今年10月，人類人口進(jìn)入70億時(shí)代，本世紀(jì)末將突破100億。這樣一來(lái)，水資源危機(jī)將日趨嚴(yán)重。為了保護(hù)環(huán)境，節(jié)約用水，我國(guó)近年來(lái)對(duì)城市污水處理的投入大幅度增加，在一般的大、中城市都建立起了污水處理廠。但限于各方面的原因，大部分的污水處理廠都是人工操作狀態(tài)，技術(shù)和管理跟不上，運(yùn)行成本也相當(dāng)驚人。據(jù)有關(guān)調(diào)查資料，目前我國(guó)各地區(qū)污水處理的平均電耗為0.29KW·h / m3，比發(fā)達(dá)國(guó)家落后10到20年，電耗差不多是發(fā)達(dá)國(guó)家的兩倍。如何提高我國(guó)城市污水處理自動(dòng)化控制水平，是亟待解決的問(wèn)題。本文根據(jù)自己工作中的實(shí)際，結(jié)合某廠實(shí)際，提出城市污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，希望對(duì)普遍的自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)用提供啟發(fā)。

　　1.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成設(shè)計(jì)

　　在總體設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮污水處理工藝流程各個(gè)部分的特性，覆蓋污水處理的各個(gè)環(huán)節(jié)，如沉砂池——最初沉淀池——反應(yīng)槽——最終沉淀池——消毒設(shè)備——污泥處理等。這一自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)該包括中央控制室監(jiān)控系統(tǒng)、可編程控制器（PLC），檢測(cè)儀表，閉路監(jiān)控，避雷等。該系統(tǒng)應(yīng)該能夠及時(shí)全面地反映出污水處理過(guò)程的運(yùn)行工況、工藝參數(shù)的變化等信息，保證適用性強(qiáng)，開(kāi)放性好，保證出水水質(zhì)，節(jié)省成本，保證提高運(yùn)行管理水平。

　　這一系統(tǒng)可以分為現(xiàn)場(chǎng)控制層和管理監(jiān)控層兩個(gè)部分。現(xiàn)場(chǎng)控制層通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制器實(shí)施控制。這是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控的體系，24小時(shí)全方位實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。它實(shí)現(xiàn)了污水處理所有環(huán)節(jié)的過(guò)程參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；它還實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，對(duì)單元過(guò)程、設(shè)備進(jìn)行控制。它利用網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控層傳送數(shù)據(jù)，按照監(jiān)控層的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、控制和連鎖等。管理監(jiān)控層全面采用組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)傳輸、通訊通過(guò)開(kāi)放式通訊協(xié)議進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在運(yùn)行的過(guò)程中，將形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，同步完成畫(huà)面的組態(tài)設(shè)置。不僅如此，這一大監(jiān)控層，還能參與生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)信息，同步降低管理的強(qiáng)度，使管理更加科學(xué)化、系統(tǒng)化和規(guī)范化，有力地促進(jìn)管理水平的飛躍。

　　2.自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)備選型

　　監(jiān)控系統(tǒng)的選型。按照某污水處理廠的設(shè)計(jì)，采用工業(yè)控制機(jī) IPC610（研華股份有限公司生產(chǎn)）作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)。顯示器，選用相關(guān)配套產(chǎn)品。之所以采用該產(chǎn)品，是因?yàn)樵谝酝膶?shí)踐中，確認(rèn)其可以在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下，有效地提高設(shè)備的使用壽命。上位組態(tài)軟件采用RSview監(jiān)控組態(tài)軟件包（誒比集團(tuán)生產(chǎn)）。現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)的可編程控制器選用ControlLogix系列（誒比集團(tuán)生產(chǎn)），顯示器選用該系列的配套產(chǎn)品。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)選用ED6008 系列（摩沙公司生產(chǎn)），其通訊介質(zhì)為光纖。各個(gè)就地控制站選用SLC 系列控制器（誒比集團(tuán)生產(chǎn)），通過(guò)DeviceNet或DH+實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)控制站連接。

　　儀表選型。建議采用進(jìn)口設(shè)備，下列產(chǎn)品經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)，為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，如瑞士 ZüLLIG公司生產(chǎn)的溶解氧分析儀；美國(guó)哈希公司生產(chǎn)的在線COD分析儀表；日本TOMOE公司生產(chǎn)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)；德國(guó)恩德斯豪斯公司生產(chǎn)的濃度分析儀表；德國(guó)萊比信公司生產(chǎn)的空氣流量計(jì)等。

3.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)說(shuō)明

　　第一，設(shè)置超聲波液位差計(jì)，在粗、細(xì)格柵前后均進(jìn)行設(shè)置，鏈接到現(xiàn)場(chǎng)和中央控制室電腦顯示器。通過(guò)控制數(shù)據(jù)，確定合理的工藝值，一旦前后液位差值出現(xiàn)異常，自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)粗、細(xì)格柵的連鎖啟停。

　　第二，在旋流沉砂池里面設(shè)置PH 計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瞬時(shí)進(jìn)水PH 值。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們根據(jù)測(cè)算，確定科學(xué)合理的PH值為4.0～9.0，當(dāng)PH值出現(xiàn)異常時(shí)，中控室電腦就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

　　第三，在進(jìn)水管里面安裝電磁流量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)水流量。如果液位值出現(xiàn)異常，我們?cè)O(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)五臺(tái)進(jìn)水提升泵的啟停。

　　第四，在缺氧池里面設(shè)置溶解氧（DO）在線測(cè)定儀1臺(tái)，在好氧池中也設(shè)置1臺(tái)。然后確定合理的監(jiān)測(cè)溶解氧數(shù)值（缺氧池1.0mg/L左右；好氧池2.0～2.5mg/L左右），當(dāng)DO值出現(xiàn)異常時(shí)，中控室電腦就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此時(shí)，操作人員根據(jù)需要，打開(kāi)所需的曝氣機(jī)，使溶解氧恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

　　第五，在好氧池中設(shè)置兩臺(tái)污泥濃度計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污泥濃度，根據(jù)監(jiān)測(cè)值，在中央控制室內(nèi)，遠(yuǎn)程控制，增加排泥或者是增加污泥回流量。

　　第六，在出水池中設(shè)置多臺(tái)輔助測(cè)試儀器，包COD 在線測(cè)定儀括、PH 計(jì)、污泥濃度計(jì)等，利用這些檢測(cè)儀器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和中控室進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確定污水處理后的中水是否達(dá)標(biāo)。正常數(shù)值范圍內(nèi)，可以保證出水要求達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　4. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用的總體評(píng)價(jià)和存在的問(wèn)題

　　根據(jù)某污水處理廠實(shí)際，我們?cè)O(shè)計(jì)了這套系統(tǒng)。選用了一流的硬件，設(shè)計(jì)了良好的軟件，并進(jìn)行了運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，總體評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)要求。

　　A.該系統(tǒng)主要特色

　　第一，高可靠與高穩(wěn)定性，環(huán)形冗余以太網(wǎng)方案可以保證系統(tǒng)有更高的可靠性，單一點(diǎn)的鏈路中斷不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊癱瘓；專用控制器網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)INS通訊服務(wù)，可以保證自控系統(tǒng)在通訊方面更高的穩(wěn)定性。整個(gè)系統(tǒng)采用的PLC模塊、成熟定型產(chǎn)品，PLC控制柜內(nèi)的抗干擾和防雷等技術(shù)措施，具有供電冗余功能的中控室、現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)備等，都可以保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。

　　第二，高擴(kuò)展性和開(kāi)放性。向下兼容性是工業(yè)以太網(wǎng)的重要特性。目前使用的是雙絞線或光纖介質(zhì)，如果進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，如把傳輸速度提升10倍，一般來(lái)說(shuō)，不需要改變現(xiàn)有的布線，只更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就能輕松實(shí)現(xiàn)；如果升級(jí)主干網(wǎng)，也無(wú)須重新鋪設(shè)光纜，只更新網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備就能輕松實(shí)現(xiàn)。另外，本系統(tǒng)所有硬件接口和軟件協(xié)議都按照開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、編制，可以輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備的增減、系統(tǒng)的調(diào)整等變化。

　　第三，實(shí)用性突出。組態(tài)軟件和編程軟件采用的全部為中文界面，圖畫(huà)功能豐富，用戶可以在終端清晰地了解污水處理廠各工段的運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)故障報(bào)警等問(wèn)題，第一時(shí)間里，操作人員就可以通過(guò)鼠標(biāo)發(fā)布各種指令或換畫(huà)面。這一系統(tǒng)的實(shí)用性還體現(xiàn)在用戶可經(jīng)由上位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的梯形監(jiān)控工具也可以監(jiān)控這個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不需要現(xiàn)場(chǎng)操作，就可以控制器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各站PLC梯形圖程序，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

B.該系統(tǒng)主要弊端

　　污水處理的自動(dòng)控制系統(tǒng)中采用了一些自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備，這些設(shè)備，包括儀表、閥門(mén)等，由于各方面的原因，其功能的實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品的精度還很不完善，在現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的過(guò)程中，存在較大誤差。所以，也不能一味相信這些設(shè)備，還是充分發(fā)揮人的主觀積極性。

　　污水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)方面，也存在一些問(wèn)題。系統(tǒng)反應(yīng)、機(jī)械傳動(dòng)等都有可能導(dǎo)致控制滯后，有時(shí)候，在節(jié)能控制方面的效果不太明顯。

　　另外，由于大量采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，維護(hù)、維修的成本相對(duì)較大。各種進(jìn)口的污泥濃度計(jì)、pH 計(jì)、泥位計(jì)等儀器，需要定期做嚴(yán)格的維護(hù)和修理，包括定期清洗等。這些設(shè)備價(jià)格昂貴，配件進(jìn)口也相對(duì)較少，從某種程度上說(shuō)，可能加劇污水處理廠的投資費(fèi)用。

　　5.結(jié)語(yǔ)

　　總之，在我國(guó)污水處理廠應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)污水處理企業(yè)的管理和工藝都大有益處。建議在污水處理廠大力實(shí)施自動(dòng)化控制系統(tǒng)，這既是大勢(shì)所趨，也是污水處理行業(yè)發(fā)展的必然走向。我們不能因?yàn)榇嬖谇捌谕度氤杀据^大，就延誤技術(shù)升級(jí)的腳步，自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化控制系統(tǒng)、采用國(guó)產(chǎn)高精度設(shè)備的實(shí)踐中，將會(huì)有效地降低成本。