陳紀(jì)程

城市建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，常住人口有所增加，在此發(fā)展趨勢下，日常生產(chǎn)、生活、活動(dòng)更加頻繁，污水排出規(guī)模尤為可觀，衍生出嚴(yán)重的水污染和水資源浪費(fèi)等問題。此時(shí)以何種方法有效處理城市污水成為業(yè)內(nèi)熱議的話題。其中，自動(dòng)化技術(shù)是重要的發(fā)展方向，其對(duì)城市污水處理有重要的推動(dòng)作用。于此，文章以城市污水處理為背景，著重探討自動(dòng)化技術(shù)在其中的具體應(yīng)用要點(diǎn)，闡述主要的技術(shù)應(yīng)用要求和作業(yè)方法，以供參考。

信息技術(shù)日益發(fā)展，逐步融合至生產(chǎn)生活中，此時(shí)自動(dòng)化特征隨之彰顯。在節(jié)能減排的發(fā)展趨勢下，城市污水的處理水平需有所提高，在此領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展中，合理應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)為重要的思路，由此促進(jìn)污水處理系統(tǒng)運(yùn)行水平的提高，以更加自動(dòng)化的方式高效處理污水，提高水資源利用率，減小對(duì)水域生態(tài)環(huán)境的污染。

一、自動(dòng)化系統(tǒng)概述

目前，較為成熟的控制系統(tǒng)一般有現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、服務(wù)器及管理平臺(tái)4個(gè)單元構(gòu)成，控制系統(tǒng)采用開放系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，其基本控制思想是功能與危險(xiǎn)分散，監(jiān)測與管理集中。現(xiàn)場控制作為控制系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)信號(hào)的采集與掌握控制策略：操作員站連接系統(tǒng)與操作員，完成人機(jī)界面的各種功能;工程師站負(fù)責(zé)配置系統(tǒng)，控制回路組態(tài)，下裝目標(biāo)運(yùn)行系統(tǒng)到操作員站和現(xiàn)場控制站，服務(wù)器及管理平臺(tái)則是為全套系統(tǒng)提供服務(wù)[1]。

二、城市污水處理綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

（一）控制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)

以2個(gè)PLC工作站為核心，分別布設(shè)在水區(qū)和污泥區(qū)，并配套適量I/O站點(diǎn)，建成兩個(gè)子控制系統(tǒng)。其中，水區(qū)的I/O站點(diǎn)主要布設(shè)在旋流沉砂池、終沉池內(nèi)，功能在于對(duì)污水采樣并針對(duì)獲得的樣品做物理化學(xué)分析，工作站發(fā)揮出調(diào)控的作用，保證裝置靈活地啟動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)對(duì)藥劑用量、污水回流量的有效控制，還具備全程監(jiān)控的功能，明確污水的微生物含量、污水的pH值、懸浮物的濃度等關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)實(shí)測參數(shù)展開計(jì)算，確定下一環(huán)節(jié)適宜的藥劑投加量，以便后續(xù)作業(yè)的順利進(jìn)行。污泥控制工作站可實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥的濃度及加藥量的有效控制，運(yùn)行流程與水區(qū)具有相似性。工作站執(zhí)行操作，同時(shí)確定污水處理期間涉及到的各項(xiàng)指標(biāo)，管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)可及時(shí)接收到此類信息。

（二）管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)

中央工作室屬于此系統(tǒng)的核心，其與工作站保持連接，以便獲取污水的相關(guān)信息，也可監(jiān)控工作站的運(yùn)行狀態(tài)。配置方面，中央工作室內(nèi)有監(jiān)督控制裝置和優(yōu)化軟件，可及時(shí)分析污水處理狀況，確定污水pH值微生物含量、污泥微生物含量等關(guān)鍵的參數(shù)，基于此類數(shù)據(jù)繪制圖表，以此來預(yù)測指標(biāo)的走勢，估算當(dāng)前的水質(zhì)狀況，也能夠預(yù)測工作站的運(yùn)行狀況和檢驗(yàn)污水處理系統(tǒng)是否有異樣，在對(duì)現(xiàn)場各裝置的運(yùn)行情況形成系統(tǒng)性的把握后，能夠給后續(xù)工作的開展提供引導(dǎo)。此外，中央工作室統(tǒng)計(jì)污水處理設(shè)備的耗電量、藥劑的投加量等相關(guān)數(shù)據(jù)，據(jù)此展開計(jì)算，確定每噸污水的平均處理成本，再結(jié)合污水實(shí)際處理成效，富有針對(duì)性地采取成本控制措施。遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)則具有安全防護(hù)的作用，若現(xiàn)場存在異常，可及時(shí)做出響應(yīng)，報(bào)警并生成報(bào)警信息，以便相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況有效應(yīng)對(duì)。

三、制造執(zhí)行系統(tǒng)功能

集能源管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理等各類特定功能的子系統(tǒng)于一體，共同構(gòu)成完善的制造執(zhí)行系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，綜合考慮污水達(dá)標(biāo)率要求、處理量等基礎(chǔ)指標(biāo)，以此為導(dǎo)向，制定生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，明確具體的流程，闡述在預(yù)處理、一二級(jí)處理、污泥處理等各環(huán)節(jié)的各項(xiàng)關(guān)鍵工藝要點(diǎn)。在管理子系統(tǒng)的應(yīng)用中，以生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃為基準(zhǔn)，富有針對(duì)性地調(diào)控污水處理過程，消除各類不利于系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素，以保證生產(chǎn)的有效性，依據(jù)既定的計(jì)劃有序完成污水處理作業(yè)。同時(shí)，還可全面統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)完成情況，根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)量化分析污水處理狀況，得到可用于反映實(shí)際情況的評(píng)價(jià)結(jié)果[2]。

全方位采集污水處理各環(huán)節(jié)的各項(xiàng)能源消耗數(shù)據(jù)，高效整合，針對(duì)此類數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)價(jià)污水處理的能耗情況，予以有效的控制，力爭將能源消耗控制在最低的狀態(tài)。依據(jù)生產(chǎn)成本計(jì)劃，在線計(jì)量物耗、能耗，將此類數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)值做對(duì)比分析;也能夠進(jìn)行成本預(yù)測，進(jìn)而與標(biāo)準(zhǔn)成本指標(biāo)加以比對(duì)，判斷污水處理在經(jīng)濟(jì)效益方面的表現(xiàn)。根據(jù)各項(xiàng)對(duì)比分析結(jié)果，靈活地做出操作指導(dǎo)，以便在低成本的方式下保質(zhì)保量完成污水處理的各項(xiàng)工作。

四、自動(dòng)化PLC技術(shù)

以污水處理自動(dòng)化為目標(biāo)，綜合考慮現(xiàn)階段污水處理廠在日常運(yùn)行中存在的突出問題，綜合應(yīng)用以PLC技術(shù)為代表的主流技術(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，遵循“橫向分站、縱向分層”的基本原則，建立具有層次化特征的系統(tǒng)。橫向，以污水處理工藝為基準(zhǔn)，合理設(shè)定適量的控制站，賦予用戶權(quán)限，使其可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的系統(tǒng)，有效開展污水處理工作;縱向，建設(shè)的是遠(yuǎn)程終端、集成生產(chǎn)系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備等（見圖1）。

污水泵是污水處理中的重要裝置，其應(yīng)用的是自耦啟動(dòng)或變頻器控制的方式?？紤]系統(tǒng)高精度的、全面化的控制要求，在電氣部分的設(shè)計(jì)中，開發(fā)遠(yuǎn)程控制功能。

（二）污水預(yù)處理工序自控系統(tǒng)

主控制器選用PLC，提供就地、遠(yuǎn)程手動(dòng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)三種控制方式，以便工作人員根據(jù)實(shí)際需求做合理的選擇。沉淀池的硬件設(shè)施配套方面，包含電動(dòng)排泥閥和刮沫機(jī)兩大部分，前者既可現(xiàn)場手動(dòng)作業(yè)，也可以在工作不便時(shí)啟用遠(yuǎn)程操作功能。后者產(chǎn)生的控制信號(hào)有一套順暢的流動(dòng)機(jī)制，可反饋至上位機(jī)的PLC中。無論是電動(dòng)排泥閥還是刮泥機(jī)，兩者均受主控制器的控制。

（三）曝氣池溶解氧與鼓風(fēng)曝氣自動(dòng)控制系統(tǒng)

各曝氣池溶解氧含量的控制為重點(diǎn)內(nèi)容（見圖2），在溶解氧傳感器和控制器等裝置的聯(lián)合作用下，精準(zhǔn)完成控制動(dòng)作，通過調(diào)節(jié)閥開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧的有效控制，將其穩(wěn)定在合理的區(qū)間內(nèi)。為了提高對(duì)鼓風(fēng)曝氣總量的控制水平，聯(lián)合應(yīng)用到變頻調(diào)速器、溶解氧傳感器及綜合參數(shù)流量控制器，在三類儀器的協(xié)同作用下，提升控制效果。以保證曝氣池供氧量為基本目標(biāo)，對(duì)鼓風(fēng)總量做靈活的調(diào)整（依托于調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式而實(shí)現(xiàn)），在該動(dòng)態(tài)控制機(jī)制下，可以有效保證控制效果，并減少鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的電力資源消耗量。

串級(jí)控制回路為主要的組成部分，各回路的硬件包含混合液濃度傳感器和控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。在系統(tǒng)運(yùn)行中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥多類裝置均有純滯后時(shí)間，針對(duì)此特點(diǎn)，在配置串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí)，將采樣值PI控制作為控制器進(jìn)行使用?；亓魑勰嗾{(diào)節(jié)閥的工作量較大，為適度降低動(dòng)作頻率，針對(duì)混合液濃度控制器做深度的優(yōu)化，即實(shí)施的是“采樣-保持式增量控制”的方式，根據(jù)需求設(shè)定時(shí)間間隔，由控制器定期采樣，分別檢測各階段混合液的濃度，并對(duì)前后數(shù)據(jù)做對(duì)比分析，確定各區(qū)間對(duì)應(yīng)的變化量。在此基礎(chǔ)上，綜合對(duì)比當(dāng)前混合液濃度及其標(biāo)準(zhǔn)控制范圍的中值，經(jīng)計(jì)算后確定兩項(xiàng)參數(shù)的差值，最后綜合多項(xiàng)數(shù)據(jù)確定給定流量，以便主、從控制器的合理運(yùn)行。

（五）二沉池泥水界面檢測及排泥控制系統(tǒng)

核心組成包含工業(yè)控制機(jī)、泥水界面計(jì)、無線傳輸裝置。配套無線發(fā)射模塊，在其支持下，能夠?qū)⒍脸啬嗨缑嬷蹈咝鬏斀o無線接收模塊，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步傳至工業(yè)控制機(jī)（此處借助RS-485總線實(shí)現(xiàn)）。在排泥控制系統(tǒng)的組成中，控制和執(zhí)行單元為重點(diǎn)部分，在多元件的聯(lián)合作用下，控制二沉池泥水界面值，保證其合理性。

（六）污泥脫水工序自控系統(tǒng)

絮凝劑作為污泥脫水工序中的重要材料，其用量控制尤為關(guān)鍵，具體根據(jù)污泥量、污泥濃度做合理的調(diào)節(jié)，以便污泥脫水發(fā)生于最佳絮凝狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)污泥脫水的自動(dòng)化控制目標(biāo)，建立自動(dòng)化系統(tǒng)，用于在線監(jiān)測以及實(shí)時(shí)控制。設(shè)備配套方面，其數(shù)量根據(jù)污泥脫水工藝流程而定，以PLC為控制器，提供手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式。其中，在手動(dòng)控制方式下，工作人員可結(jié)合工藝要求予以有效的操作。對(duì)于閥門控制器和定量控制器，兩者也分別提供了手動(dòng)、自動(dòng)兩種方式，必要時(shí)可以由專員借助面板完成手動(dòng)操作。自動(dòng)運(yùn)行環(huán)節(jié)，核心要點(diǎn)在于精細(xì)化控制閥門開度和定量泵加藥量等。但需注意的是，加藥量和閥門開度控制器均有延時(shí)，因此在對(duì)兩者進(jìn)行控制時(shí)，采用的是帶有滯后的多因素非線性控制方式。

五、提高城市污水處理自控技術(shù)應(yīng)用

水平的具體策略

（一）注重PLC數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和全面性

按點(diǎn)檢查，編制一套可行的程序。將MBR系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)的各項(xiàng)信號(hào)完整采集到中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)，具體包含自動(dòng)信號(hào)、運(yùn)行信號(hào)、故障信號(hào)等，存在不完善的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，需結(jié)合實(shí)際情況重新編制PLC程序和上位軟件程序，在此方式下實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。充分關(guān)注原系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特性，若為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可增設(shè)兩條光纖，目的在于建立光纖環(huán)網(wǎng)，以此來提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。依托中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)，完成一系列遠(yuǎn)程控制動(dòng)作，如MBR系統(tǒng)的設(shè)備啟動(dòng)、停止。在采取前述技術(shù)措施后，進(jìn)一步保證MBR系統(tǒng)和污水系統(tǒng)的圖紙描述準(zhǔn)確性，后續(xù)可高效核對(duì)MBR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，同時(shí)也能夠更便捷地開展擴(kuò)建和檢修工作。

（二）提升系統(tǒng)的完整性

增設(shè)高性能工控機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器各1臺(tái)（必要時(shí)可適當(dāng)增加數(shù)量），配套第三方監(jiān)控軟件KingTrolSCADA，在該優(yōu)化方式下，圍繞上位監(jiān)控系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)、集成，此時(shí)可構(gòu)建統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)，以便開展對(duì)污水系統(tǒng)和MBR系統(tǒng)的監(jiān)測與管控工作，隨之提升數(shù)據(jù)的全面性，相關(guān)工作人員也能夠高效查詢數(shù)據(jù)，便捷操作。

（三）加強(qiáng)信息化建設(shè)

積極推進(jìn)信息化建設(shè)進(jìn)程，提高污水處理廠的信息化水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)如下功能。

1.電能管理

構(gòu)建與現(xiàn)有系統(tǒng)的通信路徑，將配電中心的電力數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)并做完整的存儲(chǔ)。以車間為單位，按特定的周期開展電能監(jiān)測和成本核算工作，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可作為績效考核的參考，同時(shí)也能夠?yàn)楣芾碚叩膬?yōu)化調(diào)度管理提供引導(dǎo)。

2.成本分析

全面統(tǒng)計(jì)全廠的電費(fèi)和藥劑費(fèi)，建立運(yùn)營管理成本分析系統(tǒng)，綜合考慮水量數(shù)據(jù)，在明確全廠的總體運(yùn)行狀況后，監(jiān)控和管理單位污水處理成本，盡可能減少不必要的成本投入。

3.數(shù)據(jù)倉庫

考慮到大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求，建立全廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)倉庫，聯(lián)合應(yīng)用到IBM服務(wù)器和企業(yè)版SQLSever實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫軟件，此時(shí)可對(duì)報(bào)表做深度的改進(jìn)，不再局限于傳統(tǒng)的表格格式中，而是擴(kuò)展至趨勢圖、柱狀圖等層面，以更加直觀的方式予以呈現(xiàn)，便于管理者查閱、分析，準(zhǔn)確判斷全廠的運(yùn)行狀況。

4.網(wǎng)站建設(shè)

為有效推進(jìn)污水處理廠的信息化建設(shè)進(jìn)程、提高管理效率，需要結(jié)合管理系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)建立相適配的網(wǎng)站，提供WEB遠(yuǎn)程訪問與管理的功能，通過此類措施的落實(shí)，提高管理者的遠(yuǎn)程管理水平，使其能夠更加準(zhǔn)確地掌握污水廠的運(yùn)行情況，以便進(jìn)行科學(xué)的決策。

六、結(jié)語

綜上所述，從既有的污水處理廠建設(shè)狀況出發(fā)，采用自動(dòng)化技術(shù)，配合硬件設(shè)施，建立高度自動(dòng)化的污水處理系統(tǒng)。在保證污水處理質(zhì)量、提高污水處理效率、減少人力資源投入等方面均有良好的作用。當(dāng)然，現(xiàn)階段我國的污水處理自動(dòng)化領(lǐng)域仍有諸多困境，在復(fù)雜化的行業(yè)環(huán)境下，相關(guān)技術(shù)人員仍需加強(qiáng)探索，提高技術(shù)應(yīng)用水平，著力解決各類問題，持續(xù)提高污水的自動(dòng)化處理水平，以便更好地滿足污水處理要求，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境多個(gè)層面的可持續(xù)發(fā)展提供助推力。

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