摘要：污水處理廠自動控制體系的建立和實施,是污水處理廠從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在先進、有效和可靠的智能算法和控制策略指導下,自動控制體系的建立可以大大降低污水處理廠的能耗、物耗水平,穩(wěn)定處理過程的控制參數(shù),提高出水水質(zhì)。本文對污水處理智能控制的現(xiàn)狀、應(yīng)用和發(fā)展進行了探討，以供參考。

　　關(guān)鍵詞：污水處理,自動控制,智能控制

　　隨著我國城市化進程的推進，城市建設(shè)步伐加快，城市人口增加，城市生活污水和工業(yè)廢水對河流水質(zhì)的影響日趨明顯。城市污水量的與日俱增，使得污水處理的運行費用也在不斷增加，為了珍惜利用地球有限的能源，保護環(huán)境，造福社會，如果通過有效的控制能將城市污水處理廠的運行費用節(jié)省1%，也是個不小的數(shù)字。因此，在這樣的行業(yè)背景下，污水處理智能化建設(shè)作為與城市日常運行息息相關(guān)的行業(yè)，也越來越受到社會的高度重視。

　　一、城市污水處理現(xiàn)狀分析

　　近年來，國內(nèi)外均有學者對污水處理自動控制工藝進行研究，以尋求更精確、更可靠的方法實施自動控制和智能控制。

　　例如，在同步硝化/反硝化的生物濾池中引入了實時曝氣控制，建立了基于DO在線監(jiān)測的反饋控制和基于氨氮 和DO在線監(jiān)測的串聯(lián)控制。與傳統(tǒng)硝化-反硝化生物曝氣濾(BAF)相比，采用實時曝氣控制的生物濾池在達到相同處理效果(出水TN<20mg/L)時，曝氣量低于傳統(tǒng)方法的50%。

　　又比如，在國外已有的時間和流量程序控制的基礎(chǔ)上，我國科研人員提出一種SBR 法有機物濃度控制，使控制過程更定量化和精密化。工業(yè)廢水 的水質(zhì)變化很大，當進水有機物濃度高時，為使出水水質(zhì)達標，應(yīng)適當增加反應(yīng)時間使運行更可靠;而當進水有機物濃度低時 可以減少反應(yīng)時間以節(jié)省運行費用。

　　通過以上對污水處理研究成果的分析，我們可以看出：合理數(shù)學模型的建立嚴重制約著傳統(tǒng)污水處理技術(shù)的發(fā)展。并且建模必須遵循一些比較苛刻的線性化假設(shè)，然而實際污水處理系統(tǒng)由于存在復雜性、非線性、時變性、不確定性和不完全性等，因此 采用傳統(tǒng)控制理論建立的污水處理自動控制系統(tǒng)在實際工程應(yīng)用上存在出水水質(zhì)波動較大等問題。

　　二、自動化系統(tǒng)設(shè)計

　　設(shè)計包括以下幾個方面的內(nèi)容：

　　⑴ 在線檢測儀器儀表設(shè)計;

　　⑵ 計算機測控管理系統(tǒng)設(shè)計;

　　⑶ 儀表及計算機測控管理系統(tǒng)電纜敷設(shè)設(shè)計

　　在此，重點介紹前兩個方面的內(nèi)容

　　1.在線檢測儀器儀表設(shè)計

　　儀器儀表的選型主要考慮其工作環(huán)境的適應(yīng)性，特別是傳感器直接與污水、污泥接觸，極易腐蝕結(jié)垢。一旦傳感器失靈，再好的自動控制系統(tǒng)也無濟于事，故傳感器盡量選用非接觸式、無阻塞隔膜式、電磁式和可自動清洗式。

　　根據(jù)工藝流程和現(xiàn)代化管理的需要，在工藝流程的各個部分分設(shè)電磁流量計、超聲波液位計、PH/溫度計、濁度、固體懸浮物濃度、氧化還原電位、污泥濃度、污泥界面儀、溶解氧等檢測儀表和各類電量變送儀表。這些儀表均選用工業(yè)級在線式儀表，并根據(jù)安裝環(huán)境的要求具有相應(yīng)的防護等級。

　　儀表設(shè)置基于兩方面考慮，一方面要滿足工藝流程控制的需要，另一方面要滿足污水廠管理的需要并按經(jīng)濟實用的原則。

　　2.計算機測控管理系統(tǒng)設(shè)計

　　這部分設(shè)計又包括兩個方面的內(nèi)容，即監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和現(xiàn)場測控層設(shè)計。

　　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計遵循以下原則：

　　⑴ 可靠性：選用穩(wěn)定可靠的工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品，硬件上采用備用冗余技術(shù)，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少出錯環(huán)節(jié)。所有關(guān)鍵設(shè)備均選用進口名牌性能價格比高的工業(yè)控制產(chǎn)品。

　　⑵ 先進性：控制系統(tǒng)應(yīng)技術(shù)先進、性能價格比高。

　　⑶ 靈活性：系統(tǒng)組態(tài)靈活，擴展方便，可用性、可維護性好。

　　⑷ 實時性：控制系統(tǒng)對工況變化適應(yīng)能力強，控制滯后時間短。

　　測控系統(tǒng)分為三層，即現(xiàn)場測控層、生產(chǎn)管理層和辦公自動化層。其中，現(xiàn)場測控層與生產(chǎn)管理層之間通過10M/100M工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信和信息交換，生產(chǎn)管理層與辦公自動化層之間通過10/100M以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信和信息交換。

　　1.現(xiàn)場測控層

　　現(xiàn)場測控層直接面向生產(chǎn)過程，是計算機測控管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它主要由可編程序控制器(PLC)、液晶顯示操作員終端和在線檢測儀表等組成。

　　現(xiàn)場測控層包括2個PLC分站和1套配電系統(tǒng)電力監(jiān)控裝置，分別位于配電中心控制室和脫水車間控制室。PLC1分站包括：粗格柵間及進水泵房、細格柵間及沉砂池、紫外線消毒池、二沉池及污泥泵房、改良型氧化溝、變配電系統(tǒng);PLC2分站包括：脫水車間;配電系統(tǒng)電力監(jiān)控裝置：配電中心的高壓配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)和直流屏。

　　現(xiàn)場PLC分站分別接受各自在線檢測儀表傳輸來的模擬量信號，以及電動閘門、水泵電機等設(shè)備運行狀態(tài)的開關(guān)量信號，對各類信號進行處理和運算，實現(xiàn)程序控制和自動調(diào)節(jié)，并把主要信息向生產(chǎn)管理層主機傳輸，或接受生產(chǎn)管理層主機的指令。配電系統(tǒng)監(jiān)控裝置負責高壓配電系統(tǒng)的繼電保護、數(shù)據(jù)采集、傳輸、報警等功能。

　　現(xiàn)場測控終端主要有以下幾個方面的功能：

　　數(shù)字采集功能：具有模擬量、數(shù)字量、脈沖量、狀態(tài)量的實時數(shù)據(jù)采集功能;

　　數(shù)據(jù)處理功能：具有數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)暫存、冗余備份、事故追憶等功能;

　　數(shù)據(jù)顯示功能：能在液晶顯示操作員終端上顯示文字、表格、圖形、曲線及報警，所有顯示全部漢化;

　　控制輸出功能：具有開關(guān)量、模擬量輸出功能;

　　接收中控室主機的調(diào)度命令，并進行相應(yīng)的操作。

　　在工程設(shè)計中，動力設(shè)備除電氣設(shè)計中的手動控制方式外，在自動化系統(tǒng)設(shè)計中還有三種控制方式，即現(xiàn)場控制、集中控制和自動控制。現(xiàn)場控制是在PLC的操作面板上對設(shè)備進行獨立鍵控;集中控制是由中央控制室主機完成對全廠所有工藝電氣設(shè)備的控制;自動控制是自動化系統(tǒng)根據(jù)各種工藝參數(shù)檢測值和狀態(tài)，按照預定控制程序自動完成特定功能的控制。三種控制方式可在PLC操作員面板和中控室主機上進行轉(zhuǎn)換，以滿足實際工作中調(diào)試、檢修和自動運行的需要。

　　2.生產(chǎn)管理層

　　生產(chǎn)管理層設(shè)置于廠區(qū)內(nèi)中心控制室，以操作監(jiān)控為主要內(nèi)容，兼有部分管理功能。這一層是面向系統(tǒng)操作員和控制系統(tǒng)工程師的，因此需要配備功能強、手段全的計算機系統(tǒng)，確保系統(tǒng)操作員和系統(tǒng)工程師能對系統(tǒng)進行組態(tài)、監(jiān)視和有效的干預，實現(xiàn)優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制和模糊控制等功能，保證生產(chǎn)過程正常的運行。

　　· 工程師站

　　負責對系統(tǒng)進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護。具有硬件配置組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、控制回路組態(tài)、圖形文件組態(tài)、趨勢文件組態(tài)、顯示方式組態(tài)、報表生成組態(tài)、操作安全組態(tài)以及組態(tài)的在線修改等功能，該站必須對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身的運行狀態(tài)進行監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)工程師能及時采取應(yīng)對措施。

　　· 操作員站

　　負責為系統(tǒng)的運行操作人員提供良好的人機界面，使操作員可以通過操作站及時了解現(xiàn)場運行情況、各種運行參數(shù)的當前值、是否有異常發(fā)生等，并通過鍵盤、鼠標等輸入設(shè)備對工藝過程進行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、有效、高質(zhì)。具體功能如下：監(jiān)控和管理各區(qū)域車間級現(xiàn)場站，實時接收現(xiàn)場站采集的全廠工藝流程參數(shù)、配電系統(tǒng)電氣參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)信號。具有定時巡測、隨機點測、分組召測等功能。同時通過以“自動”或“人一機”對話方式，向各控制分站發(fā)送控制指令，對有關(guān)設(shè)備進行遠程遙控。設(shè)定工藝參數(shù)越限事故的上下限值、各現(xiàn)場PLC的控制參數(shù)。并可檢測、判斷工藝流程中模擬量越限及動力設(shè)備出現(xiàn)的故障等事故，若有事故發(fā)生時在顯示器上顯示相應(yīng)的事故狀態(tài)，在磁盤上存儲發(fā)生事故的時間及部位并在打印機上打印出事故通知單。系統(tǒng)對進水流量，SS，PH，BOD5、COD，生物池溶解氧，出水SS，余氯、COD等重要的參數(shù)均設(shè)置越限報警功能，一旦發(fā)生報警能實時地在中心控制室特定區(qū)域發(fā)出聲光報警。建立各類實時信息數(shù)據(jù)庫，該臨時數(shù)據(jù)庫通過定時轉(zhuǎn)換程序，送入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。動態(tài)顯示全廠工藝流程和各種工藝設(shè)備及變配電系統(tǒng)運行參數(shù)圖表。同時具有歷史數(shù)據(jù)處理功能，能繪制各種參數(shù)運行曲線，作出趨勢分析，供技術(shù)人員分析比較，以便確定最佳運行方案。記錄各種事故報警信號以及發(fā)生事故前后系統(tǒng)重要參數(shù)的實時波形，并分析事故原因，以便改進控制管理方法，保證出水達標，并提高經(jīng)濟效益。操作站接有多媒體投影儀，可將監(jiān)控畫面實時直觀顯示。兩臺操作員站互為備用，備用站兼顧后臺打印機各種生產(chǎn)報表、趨勢圖等各種辦公事務(wù)處理和用于科學計算和計算機輔助設(shè)計等工作。

　　3.辦公自動化層

　　辦公自動化層由污水處理廠綜合樓內(nèi)的行政管理和有關(guān)職能部門的計算機組成，承擔有關(guān)的生產(chǎn)管理、技術(shù)管理、質(zhì)量管理、成本控制、行政管理和辦公自動化等方面的工作。

　　4.與管網(wǎng)污水泵站的通訊

　　利用城市公共電話通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)污水廠與污水泵站的數(shù)據(jù)通訊。

　　5.閉路監(jiān)控系統(tǒng)

　　閉路監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機多媒體技術(shù)，方便管理人員及時掌握現(xiàn)場情況，實現(xiàn)科學、安全、高效的生產(chǎn)調(diào)度及管理。系統(tǒng)由監(jiān)控中心(位于中心控制室)和前端現(xiàn)場設(shè)備(包括攝像機)組成。

　　監(jiān)控中心由矩陣主機、數(shù)碼錄像機(帶環(huán)出)、彩色監(jiān)視器、多媒體控制管理機、主控鍵盤等組成。

　　四、結(jié)束語

　　城市生活污水是城市發(fā)展過程中的產(chǎn)物,因此我們應(yīng)提高對城市生活污水的處理力度,以改善不斷惡化的水環(huán)境污染趨勢。目前，我國城市污水處理廠的噸水耗電量是發(fā)達國家的近兩倍，而運行管理人員數(shù)又是其若干倍，因此加強我國污水處理智能控制系統(tǒng)的創(chuàng)新與研究，在現(xiàn)有條件下，在污水處理廠的規(guī)劃、設(shè)計與建設(shè)初期就盡可能的引入智能控制的理念，以保證我國環(huán)境保護事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　參考文獻：

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