探討電氣自動化技術在水處理中的應用趨勢

吳官韜

(深圳市水務(集團)有限公司羅湖分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

傳統的水處理技術和流程較為復雜，具有較大的人力、物力消耗，難以滿足新時期人們對水處理工作質量和效率的要求，因此進行技術更新與創新是水處理工作未來發展的重要內容。以計算機技術、電子技術、電力工程技術為主的電氣自動化技術，如今已在多個行業領域中被廣泛應用，成為各行業現代化發展的重要推動力。

1 電氣自動化技術在水處理中的應用必要性

首先，能夠滿足水處理工作現代化發展對處理效率的全新要求，顯著提升水處理工作的經濟效益。電氣自動化技術的應用，無需增加過多的設備，僅通過PLC系統、傳感器、配置監視器、變頻器、工控機、自動化儀表等簡單的設備系統，便可以實現對水處理工作的實時監控和遠程操作，從一定程度上提升水處理工作的自動化、智能化水平，使水處理過程變得精簡、高效，達到提高污水處理效率及技術經濟性的效果。

其次，能夠滿足水處理工作現代化發展對處理質量的全新要求，顯著提升水處理工作的生態效益。相較于傳統人工操作，以計算機控制為主的電力自動化技術，在應用過程中具有更好的運行穩定性和精確性，能夠有效避免不規范的人為操作對污水處理質量的影響，顯著提升污水處理的質量，使其符合新時期生態環保工作的具體要求，進一步凸顯水處理工作的生態價值[1]。

2 電氣自動化技術在水處理中的應用形式

2.1 PLC技術的應用

PLC技術指的是利用編程邏輯控制系統對設備進行控制，使其能夠自動化完成預先制定的工作。該技術在現代工業生產中具有極為廣泛的重要應用價值。PLC技術是電氣自動化技術在水處理工作中的最基本應用形式，是水處理工作智能化、自動化發展的重要基礎。目前，PLC技術在水處理中的應用主要以下面3種形式為主。

2.1.1 格柵自動化控制

水處理過程中，普遍會利用粗細2種格柵對進出水中的懸浮物進行物理處理，其中粗格柵的作用主要是截留、篩除廢水中顆粒較大的懸浮物，避免水泵、管道出現堵塞問題；細格柵的作用主要是處理廢水中顆粒較小的懸浮物，以此補充粗格柵的功能，進一步提升廢水預處理的質量。可利用PLC技術，根據液位傳感器采集的水位差值以及預先在PLC裝置中設定時間，實現格柵的自動化控制。具體控制過程為：在進水泵中利用雷達液位計實時檢測和采集水位數據，變頻器會根據采集到的水位數據自動化進行數值調節，而剩余水泵則由工頻器進行控制。水處理工作開始后，PLC會根據采集到的水位數據，預先設定好程序自動調節工頻泵的啟閉狀態，從而實現格柵的自動化控制[2]。

2.1.2 脫水機房自動化控制

水處理過程中會出產生大量的污泥及其附屬污染物，這就需要利用脫水房對其進行脫水處理，以此為后續處理環節的開展奠定良好基礎。在脫水房中通常會有許多結構復雜、專業性很強的處理設備，若要獲得最佳的脫水處理效果必須確保各處理設備的精確控制以及協調配合。利用PLC技術，不僅能夠實現對脫水房中所有處理設備的集成化、統一化管理，還能夠通過安裝不同類型的傳感器對脫水處理過程中的各項參數指標進行實時檢測，在此基礎上結合具體工藝需求和預先設定的控制程序，對運行參數進行智能調節，從而實現絮凝劑投放、設備清洗等處理環節的自動化控制，顯著提升脫水處理的工作效率和穩定性。

2.1.3 加藥自動化控制

污水處理工藝通常會因廢水中污染物成分、出水水質要求等因素的不同而發生一定的改變。為達到相應的水處理要求，往往會在水處理過程中根據實際情況加入特定的藥劑。在以人工操作為主的傳統水處理模式中，藥劑投入量的合理性難以得到有效控制，容易出現投入量過大的情況，不僅會造成藥劑浪費，還會對出水水質造成二次污染，影響用水安全性。而應用PLC技術，則可以利用相應的傳感器科學有效地采集數據，從而對藥劑投入量進行精準化、自動化控制。以加氯水控制為例，通過加氯水的方式對水體進行消毒是水處理工作中的一個重要環節，而氯水本身具有一定的毒性，因此，氯水的加入量必須嚴格控制[3]。利用PLC技術可精準控制氯水的加入量，具體控制流程如圖1所示。在具體應用過程中需要注意以下內容：①廢水過濾前的加氯消毒處理，此階段應以流量比的模式對加氯消毒工藝進行控制，即根據加氯速率和水流速度對各項運行參數進行調節。②過濾后的加氯消毒處理，此階段應采用復合環路加氯方式，并主要以流量為依據對加氯過程進行控制。對比之下，濾后控制更為復雜，對PLC技術的應用需求更高。

圖1 PLC技術的加氯控制流程圖

2.2 PLC與DCS技術的整合應用

PLC技術雖具有極快的響應速度和較強的邏輯分析與處理能力，但面對極為復雜的運算或控制需求時，仍存在一定的技術局限性[4]。而分散控制系統(DCS)是以微處理器為技術基礎，以分散控制、集中操作和管理為設計原則，以多層分級、合作自治為結構形式的新一代儀表控制系統，能夠進行十分復雜的運算。因此，在水處理過程中，將PLC技術與DCS整合應用，能夠使二者的技術優勢形成互補，即使面對更加復雜的處理情況，也能夠有效實現各項運行數據的精準、高效、實時采集以及自動化控制。擁有DCS技術支持的PLC技術，具備更強的抗外部因素干擾能力，能夠開展更為復雜的自動化控制功能，從而顯著提升水處理工作的穩定性、質量性以及高效性。

2.3 無線網絡技術的應用

無線網技術是電氣自動化技術在水處理工作中最主要的應用形式，能夠實現遠程控制水處理各項參數、操作的目的。相較于有線網絡，無線網絡技術具有能耗小、組織方式和分布方式更加靈活、便捷的特點。其在水處理中的應用價值主要體現在兩個方面：①實現水處理過程的遠程操作，提高水處理效率。②實現運行狀態的遠程監控，及時發現設備故障，提高水處理工作的穩定性。

2.4 工業數據總線及數字儀表技術的應用

數字儀表及現場總線技術在水處理工作中的應用具有以下優勢：①能夠顯著提升水處理過程中各系統設備間數據信息傳輸的便利性以及實效性，從而增強各系統設備之間的互操性以及水處理過程的整體性，使水處理工作的效率和質量得到有效增強。②能夠增強設備間的互用性，尤其是涉及數字儀表技術的設備，相互間能夠更便捷地進行交換使用。③能夠一定程度上減少變速器的使用量，從而降低設備投入成本，提升水處理工作的經濟性。

在水處理工作中，數字儀表及現場總線技術不僅包含工業技術總線，還包含電氣自動化技術的底層數據通信情況，具有轉換現場機械設備數字信息、串聯不同數據線之間的關系、數據信息可視化呈現等功能，以此切實提升水處理工作的智能化、自動化水平，提高水處理質量與效率。

3 電氣自動化技術在水處理中的應用趨勢

“智慧水務”視域下，電氣自動化技術與水處理工作的融合應用，將會向以下趨勢發展：①可視化管理系統的普及應用。即根據實際操作和工藝技術的需求，設置多個監測點，將水處理過程中監測到的水壓、pH值、流速等實時數據信息轉化為可視化數字信息并在中央控制系統或各終端設備的顯示屏上呈現出來，以此幫助技術人員隨時隨地了解水處理情況，及時處理過程中存在的問題并進行調整，提高水處理的效率和工作穩定性。②智慧決策系統的普及應用。引入機器學習、人工智能等前沿性智慧技術，提高官網監控、故障報警及控制、循環利用、水處理工藝技術等方面的智能水平。一方面實現感知、診斷、決策、執行等更高級的智能控制行為；另一方面幫助技術人員制定更具參考機制和實踐作用的決策，以此全面提升水處理的技術水平。③數據定位采集系統的應用。通過三維建模技術、3S定位設備、無線傳感設備等電子自動化技術，對水資源數據進行高效、穩定、精準采集與測量，并基于人工智能技術，從采集到的數據信息中篩選出符合當前水處理工作需求并具有較高參考價值的數據信息，以此為水處理相關決策制定提供可靠保障。閥門、無線傳感設備等智能化、自動化電氣設備的廣泛應用是構建數據定位采集系統的重要基礎，其應用和部署的合理性將直接影響采集數據的可靠性與準確性。在此基礎上，整合運用GPS、GIS等空間管理技術，可實現采集數據的可視化以及突發事件的緊急預警，從而為水處理工作的順利、安全開展提供有力保障。

4 結語

電氣自動化技術的融合應用是水處理工作發展的必然趨勢，具有提升處理效率和質量，增強水處理經濟效益和生態效益的突出作用。新時期背景下，相關單位應注重PLC、DCS、無線通信、數字儀表及現場總線等技術在水處理工作中的運用，并基于對“智慧水務”觀念的理解，加強可視化管理系統、智慧決策系統的運用，以此實現電氣自動化技術在水處理工作中的滲透和整合運用，切實推動水處理工作的智慧化、現代化發展。