摘要：污水處理廠自動(dòng)控制體系的建立和實(shí)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(jìn)、有效和可靠的智能算法和控制策略指導(dǎo)下,自動(dòng)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(guò)程的控制參數(shù),提高出水水質(zhì)。本文對(duì)污水處理智能控制的現(xiàn)狀、應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：污水處理;自動(dòng)控制;智能控制

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，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(duì)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(yùn)行費(fèi)用也在不斷增加，為了珍惜利用地球有限的能源，保護(hù)環(huán)境，造福社會(huì)，如果通過(guò)有效的控制能將城市污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省1%，也是個(gè)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(yùn)行息息相關(guān)的行業(yè)，也越來(lái)越受到社會(huì)的高度重視。

一、城市污水處理現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外均有學(xué)者對(duì)污水處理自動(dòng)控制工藝進(jìn)行研究，以尋求更精確、更可靠的方法實(shí)施自動(dòng)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(shí)時(shí)曝氣控制，建立了基于DO在線監(jiān)測(cè)的反饋控制和基于氨氮 和DO在線監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)曝氣控制的生物濾池在達(dá)到相同處理效果(出水TN<20mg/L)時(shí)，曝氣量低于傳統(tǒng)方法的50%。

又比如，在國(guó)外已有的時(shí)間和流量程序控制的基礎(chǔ)上，我國(guó)科研人員提出一種SBR 法有機(jī)物濃度控制，使控制過(guò)程更定量化和精密化。工業(yè)廢水 的水質(zhì)變化很大，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度高時(shí)，為使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，應(yīng)適當(dāng)增加反應(yīng)時(shí)間使運(yùn)行更可靠;而當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物濃度低時(shí) 可以減少反應(yīng)時(shí)間以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

通過(guò)以上對(duì)污水處理研究成果的分析，我們可以看出：合理數(shù)學(xué)模型的建立嚴(yán)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(shí)際污水處理系統(tǒng)由于存在復(fù)雜性、非線性、時(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用上存在出水水質(zhì)波動(dòng)較大等問(wèn)題。

二、自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

⑴ 在線檢測(cè)儀器儀表設(shè)計(jì);

⑵ 計(jì)算機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì);

⑶ 儀表及計(jì)算機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng)電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

在此，重點(diǎn)介紹前兩個(gè)方面的內(nèi)容

1.在線檢測(cè)儀器儀表設(shè)計(jì)

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(dòng)控制系統(tǒng)也無(wú)濟(jì)于事，故傳感器盡量選用非接觸式、無(wú)阻塞隔膜式、電磁式和可自動(dòng)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(gè)部分分設(shè)電磁流量計(jì)、超聲波液位計(jì)、PH/溫度計(jì)、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(cè)儀表和各類電量變送儀表。這些儀表均選用工業(yè)級(jí)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(hù)等級(jí)。

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(jì)實(shí)用的原則。

2.計(jì)算機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

這部分設(shè)計(jì)又包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層設(shè)計(jì)。

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少出錯(cuò)環(huán)節(jié)。所有關(guān)鍵設(shè)備均選用進(jìn)口名牌性能價(jià)格比高的工業(yè)控制產(chǎn)品。

⑵ 先進(jìn)性：控制系統(tǒng)應(yīng)技術(shù)先進(jìn)、性能價(jià)格比高。

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

⑷ 實(shí)時(shí)性：控制系統(tǒng)對(duì)工況變化適應(yīng)能力強(qiáng)，控制滯后時(shí)間短。

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

1.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層直接面向生產(chǎn)過(guò)程，是計(jì)算機(jī)測(cè)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(cè)儀表等組成。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層包括2個(gè)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(jìn)水泵房、細(xì)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(chǎng)PLC分站分別接受各自在線檢測(cè)儀表傳輸來(lái)的模擬量信號(hào)，以及電動(dòng)閘門、水泵電機(jī)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)量信號(hào)，對(duì)各類信號(hào)進(jìn)行處理和運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)程序控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)，并把主要信息向生產(chǎn)管理層主機(jī)傳輸，或接受生產(chǎn)管理層主機(jī)的指令。配電系統(tǒng)監(jiān)控裝置負(fù)責(zé)高壓配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、傳輸、報(bào)警等功能。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控終端主要有以下幾個(gè)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(shí)時(shí)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(bào)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(jī)的調(diào)度命令，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。

在工程設(shè)計(jì)中，動(dòng)力設(shè)備除電氣設(shè)計(jì)中的手動(dòng)控制方式外，在自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還有三種控制方式，即現(xiàn)場(chǎng)控制、集中控制和自動(dòng)控制�，F(xiàn)場(chǎng)控制是在PLC的操作面板上對(duì)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立鍵控;集中控制是由中央控制室主機(jī)完成對(duì)全廠所有工藝電氣設(shè)備的控制;自動(dòng)控制是自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)各種工藝參數(shù)檢測(cè)值和狀態(tài)，按照預(yù)定控制程序自動(dòng)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(jī)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以滿足實(shí)際工作中調(diào)試、檢修和自動(dòng)運(yùn)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(qiáng)、手段全的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)操作員和系統(tǒng)工程師能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視和有效的干預(yù)，實(shí)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(guò)程正常的運(yùn)行。

· 工程師站

負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(hù)。具有硬件配置組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、控制回路組態(tài)、圖形文件組態(tài)、趨勢(shì)文件組態(tài)、顯示方式組態(tài)、報(bào)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(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督，一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)工程師能及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

· 操作員站

負(fù)責(zé)為系統(tǒng)的運(yùn)行操作人員提供良好的人機(jī)界面，使操作員可以通過(guò)操作站及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常發(fā)生等，并通過(guò)鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過(guò)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(jí)現(xiàn)場(chǎng)站，實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行狀態(tài)信號(hào)。具有定時(shí)巡測(cè)、隨機(jī)點(diǎn)測(cè)、分組召測(cè)等功能。同時(shí)通過(guò)以“自動(dòng)”或“人一機(jī)”對(duì)話方式，向各控制分站發(fā)送控制指令，對(duì)有關(guān)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。設(shè)定工藝參數(shù)越限事故的上下限值、各現(xiàn)場(chǎng)PLC的控制參數(shù)。并可檢測(cè)、判斷工藝流程中模擬量越限及動(dòng)力設(shè)備出現(xiàn)的故障等事故，若有事故發(fā)生時(shí)在顯示器上顯示相應(yīng)的事故狀態(tài)，在磁盤上存儲(chǔ)發(fā)生事故的時(shí)間及部位并在打印機(jī)上打印出事故通知單。系統(tǒng)對(duì)進(jìn)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(bào)警功能，一旦發(fā)生報(bào)警能實(shí)時(shí)地在中心控制室特定區(qū)域發(fā)出聲光報(bào)警。建立各類實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，該臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)定時(shí)轉(zhuǎn)換程序，送入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。動(dòng)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(yùn)行參數(shù)圖表。同時(shí)具有歷史數(shù)據(jù)處理功能，能繪制各種參數(shù)運(yùn)行曲線，作出趨勢(shì)分析，供技術(shù)人員分析比較，以便確定最佳運(yùn)行方案。記錄各種事故報(bào)警信號(hào)以及發(fā)生事故前后系統(tǒng)重要參數(shù)的實(shí)時(shí)波形，并分析事故原因，以便改進(jìn)控制管理方法，保證出水達(dá)標(biāo)，并提高經(jīng)濟(jì)效益。操作站接有多媒體投影儀，可將監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)直觀顯示。兩臺(tái)操作員站互為備用，備用站兼顧后臺(tái)打印機(jī)各種生產(chǎn)報(bào)表、趨勢(shì)圖等各種辦公事務(wù)處理和用于科學(xué)計(jì)算和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等工作。

3.辦公自動(dòng)化層

辦公自動(dòng)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(jì)算機(jī)組成，承擔(dān)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(dòng)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(shí)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(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，方便管理人員及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、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(chǎng)設(shè)備(包括攝像機(jī))組成。

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

四、結(jié)束語(yǔ)

城市生活污水是城市發(fā)展過(guò)程中的產(chǎn)物,因此我們應(yīng)提高對(duì)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(shì)。目前，我國(guó)城市污水處理廠的噸水耗電量是發(fā)達(dá)國(guó)家的近兩倍，而運(yùn)行管理人員數(shù)又是其若干倍，因此加強(qiáng)我國(guó)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(jì)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(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛學(xué)義.濟(jì)寧污水處理廠控制系統(tǒng)的特點(diǎn)[J].給水排水， 2000，26(6).

[2]孫增忻.智能控制理論與技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1997.

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