智能化水處理自動化系統分析

葉楚楚

（浙江聯池水務設備股份有限公司，杭州310000）

1 引言

水資源是日常生活中必不可少的重要物質基礎，是居民生活和物質生產過程中的必需資源，直接關系到群眾的生活質量和社會生產效率，對市政自來水廠和城市水利系統提出了更高的要求，為保障水質和供水穩定，進行大規模的水處理系統升級改造已勢在必行。近年來，隨著水處理技術的進步與發展，現代化的智能水處理系統在業內得到廣泛應用，開展對智能自動化水處理系統的研究，充分了解其工作原理與結構特點，對推動自動化系統的普及與發展具有重要意義。

2 水處理自動化系統的結構組成

水處理自動化系統是21世紀初在計算機和信息技術應用中發展而來，它囊括了工藝系統、中心控制系統、信息收集與反饋系統、自我保護系統和互動系統共5個部分，形成了一套專業而系統的自動化水處理控制裝置，在傳統水處理凈化系統的基礎上側重自動化和可控性，在工作效率方面有了顯著的提升。其結構特性如下：

①工藝系統：該系統是水處理系統的主操作區，根據當地水質和水廠的條件選擇具體的凈化工藝，可選用活性炭物理凈化法、RO反滲透或超濾膜凈化法、常規化學凈化法或生物降解法等，一般而言，自動化水處理系統的工藝部分都包含了多種過濾器，集成水泵和滲透閥消毒儀器，實現相對完整的水設備處理工藝。該部分的設備自由度較高，可依據相關需求進行調節，設備工藝系統的膜堆和凈化池可依附于原有的廠內設備進行升級改造。②控制系統：該部分是水處理自動化系統的中樞和核心部分，是和常規水處理站差異最大的單元，也是工作人員發布指令和進行其他單元滲透控制的起點，以多核CPU為硬件基礎，通過變頻器、電動閥和可控回路組成整個系統的控制網絡，目的是通過該系統實現對各子單元的完全自動化控制，降低人工操作壓力，為系統的啟動和運作預留出調試空間，提升水處理系統的容錯率。③信號收集與反饋系統是自動化水處理系統的數據分析裝置，通過布置在系統各單元的傳感器和調頻數據對水質和流量進行實時監控，配合PLC與相關系統進行步驟控制。④保護系統存在的意義是當水處理系統出現監控故障或需要中斷的介質時，能夠及時收集各級數據單元的工作狀況，在主控室下達指令前進行止損操作。⑤互動系統：互動系統存在的意義是構建工作人員和自動控制系統之間的紐帶，通過該系統控制各子系統的開關等設備，是交互平臺的基本組成部分[1]。

3 智能化水處理系統的應用特點

3.1 PLC在處理系統中的應用

PLC（可編輯邏輯控制器）是自動化控制系統的中樞部分，在多核CPU和電腦的綜合布控下，通過信息技術對各級硬件進行控制和指令發布，PLC是計算機信息管理和現代水循環系統高度結合的典型案例，可以在不對系統線路和程序進行升級改造的前提下，通過邏輯算法的優化最大限度發揮出各硬件系統的優勢，有效提升水處理系統的工作效率和智能化水平，提升自來水廠的費效比，基本可以取代傳統的線控處理系統；此外，PLC不同于傳統的獨立式CPU處理器，它的模塊化設計便于水廠對原有設備進行升級改造，可減輕自來水廠的設備升級壓力，水處理自動化系統的程序和邏輯單位都不需要進行變動，長期經營成本較傳統水處理系統得到顯著降低[2]。

3.2 變頻器的應用特點

變頻器和PLC共同組成了水處理系統的自動化控制核心，在計算機信息技術的基礎上，集成電力電子技術，降低了微處理機的應用門檻，綜合性能相比傳統線控設備具有高速且低能耗的優勢，是實現水處理技術自動化的硬件基礎。新變頻器系統在水處理自動化應用中的一大特點是該變頻器加入了軟啟動和軟中斷的執行概念，避免了傳統變頻器在系統故障時因硬操作導致的整體停機，降低了維護成本，通過優化調整完成低風險的自我保護操作，使自動化凈水系統的處理效率達到了一個新的高度，在超濾和RO反滲透設備中應用較為廣泛。智能化水平極大提高，不再需要人為調控水泵的啟動與關閉，還增設和傳感器和無線通信模塊，實際上和PLC一樣具備邏輯處理能力。因此，工作人員可預設變頻器的數據，及時調節系統運行狀態，調節滲透膜的壓力變化速度，確保膜凈化系統的高效運行。

4 水處理自動化系統在應用過程中需要注意的問題

4.1 PLC裝置的對比與選擇

PLC是實現水處理自動化的硬件基礎和技術核心，由于PLC種類較多，功能復雜，實際應用時存在較大差異，因此自來水廠或市政系統在選擇PLC裝置時一定要結合當地水環境和廠內設備的實際情況進行選擇，為保障凈化水質和處理效率，企業在進行系統升級時務必優先選擇性能先進和運行穩定的PLC進行操作，使水處理系統在無人環境下依然能夠實現有效的數據分析和指令發布操作；部分污染程度較高，水質處理工藝復雜，水處理流量大的工廠可以選擇2QTOM或2QTOP系列的高端PLC，水質環境高，規模中等的自來水廠可選擇性價比更高的140系列PLC，引進后在專業人員的配合下接入以太網或局域網，便于遠程控制和收集水質及設備情況，保障系統的自動化水平。

4.2 監控及通訊網絡的設置

我國多數水廠在自動化系統試點運行過程中積累了寶貴的設備管理經驗。通常情況下，自動化系統通過嚴格分級的控制機制在人員體系和設備運轉上對水處理系統進行監管，但這種管理制度在實際應用過程中暴露出人工管理的弊端，隨著智能化系統的自主性不斷提升，人工管理反而使系統運轉變得冗余，降低了設備運轉的效率。目前，水處理設備的應用相對成熟起來，對設備的自動化監控已經提升到了一個新的高度，關于通信網絡和監控系統的優先級也開始出現了爭議。多數企業還是支持對原有的監控系統進行升級和延伸，運用以太網的即時性和互聯性，定期反饋水質凈化程度和自動化設備的運轉情況，以保障水廠在無人化狀態下的可控性和穩定性。

5 結論

在對現有的水處理系統進行升級改造前，需要對自動化系統的原理和特點進行充分的了解，在PLC及凈化技術的選擇上也要結合實際情況進行調整。望本文研究內容能得到相關部門和企業的關注，提升對自動化水處理系統的認識，加快對智能水處理應用的試點和合理性研究，為做好自動化水處理系統的普及應用發揮積極作用。