉執行機構C.PLC的AO模塊D.曝氣池（）20.關于污水處理廠自動化系統的防雷接地，以下做法錯誤的是（）。A.控制柜需可靠接入廠區接地網B.現場儀表信號線應采用屏蔽電纜，屏蔽層單端接地C.電源線路需安裝浪涌保護器（SPD）D.現場儀表金屬外殼必須與信號線屏蔽層共同接在控制柜接地排上（多點接地）二、多項選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分。每小題有兩個或兩個以上正確選項，少選得1分，多選、錯選不得分。）（）21.下列屬于污水處理廠自動化系統組成部分的有（）。A.現場儀表（傳感器/變送器）B.執行機構（閥門、變頻器）C.PLC控制站D.上位機監控系統（SCADA）E.化驗室玻璃器皿（）22.關于污水處理中溶解氧（DO）控制策略，正確的有（）。A.采用DO串級控制可有效克服曝氣系統大滯后B.前饋控制可根據進水水量水質提前調節風量C.鼓風機導葉與變頻器組合控制可拓寬調節范圍D.DO傳感器安裝在曝氣池中任意位置均可，無需考慮代表性E.間歇曝氣工藝可采用時序與DO聯合控制（）23.以下屬于PLC數字量輸入（DI）信號的有（）。A.水泵的運行/停止狀態（繼電器觸點）B.電氣柜的故障跳閘信號C.手動/自動轉換開關狀態D.液位變送器的4-20mA電流E.閥門全開/全關限位開關信號（）24.造成在線氨氮監測數據異常偏高的常見原因有（）。A.水樣中懸浮顆粒物干擾B.校準液過期或校準不準確C.比色池光學窗口污染D.進樣管路泄漏，混入空氣E.采樣點位置靠近藥劑投加點（）25.在污水處理自動化系統調試階段，需完成的測試項目包括（）。A.I/O通道逐點校驗（信號對點）B.PID參數整定（如臨界比例度法）C.聯鎖保護邏輯試驗（如泵閥聯鎖）D.上位機畫面與報警功能測試E.網絡冗余切換測試（）26.關于污水處理廠常用通信網絡，下列說法正確的有（）。A.工業以太網具有高速、開放、兼容性好的優點B.Profibus-DP常用于PLC與遠程I/O或變頻器通信C.ModbusRTU是基于串行口的通信協議D.無線通信（如LoRa、4G）常用于偏遠泵站的數據傳輸E.光纖通信僅用于管理層網絡，不能用于現場控制層（）27.以下可能導致曝氣池溶解氧測量值劇烈波動的因素有（）。A.探頭膜片破損或電解液泄漏B.曝氣池內氣泡直接沖擊探頭表面C.進水水質水量劇烈變化D.鼓風機風量調節系統振蕩E.探頭信號電纜受到變頻器干擾（）28.在污水處理廠進行PLC程序在線修改時，必須注意的安全事項有（）。A.修改前進行程序完整備份B.確保CPU處于STOP狀態（或在支持熱修改的系統中確認邏輯安全）C.通知中控室值班人員，并做好監護D.可隨意修改模擬量量程，無需記錄E.修改后及時打印最新程序版本存檔（）29.下列屬于污水處理廠自動化系統故障診斷與處理正確方法的有（）。A.利用PLC診斷緩沖區信息定位故障模塊B.使用萬用表檢查現場信號線路的通斷與絕緣C.通過上位機歷史趨勢對比判斷儀表漂移D.將模塊故障代碼與手冊對照分析E.故障未查明原因前，可反復斷電重啟強行恢復（）30.關于污水處理廠能耗優化與自動化控制，正確的觀點有（）。A.精確曝氣控制可顯著降低鼓風機電耗B.提升泵變頻恒液位控制能提高泵組效率C.自動加藥系統可根據流量與水質反饋調節藥量，節約藥劑D.峰谷電價時段自動調整大功率設備運行計劃，可降低電費E.能耗優化與控制精度無關三、判斷題（本大題共10小題，每小題1分，共10分。正確的打“√”，錯誤的打“×”。）（）31.PLC的掃描周期是指CPU從讀取輸入到執行程序再到刷新輸出的循環時間，掃描周期越短，控制的實時性越好。（）32.在污水處理過程中，MLSS在線監測儀通常安裝在曝氣池好氧段，其測量原理多為光學散射法或超聲波法。（）33.當電磁流量計空管時，其測量值通常顯示為零，且儀表不會發出任何報警。（）34.PID控制器中，微分作用主要用于消除穩態余差，而積分作用則用于預測誤差變化趨勢，加快響應。（）35.冗余電源切換時，若備用電源未接通或電壓異常，系統必須發出報警提示。（）36.在自控系統中，4-20mA信號對應量程的下限和上限，若信號為12mA，則對應量程的50%。（）37.污水處理廠中控室操作員站必須具有最高的操作權限，可以任意修改所有PLC程序，無需授權。（）38.對于調節閥而言，氣動薄膜執行機構配上電氣閥門定位器后，可以實現輸入電流信號與閥門開度的一一對應關系。（）39.為了數據安全，操作站的歷史數據備份周期可以設置為每天、每周或每月，但嚴禁將數據備份到移動存儲介質。（）40.在自動化系統中，UPS（不間斷電源）僅用于斷電時為計算機供電，對PLC控制柜無任何必要。四、填空題（本大題共10空，每空1分，共10分。請將正確答案寫在橫線上。）41.在污水處理自動化系統中，PLC的CPU模塊上常見的三種工作狀態開關（或指示）分別為：RUN、STOP和________。42.一個典型的反饋控制系統由被控對象、________、執行器和調節閥（或變頻器）四大部分組成。43.在線溶解氧測定儀按測量原理主要分為電流測定法（極譜法）和________法兩大類，后者無需消耗電解液，維護量小。44.為保證模擬量信號傳輸的準確性，信號電纜通常采用________電纜，并采用單端接地方式抗干擾。45.在自動控制系統中，通常將衡量系統穩定性的重要指標定義為過渡過程的衰減比，一般希望系統的衰減比為________。46.污水處理廠常采用________控制方式來實現多臺泵的均衡運行與流量調節，即根據液位高低自動增減運行泵的臺數。47.在PLC梯形圖中，________指令用于在條件滿足時接通或斷開輸出負載，是程序中最基本的輸出指令。48.進行PID參數整定的工程方法中，最常用的是________法（臨界比例度法）和衰減曲線法。49.當PLC檢測到模擬量輸入信號低于4mA（如斷線）時，上位機報警畫面應顯示“________”或“BAD”狀態，以區別于正常低值。50.污水處理自動化系統遠程通信中，用于將現場RTU或PLC數據通過公共網絡傳輸至中心機房的設備通常稱為________。五、簡答題（本大題共4小題，每小題5分，共20分。）51.簡述污水處理廠自動化系統中，PLC控制站的主要硬件組成及其各自作用。52.某污水處理廠曝氣池采用DO串級控制系統，其中主參數為DO濃度，副參數為鼓風機風量。請說明該串級控制系統的結構，并分析其相對于單回路DO控制的優點。53.在污水處理廠自控系統驗收時，需對在線儀表（如COD、氨氮、SS、DO等）進行比對測試。請簡述比對測試的基本步驟與合格判定標準（可用文字描述）。54.簡述污水處理廠自動化系統的日常維護內容（至少列舉5項），并說明預防性維護的重要性。六、應用題（本大題共3小題，共20分。要求寫出必要的計算過程或分析步驟。）55.（計算題，6分）某污水處理廠提升泵站安裝有超聲波液位計，量程為0~8米，輸出信號為4-20mA。中控室PLC模擬量輸入模塊將4-20mA對應轉換為0~27648（16位整數）。現PLC讀取到的整數值為13824，請計算：（1）當前液位對應的電流值（mA）；（3分）（2）當前水池液位實際高度（米）。（3分）56.（分析題，7分）某污水處理廠采用AAO工藝，自控系統投運后，發現出水總氮（TN）時有超標。通過查閱歷史趨勢，發現缺氧池ORP值長期偏高（大于+50mV），且內回流泵變頻器頻率恒定不變。請結合自動化控制原理，分析可能導致TN去除效果差的原因，并提出至少三項基于自動化系統的優化控制措施。57.（綜合題，7分）某污水處理廠鼓風機房有3臺鼓風機（2用1備），每臺風機額定風量為100m3/min，采用變頻調速控制。曝氣池溶解氧設定值為2.0mg/L。夏季進水水量增大，曝氣池需風量達到220m3/min，當前運行的兩臺風機頻率均已達50Hz（工頻），但DO值仍持續下降至1.2mg/L。（1）請分析DO無法維持設定值的原因。（3分）（2）若要滿足當前需風量并穩定DO，請提出基于自動化系統的解決方案（需考慮設備配置與控制邏輯）。（4分）試題答案及解析一、單項選擇題1.A。解析：PLC是ProgrammableLogicController的縮寫，即可編程邏輯控制器，是工業自動化核心控制器件。2.A。解析：ModbusTCP/IP基于工業以太網，應用極為廣泛，是污水處理廠常用通信協議。RS-232/HDMI/USB均非工業現場總線主流協議。3.C。解析：超聲波明渠流量計通常利用超聲波測量液位，再結合堰槽（如巴歇爾槽）的液位-流量公式計算流量；其測量液位利用的是超聲波發射與接收的時間差原理，故選項C描述最準確。4.C。解析：比例增益過大會導致系統振蕩；積分時間過短（積分作用過強）也會加劇振蕩，使系統持續等幅振蕩且調節閥頻繁動作。5.B。解析：DO探頭需定期清洗（防止生物附著），并定期進行零點（通常用無水亞硫酸鈉溶液）和斜率（空氣飽和水）校準。6.A。解析：冗余配置中最常見的是電源冗余（雙電源）和控制器冗余（雙CPU），以保證核心部件故障時系統仍能運行。7.C。解析：檢測DO實際值（反饋量），與設定值比較，根據偏差調節鼓風機，形成閉環反饋控制。8.D。解析：便攜式pH試紙屬于人工化驗耗材，不屬于在線監測儀表。9.B。解析：標準模擬量電流信號為4-20mA，廣泛應用于工業自動化儀表。10.C。解析：變頻器通過改變電源頻率調節電機轉速，實現節能及精確的流量/風量控制；軟啟動只是其功能之一。11.D。解析：RUN燈滅且ERR燈閃爍常指示CPU處于STOP狀態，原因可能是程序錯誤、硬件故障或看門狗超時。12.B。解析：歷史數據庫主要存儲長期生產數據，用于趨勢分析、報表生成及事故追溯。13.A。解析：COD在線監測儀普遍采用高溫/重鉻酸鉀消解法（國標等效方法）。14.B。解析：信號隔離器的主要功能是電氣隔離，切斷干擾路徑，同時可進行信號轉換。15.B。解析：采用上下限滯環控制（如液位高于4.5m啟動，低于1.5m停止）可防止水泵頻繁啟停。16.A。解析：pH計測量值恒定不變且與化驗室偏差大，最常見原因是電極被污染、失效或損壞。17.C。解析：防火墻或網閘是保護工業控制網絡安全邊界的重要設備，防止外部非法訪問。18.B。解析：氣開/氣關型選擇依據故障安全原則，確保氣源中斷時閥門處于對工藝安全的有利位置。19.B。解析：執行器是接受控制信號并動作的裝置，此處為變頻器（改變風機轉速）或導葉執行機構。20.D。解析：信號線屏蔽層應單端接地（通常控制室側），嚴禁與現場儀表外殼共同構成多點接地回路，以防地環流干擾。二、多項選擇題21.ABCD。解析：化驗室玻璃器皿不屬于自動化系統組成部分。22.ABCE。解析：DO傳感器安裝位置必須具有代表性（如曝氣池中上游、避開死角），不能任意安裝。23.ABCE。解析：液位變送器的4-20mA信號屬于模擬量信號，不屬于數字量輸入。24.ABCDE。解析：懸浮物、校準問題、光學窗口污染、管路漏氣、采樣位置不佳均可能導致氨氮數據偏高。25.ABCDE。解析：I/O對點、PID整定、聯鎖試驗、畫面測試、冗余切換均為調試必備內容。26.ABCD。解析：光纖通信常用于現場控制層（如PLC之間）以及管理層，E項錯誤。27.ABCDE。解析：探頭破損、氣泡沖擊、進水波動、風量振蕩、變頻器干擾均會導致DO波動。28.ABCE。解析：在線修改必須謹慎，不能隨意修改參數，必須記錄并歸檔。29.ABCD。解析：故障未查明原因時反復斷電重啟可能加重故障，不是正確方法。30.ABCD。解析：能耗優化與控制精度密切相關，高精度控制才能實現節能，E錯誤。三、判斷題31.√。解析：掃描周期越短，對輸入的響應越快，實時性越好。32.√。解析：MLSS常用光學散射法測量，超聲波法也有應用。33.×。解析：電磁流量計空管時通常有報警（如空管報警），且測量值可能顯示為零或異常，并非不會報警。34.×。解析：積分作用消除穩態余差；微分作用預測誤差變化趨勢，超前調節。35.√。解析：冗余電源切換異常必須報警，提示維護。36.√。解析：(12-4)/(20-4)×100%=50%。37.×。解析：操作員站權限低于工程師站，修改PLC程序需授權并進行安全措施，嚴禁任意修改。38.√。解析：閥門定位器將電信號轉換為氣信號，并反饋閥位，實現精確線性定位。39.×。解析：可以使用移動存儲介質，但需采取防病毒、加密等安全措施，嚴禁使用未授權的介質。40.×。解析：UPS為PLC、儀表、工作站等提供不間斷電源，防止數據丟失和程序損壞，極為必要。四、填空題41.REMOTE（或遠程狀態，部分PLC為LOCAL/REMOTE，可填寫“REMOTE”或“遠程”）42.控制器（或調節器）43.熒光猝滅（或光學）44.屏蔽45.4:1（或4：1~10:1之間，通常認為4:1）46.泵組輪換/增減泵（或“順序控制”、“液位控制”）47.輸出（或OUT）48.臨界比例度49.斷線（或故障）50.數傳電臺/無線傳輸終端（或DTU/RTU，或工業路由器）五、簡答題51.答：PLC控制站主要硬件組成及作用如下：（1）電源模塊：為CPU、I/O模塊提供穩定的工作電源（如24VDC），部分支持冗余供電。（2）CPU模塊：執行用戶程序，進行邏輯運算、數據處理與通信管理，是控制站的核心。（3）通信模塊：用于PLC與遠程I/O、變頻器、上位機或其他PLC之間的數據交換（如以太網模塊、Profibus模塊）。（4）數字量輸入/輸出模塊（DI/DO）：接收按鈕、開關、繼電器觸點等開關量信號，輸出控制接觸器、指示燈等設備。（5）模擬量輸入/輸出模塊（AI/AO）：接收4-20mA、熱電偶等模擬信號，輸出4-20mA控制信號給變頻器、調節閥等。（6）機架/底板：用于安裝和固定各模塊，并提供內部通信總線。52.答：串級控制結構：主回路為DO控制器（主控制器），其輸出作為副回路的設定值；副回路為風量控制器（副控制器），其輸出直接控制鼓風機（導葉或變頻器）。DO測量值為主被控變量，風量測量值為副被控變量。優點：（1）能迅速克服進入副回路的擾動（如電網電壓波動、管路阻力變化引起風量波動），無需等DO變化即可被副回路快速調節，改善控制品質。（2）主控制器只負責校正DO偏差，副回路對風量實現精確控制，可有效克服曝氣系統的大滯后特性，提高DO控制的穩定性與響應速度。（3）副回路的存在降低了系統非線性影響，使整個系統工作更平穩，適應負荷變化能力增強。53.答：比對測試基本步驟：（1）確定比對標準：以國標實驗室分析方法（如重鉻酸鉀法測COD、納氏試劑分光光度法測氨氮）為基準，采樣頻率（如每2小時一次）、采樣點需保持一致。（2）現場采樣：在在線監測儀取樣點同步采集水樣，一份送化驗室分析，一份用于在線儀器比對（需注意采樣同時記錄在線儀器讀數）。（3）實驗室分析：化驗室采用標準方法測定水樣濃度。（4）結果計算：計算在線儀器讀數與實驗室分析值的絕對誤差、相對誤差或相關系數。（5）合格判定標準：通常要求相對誤差不超過±10%~±30%（視具體指標及當地環保要求，如COD相對誤差不超過±15%，氨氮不超過±20%），或絕對誤差在允許范圍內（如COD<30mg/L時，絕對誤差不超過±5mg/L），且線性相關系數滿足要求。（6）比對記錄：將比對結果記錄歸檔，對超差儀表進行校準或檢修后重新比對。54.答：日常維護內容：（1）定期巡檢現場儀表（DO、pH、MLSS、液位計等），檢查探頭污染、腐蝕、電纜破損情況，并按需清洗與校準。（2）檢查執行機構（調節閥、變頻器、電動閥）的機械部件是否靈活，有無卡澀、漏氣、異響，并進行必要的潤滑與限位調整。（3）檢查控制柜內環境（溫度、濕度、灰塵），檢查風扇、UPS狀態，定期更換濾網。（4）定期備份PLC程序、組態數據及歷史數據庫，并進行數據完整性檢查。（5）檢查通信網絡狀態（光纖、交換機、無線設備），觀察通信質量與誤碼率，必要時更換或重啟設備。（6）模擬量信號回路定期校驗（如每年一次），確保4-20mA信號準確。（7）檢查防雷接地系統，確保接地電阻合格（如小于4Ω），浪涌保護器完好。預防性維護重要性：通過定期檢查與維護，可提前發現設備隱患，避免突發故障導致的工藝波動或非計劃停機，延長設備壽命，降低維修成本，保障自動化系統長期穩定可靠運行。六、應用題55.解：（1）已知PLC將4-20mA轉換為0~27648。當前讀數為13824。電流范圍：20-4=16mA，對應數字量范圍：27648-0=27648。電流值：I=4+13824（2）液位范圍：0~8m。當前電流12mA對應量程的50%。液位H=0+12-4答：當前電流為12mA，實際液位為4米。56.答：可能原因分析：（1）缺氧池ORP偏高表明缺氧池溶解氧（DO）過高或氧化還原環境過強，反硝化菌受到抑制，無法有效利用碳源進行反硝化。（2）內回流泵頻率恒定，當進水水量水質波動時，無法根據缺氧池實際需求調節內回流量，導致回流污泥/混合液中的硝酸鹽氮與碳源接觸不充分，反硝化效率低。（3）可能原因還包括：碳源投加不足（未實現自動碳源投加控制）、曝氣池DO控制過高導致過量溶解氧通過內回流進入缺氧池、攪拌器攪拌強度不足或死角等。優化控制