市政污水處理廠的電氣工程自動(dòng)化控制

王佳章 周加育

中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北 武漢 430010

引言

當(dāng)前工業(yè)發(fā)展進(jìn)程的快速發(fā)展，環(huán)境污染現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，污水是破壞環(huán)境的重要原因，排放量超標(biāo)是絕大部分河流湖泊受到不同程度侵害，這已經(jīng)成為影響社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的“瓶頸”，為了推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)污水超負(fù)荷運(yùn)作的處理可以說(shuō)迫在眉睫。當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)污水處理廠的綜合能力較差，電氣工程自動(dòng)化控制水平并不高﹑操作不熟練導(dǎo)致投資成本過(guò)高，工作效率低于世界標(biāo)準(zhǔn)。因此，積極借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，充分了解該操作的工藝流程，結(jié)合實(shí)際國(guó)情，有針對(duì)性地發(fā)展高效低成本污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)，推動(dòng)市政污水處理工程有秩序地進(jìn)行，這不僅非常有必要并且意義深遠(yuǎn)。

1 污水處理中出現(xiàn)的問(wèn)題

污水處理廠的處理工藝存在各種各樣的問(wèn)題，例如未引進(jìn)自動(dòng)化控制技術(shù)前利用傳統(tǒng)模式，全年排水量在持續(xù)超標(biāo)，但是可以被有效處理的污水非常有限，在很大程度上造成了能源損耗。負(fù)荷較高的情況下，還會(huì)造成翻泥偏流現(xiàn)象，增加調(diào)節(jié)工作強(qiáng)度，且難以及時(shí)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，由于水質(zhì)日益復(fù)雜多元化，對(duì)污水排放的要求有所提高，單靠人工經(jīng)驗(yàn)控制已經(jīng)不滿足污水處理廠工藝流程的發(fā)展，始終存在效率低下﹑維修率高﹑自動(dòng)自動(dòng)化控制水平低和極少的經(jīng)濟(jì)收益等缺點(diǎn)[1]。

我國(guó)引進(jìn)電氣工程及其自動(dòng)化控制后因處于初期探索階段，受多種因素影響仍然存在一些問(wèn)題，例如僅有少數(shù)污水處理企業(yè)安裝了自動(dòng)化控制，但購(gòu)買的整體設(shè)備不符合自身具體情況，無(wú)法對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇，使得由理論基礎(chǔ)向?qū)嶋H操作的轉(zhuǎn)變過(guò)程中受到極大阻礙，這是導(dǎo)致污水處理能力低的重要原因之一。在具體實(shí)踐環(huán)節(jié)中核心操作系統(tǒng)暴露出不可靠的運(yùn)行效能，一些極端問(wèn)題很可能會(huì)出現(xiàn)，這是因?yàn)檠b備儀器的精密度也需強(qiáng)化維護(hù)，尤其加上運(yùn)行人員缺乏經(jīng)驗(yàn)﹑傳感器技術(shù)落后及自動(dòng)化控制水平低的原因，使得污水凈化更為困難，并且到今天為止依然沒(méi)能實(shí)現(xiàn)完全由設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制的目標(biāo)[2]。還有就是電氣工程自動(dòng)控制的操作工藝處于開發(fā)完善階段，再加上絕大部分企業(yè)將精力投放在生產(chǎn)和銷售領(lǐng)域，這使得國(guó)產(chǎn)污水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能型自動(dòng)控制目標(biāo)還有很大努力空間，還需持續(xù)創(chuàng)新改革，構(gòu)建出一整套高效的電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

2 污水處理電氣工程自動(dòng)化的內(nèi)涵及現(xiàn)狀

2.1 污水處理電氣工程自動(dòng)化的內(nèi)涵

電氣工程自動(dòng)化控制利用計(jì)算機(jī)軟件與硬件以及PLC實(shí)施有效控制的人機(jī)操作系統(tǒng)，主基于電氣設(shè)備工作原理，利用計(jì)算機(jī)展開的自動(dòng)化控制技術(shù)。在整個(gè)自動(dòng)化控制中，以PLC和VB程序設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)運(yùn)行，其中PLC程序主要負(fù)責(zé)自動(dòng)控制，而VB程序確保數(shù)據(jù)共享，及時(shí)得到數(shù)據(jù)反饋。在對(duì)污水處理流程中，操作人員會(huì)利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)監(jiān)督后臺(tái)設(shè)備和各項(xiàng)數(shù)據(jù)，收集整理信息，優(yōu)化控制整個(gè)處理工藝，對(duì)比有關(guān)參數(shù)完成對(duì)城市污水處理工作的分析，從而發(fā)出合理的指令，利于污水處理廠工作的順利運(yùn)行。因此自動(dòng)化控制建設(shè)體系必須根據(jù)實(shí)際情況建立基于數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，以達(dá)到人機(jī)一體化的目的，提高市政污水處理廠的工作效率，滿足社會(huì)需求。

2.2 污水處理電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)可以靈敏地記錄污染物﹑離子含量以及水溫水位相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，協(xié)助工作人員解決污水處理過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，保障該系統(tǒng)能正常運(yùn)行。由此可見(jiàn)，新型電氣工程自動(dòng)化控制的快速發(fā)展極大促進(jìn)數(shù)據(jù)梳理及智能化操作管控，國(guó)家工業(yè)化生產(chǎn)因此迎來(lái)新的機(jī)遇，為工業(yè)高效﹑快捷﹑精準(zhǔn)發(fā)展提供了巨大的支持。在這種形勢(shì)下，PLC作為較完善的系統(tǒng)性網(wǎng)絡(luò)，是高效率﹑低投入﹑成熟可靠﹑低運(yùn)行成本的世界先進(jìn)污水處理工藝，依托其極強(qiáng)的穩(wěn)定性和高品質(zhì)的操作帶領(lǐng)世界智能化走向光明。未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，污水處理項(xiàng)目還會(huì)加大投資，該行業(yè)將是一項(xiàng)社會(huì)關(guān)注重點(diǎn)，而采用先進(jìn)實(shí)用的自動(dòng)控制技術(shù)是推動(dòng)生態(tài)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)[3]。

3 限制污水處理電氣工程自動(dòng)化的因素

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，電氣工程自控在污水處理系統(tǒng)上的運(yùn)用，高效低耗，但主要影響因素如下。

3.1 檢測(cè)工具穩(wěn)定性較差

污水處理廠使用的電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)會(huì)受到儀器設(shè)備的影響，比如在對(duì)高濃度除磷處理和氣味工藝進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于儀器設(shè)備的不穩(wěn)定會(huì)造成最后測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致污水處理效益大打折扣。另外污水處理控制系統(tǒng)中的傳感器也只能起到其檢測(cè)功能，而不能扮演污染流量監(jiān)測(cè)角色，其監(jiān)測(cè)功能也不能得以最大限度地發(fā)揮，從而影響污水處理工藝的使用水平，使得污水處理效果顯著下降。

3.2 缺乏足夠重視

有些城市污水處理廠對(duì)工程技術(shù)并沒(méi)有充分的關(guān)注，導(dǎo)致電氣工程及其自控系統(tǒng)在污水處理工藝中并不能被充分利用。在中國(guó)傳統(tǒng)的大中型污水處理廠中，由于有關(guān)部門管理層領(lǐng)導(dǎo)缺少對(duì)電氣工程自動(dòng)化管理知識(shí)的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)，他們覺(jué)得該系統(tǒng)節(jié)省能源的效果非常不好，所以在建設(shè)污水處理技術(shù)的時(shí)候，明顯地對(duì)這個(gè)系統(tǒng)缺乏了興趣，從而致使有關(guān)監(jiān)管部門對(duì)其情況也無(wú)法做出正確判斷，并認(rèn)為該系統(tǒng)廢水的水質(zhì)指標(biāo)也起到不了什么效果，極大程度上影響了電氣工程自控系統(tǒng)的應(yīng)用效果，阻礙該技術(shù)的發(fā)展。

3.3 相應(yīng)的設(shè)備不完備

因?yàn)槭姓鬯幚韽S的運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，受經(jīng)濟(jì)因素和地形條件的影響，污水處理的自控水平極其低，配備的自動(dòng)化儀器設(shè)備性能不吻合，再加上缺乏先進(jìn)的軟件﹑機(jī)器設(shè)備維修保護(hù)工作的落后，非常容易出現(xiàn)各泵站和中央控制室間重要數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，該缺陷會(huì)嚴(yán)重影響到實(shí)際應(yīng)用效果，因此想要在排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提升的基礎(chǔ)上，建立一套完善的電氣工程自控系統(tǒng)更是難上加難。

4 污水處理電氣工程自動(dòng)化的應(yīng)用及趨勢(shì)

4.1 PLC控制站設(shè)計(jì)

污水處理廠在處理污水流程中會(huì)出現(xiàn)技術(shù)不穩(wěn)定情況，極大影響工作效果，而PLC系統(tǒng)對(duì)控制處理技術(shù)有很大幫助。科學(xué)設(shè)計(jì) PLC 控制站，工作人員完全掌握污水排放后的停留時(shí)間，并讓微生物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，消滅掉吸附在微生物表面的細(xì)菌，防止發(fā)生二次污染。而這一進(jìn)程的難題則需工作人員根據(jù)具體情況做出修正，要求非常高的技術(shù)操作，不但要滿足污水凈化工藝程序要求，而且保證運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的穩(wěn)妥。同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)與系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守分層分布和根據(jù)不同的工藝處理流程的原則，把污水處理中心控制室建在地面，將 PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)用于電氣工程自動(dòng)化控制中。

4.2 自控儀表的設(shè)計(jì)

在污水處理自動(dòng)化控制上引進(jìn)及安裝先進(jìn)的自控儀表，有助提高污水處理廠的工作質(zhì)素結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)參數(shù)的精確控制，其主要作用是收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到PLC控制站，PLC控制站將其發(fā)送給中央管理層，工作人員及時(shí)得到信息。在儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要合理安裝儀表，減少數(shù)據(jù)存在的誤差，提高檢測(cè)的可信度，以加快污水處理效率。

4.3 中間控制層

中間控制層連接監(jiān)控站和控制站，結(jié)合 PLC 系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)并采集分析相關(guān)數(shù)據(jù)。通常運(yùn)行裝置控制臺(tái)的選擇工作都會(huì)在中間控制層的站點(diǎn)中完成，這就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒介使其也變成整個(gè)系統(tǒng)的控制臺(tái)，隨時(shí)掌握所有儀器的工作狀況，并準(zhǔn)確分析采集來(lái)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在并加以解決，確保各設(shè)備的正常運(yùn)行。

4.4 設(shè)置智能設(shè)備層

無(wú)人值守條件下對(duì)各設(shè)備自動(dòng)控制管理可以通過(guò)智能設(shè)備層實(shí)現(xiàn)，它保證了各設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)行。特別值得一提的是，大中型污水處理廠的智能設(shè)備層均以與現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)網(wǎng)的形式布設(shè)；若是中小型城市污水處理廠則要采取星形拓?fù)涞姆绞讲荚O(shè)，并用硬接線或電纜連通智能化儀器臺(tái)與監(jiān)控裝置。在設(shè)置智能設(shè)備層時(shí)，需要在每個(gè)控制站設(shè)置所需智能儀器，使其將運(yùn)行數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)。

4.5 檢測(cè)及控制

對(duì)于電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，粗格柵和細(xì)格柵具有良好的過(guò)濾效果，因?yàn)槲鬯型写罅坷駯艑⑦@些垃圾分離，粗格柵側(cè)重于處理大直徑懸浮顆粒，以避免堵塞管道；細(xì)格柵主要用于處理小直徑懸浮顆粒，粗格柵和細(xì)格柵共同發(fā)揮作用，可成功實(shí)現(xiàn)污水凈化工作。超聲波液位差計(jì)安裝在粗格柵前后，控制粗格柵開關(guān)。進(jìn)氣泵可通過(guò)變頻控制，變頻機(jī)構(gòu)根據(jù)液位波動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)試，其余水泵由工頻軟件整體控制，編程感應(yīng)控制裝置將根據(jù)液位波動(dòng)切換工頻泵，水泵設(shè)計(jì)為固定水位，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)水位調(diào)控水泵工作狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)泵房運(yùn)行的自動(dòng)控制，應(yīng)提前編寫程序，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以消除電機(jī)設(shè)備的頻繁重復(fù)運(yùn)行，避免電能和無(wú)功的消耗，提高污水處理質(zhì)量。

電氣工程自控系統(tǒng)在污水處理的應(yīng)用趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下五大方面：第一點(diǎn)是著重研究氣味檢測(cè)，提高檢測(cè)技術(shù)的可靠性，保障檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。第二點(diǎn)是加強(qiáng)預(yù)測(cè)控制，更好應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。第三點(diǎn)是將這兩個(gè)要素完美結(jié)合，以達(dá)到高效率﹑低能耗的目標(biāo)。第四點(diǎn)是先進(jìn)的遠(yuǎn)程控制技術(shù)﹑數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入該系統(tǒng)，早日實(shí)現(xiàn)污水處理無(wú)人化的目標(biāo)。第五點(diǎn)是對(duì)原有的理念進(jìn)行合理轉(zhuǎn)變，讓污水處理領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)人員充分認(rèn)識(shí)到該系統(tǒng)的優(yōu)越性，熟練掌握流程工藝，有效提升管理水平。

此外為確保污水處理廠電氣工程自動(dòng)化工作更有效，針對(duì)前文提到的三個(gè)影響因素，采取有關(guān)措施處理解決。比如企業(yè)所用的材料設(shè)備要符合國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并明確污水排放標(biāo)準(zhǔn)，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展要求。另外設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制室，以無(wú)人化為標(biāo)準(zhǔn)原則，加強(qiáng)對(duì)電氣設(shè)備的維護(hù)管理，確保其在工作中可以穩(wěn)定高效地運(yùn)行，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的充分利用，必須將PLC功能與中控室功能相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制能獨(dú)立完成。

5 結(jié)束語(yǔ)

在城市建設(shè)中污水導(dǎo)致環(huán)境惡化，嚴(yán)重威脅人們的生活，也制約了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，因此有關(guān)部門必須高度重視污水處理的問(wèn)題，選擇科學(xué)先進(jìn)的技術(shù)是非常關(guān)鍵的。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被用于污水處理廠中，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用具有顯著效果，很大程度上提高污水處理效率，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)和諧發(fā)展，這也被國(guó)外許多實(shí)踐中所證實(shí)。污水處理技術(shù)還有很多薄弱環(huán)節(jié)，因此要加強(qiáng)對(duì)這方面科學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)工作人員的專業(yè)素養(yǎng)，讓他們達(dá)到有問(wèn)題可提，有辦法可解決的高技能標(biāo)準(zhǔn)，這樣保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了水資源。