智能化水處理自動(dòng)化系統(tǒng)分析

葉楚楚

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的升級(jí)與發(fā)展，自來水廠的水處理系統(tǒng)正逐漸向自動(dòng)化、智能化方向升級(jí)，智能化水處理已經(jīng)成為未來市政水處理工藝發(fā)展的必然趨勢。論文詳細(xì)闡述了水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的工作模式，旨在總結(jié)自動(dòng)化水處理系統(tǒng)的工作原理，通過分析其優(yōu)勢總結(jié)出水處理自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用過程中需要注意的問題，為大型水廠的系統(tǒng)優(yōu)化提供方案參考。

【Abstract】With the upgrade and development of science and technology， water treatment system is escalation in the direction of automatic and intelligent. The intelligent water treatment has become the development trend in the future of municipal water treatment process. This paper expounds the operation mode of the automation system in water treatment， aims to summarize the working principle of automatic water treatment systems， through the analysis of the advantages， paper summarizes the problems existing in water treatment automation system， so as to provide reference for the system optimization of large water.

【關(guān)鍵詞】智能化；水處理；自動(dòng)化系統(tǒng)

【Keywords】intelligence； water treatment； automation system

【中圖分類號(hào)】TU991.2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）03-0137-02

1 引言

水資源是日常生活中必不可少的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是居民生活和物質(zhì)生產(chǎn)過程中的必需資源，直接關(guān)系到群眾的生活質(zhì)量和社會(huì)生產(chǎn)效率，對市政自來水廠和城市水利系統(tǒng)提出了更高的要求，為保障水質(zhì)和供水穩(wěn)定，進(jìn)行大規(guī)模的水處理系統(tǒng)升級(jí)改造已勢在必行。近年來，隨著水處理技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)代化的智能水處理系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，開展對智能自動(dòng)化水處理系統(tǒng)的研究，充分了解其工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對推動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的普及與發(fā)展具有重要意義。

2 水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

水處理自動(dòng)化系統(tǒng)是21世紀(jì)初在計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)應(yīng)用中發(fā)展而來，它囊括了工藝系統(tǒng)、中心控制系統(tǒng)、信息收集與反饋系統(tǒng)、自我保護(hù)系統(tǒng)和互動(dòng)系統(tǒng)共5個(gè)部分，形成了一套專業(yè)而系統(tǒng)的自動(dòng)化水處理控制裝置，在傳統(tǒng)水處理凈化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上側(cè)重自動(dòng)化和可控性，在工作效率方面有了顯著的提升。其結(jié)構(gòu)特性如下：

①工藝系統(tǒng)：該系統(tǒng)是水處理系統(tǒng)的主操作區(qū)，根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)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(guī)化學(xué)凈化法或生物降解法等，一般而言，自動(dòng)化水處理系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)相對完整的水設(shè)備處理工藝。該部分的設(shè)備自由度較高，可依據(jù)相關(guān)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)備工藝系統(tǒng)的膜堆和凈化池可依附于原有的廠內(nèi)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。②控制系統(tǒng)：該部分是水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的中樞和核心部分，是和常規(guī)水處理站差異最大的單元，也是工作人員發(fā)布指令和進(jìn)行其他單元滲透控制的起點(diǎn)，以多核CPU為硬件基礎(chǔ)，通過變頻器、電動(dòng)閥和可控回路組成整個(gè)系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，目的是通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對各子單元的完全自動(dòng)化控制，降低人工操作壓力，為系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)作預(yù)留出調(diào)試空間，提升水處理系統(tǒng)的容錯(cuò)率。③信號(hào)收集與反饋系統(tǒng)是自動(dòng)化水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析裝置，通過布置在系統(tǒng)各單元的傳感器和調(diào)頻數(shù)據(jù)對水質(zhì)和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，配合PLC與相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行步驟控制。④保護(hù)系統(tǒng)存在的意義是當(dāng)水處理系統(tǒng)出現(xiàn)監(jiān)控故障或需要中斷的介質(zhì)時(shí)，能夠及時(shí)收集各級(jí)數(shù)據(jù)單元的工作狀況，在主控室下達(dá)指令前進(jìn)行止損操作。⑤互動(dòng)系統(tǒng)：互動(dòng)系統(tǒng)存在的意義是構(gòu)建工作人員和自動(dòng)控制系統(tǒng)之間的紐帶，通過該系統(tǒng)控制各子系統(tǒng)的開關(guān)等設(shè)備，是交互平臺(tái)的基本組成部分[1]。

3 智能化水處理系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

3.1 PLC在處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

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

3.2 變頻器的應(yīng)用特點(diǎn)

變頻器和PLC共同組成了水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制核心，在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成電力電子技術(shù)，降低了微處理機(jī)的應(yīng)用門檻，綜合性能相比傳統(tǒng)線控設(shè)備具有高速且低能耗的優(yōu)勢，是實(shí)現(xiàn)水處理技術(shù)自動(dòng)化的硬件基礎(chǔ)。新變頻器系統(tǒng)在水處理自動(dòng)化應(yīng)用中的一大特點(diǎn)是該變頻器加入了軟啟動(dòng)和軟中斷的執(zhí)行概念，避免了傳統(tǒng)變頻器在系統(tǒng)故障時(shí)因硬操作導(dǎo)致的整體停機(jī)，降低了維護(hù)成本，通過優(yōu)化調(diào)整完成低風(fēng)險(xiǎn)的自我保護(hù)操作，使自動(dòng)化凈水系統(tǒng)的處理效率達(dá)到了一個(gè)新的高度，在超濾和RO反滲透設(shè)備中應(yīng)用較為廣泛。智能化水平極大提高，不再需要人為調(diào)控水泵的啟動(dòng)與關(guān)閉，還增設(shè)和傳感器和無線通信模塊，實(shí)際上和PLC一樣具備邏輯處理能力。因此，工作人員可預(yù)設(shè)變頻器的數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)滲透膜的壓力變化速度，確保膜凈化系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

4 水處理自動(dòng)化系統(tǒng)在應(yīng)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(shí)現(xiàn)水處理自動(dòng)化的硬件基礎(chǔ)和技術(shù)核心，由于PLC種類較多，功能復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在較大差異，因此自來水廠或市政系統(tǒng)在選擇PLC裝置時(shí)一定要結(jié)合當(dāng)?shù)厮h(huán)境和廠內(nèi)設(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，為保障凈化水質(zhì)和處理效率，企業(yè)在進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)時(shí)務(wù)必優(yōu)先選擇性能先進(jìn)和運(yùn)行穩(wěn)定的PLC進(jìn)行操作，使水處理系統(tǒng)在無人環(huán)境下依然能夠?qū)崿F(xiàn)有效的數(shù)據(jù)分析和指令發(fā)布操作；部分污染程度較高，水質(zhì)處理工藝復(fù)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(zhì)環(huán)境高，規(guī)模中等的自來水廠可選擇性價(jià)比更高的140系列PLC，引進(jìn)后在專業(yè)人員的配合下接入以太網(wǎng)或局域網(wǎng)，便于遠(yuǎn)程控制和收集水質(zhì)及設(shè)備情況，保障系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

4.2 監(jiān)控及通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

我國多數(shù)水廠在自動(dòng)化系統(tǒng)試點(diǎn)運(yùn)行過程中積累了寶貴的設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)。通常情況下，自動(dòng)化系統(tǒng)通過嚴(yán)格分級(jí)的控制機(jī)制在人員體系和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)上對水處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管，但這種管理制度在實(shí)際應(yīng)用過程中暴露出人工管理的弊端，隨著智能化系統(tǒng)的自主性不斷提升，人工管理反而使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)變得冗余，降低了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的效率。目前，水處理設(shè)備的應(yīng)用相對成熟起來，對設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控已經(jīng)提升到了一個(gè)新的高度，關(guān)于通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)也開始出現(xiàn)了爭議。多數(shù)企業(yè)還是支持對原有的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和延伸，運(yùn)用以太網(wǎng)的即時(shí)性和互聯(lián)性，定期反饋水質(zhì)凈化程度和自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，以保障水廠在無人化狀態(tài)下的可控性和穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

在對現(xiàn)有的水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造前，需要對自動(dòng)化系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)進(jìn)行充分的了解，在PLC及凈化技術(shù)的選擇上也要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。望本文研究內(nèi)容能得到相關(guān)部門和企業(yè)的關(guān)注，提升對自動(dòng)化水處理系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，加快對智能水處理應(yīng)用的試點(diǎn)和合理性研究，為做好自動(dòng)化水處理系統(tǒng)的普及應(yīng)用發(fā)揮積極作用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李偉國.智能化水處理自動(dòng)化系統(tǒng)分析[J].商品與質(zhì)量，2017，18（27）：10050-10051.

【2】王喜紅.智能化水處理自動(dòng)化系統(tǒng)分析[J].工程技術(shù)（引文版），2016，23（3）：00154-00154.