工業(yè)污水自動化智能處理系統(tǒng)設計研究

張亮

（浙江嘉科電子有限公司，浙江 嘉興 314000）

工業(yè)的快速發(fā)展可以帶動國家社會與經(jīng)濟的發(fā)展，從而成功實現(xiàn)國家的現(xiàn)代化目標。誠然，我國的工業(yè)之所以能夠在短時間內得到飛速的發(fā)展，是因為最初采用計劃經(jīng)濟體制，舉國上下全力搞工業(yè)發(fā)展。與此同時，大量未經(jīng)處理的工業(yè)污水排放嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境，甚至在一些地區(qū)頻繁出現(xiàn)了霧霾、酸雨等自然災害。隨著國家將保護環(huán)境作為一項基本國策，人們對生態(tài)環(huán)境的保護越來越重視，在這一趨勢下，如何科學處理工業(yè)污水，減少工業(yè)污水的排放成為亟待解決的關鍵問題。自動化監(jiān)控技術為有效處理工業(yè)污水提供了解決措施，它可以隨時監(jiān)測工廠生產(chǎn)的污水是否達到了排放的標準，從而可以對工業(yè)污水進行針對性的處理，降低對生態(tài)環(huán)境的污染。

1 工業(yè)污水處理自動化監(jiān)控技術的實現(xiàn)原理

工業(yè)污水處理主要針對其中含有的大量重金屬物質，由于它們的污染性極強，因此對處理技術的要求較高，并且耗時較長。采用工業(yè)污水處理自動化監(jiān)控技術來處理工業(yè)污水的流程主要有預處理、升華處理以及最后沉淀三個階段。實現(xiàn)原理為：首先將生產(chǎn)出的工業(yè)污水排放到固定的砂池中，然后進行攪拌，盡可能讓砂水之間相互分離，等砂石完全沉淀之后，再將污水傳輸?shù)街泻统刂羞M行酸堿鈉的中和處理，并用提升泵將污水進行提升；隨后將提升后的污水進入?yún)捬醭刂羞M行生物分解，可加入生物催化劑等加速污水的分解，待分解完成之后流入到調節(jié)沉淀池中進行沉淀、過濾，這樣就完成了工業(yè)污水的凈化處理，隨后還要對污水進行氣化微處理，去除水中的污染，并在沉淀池中采用固液分離裝置來使固體與液體分離，之后在污水中加入藥物，提升污水凈化的純度，最后將處理完成的液體進行排放或者二次循環(huán)利用，將固體凝固后再集中運出進行統(tǒng)一的處理。

2 工業(yè)污水自動化智能處理系統(tǒng)的設計與研究

2.1 污水處理系統(tǒng)設計

工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要包括遠程控制中心、工業(yè)控制計算機、PLC 可編程控制器等，再充分應用網(wǎng)絡通信和電氣自動化控制技術等來監(jiān)測污水處理，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)自動上傳至數(shù)據(jù)庫中。安裝好工業(yè)污水處理系統(tǒng)之后，可以實現(xiàn)對污水的自動化控制，即當工業(yè)控制計算機發(fā)出了控制指令之后，自動化控制系統(tǒng)將PLC 可編程控制器進行分布式排列，更好地控制工業(yè)污水的處理。隨后，再借助現(xiàn)場傳感器來進行檢測，之后將檢測的數(shù)據(jù)自動上傳，當儀表顯示了相關監(jiān)測數(shù)據(jù)后，電氣控制系統(tǒng)則會控制整個檢測的過程。操作人員需要在現(xiàn)場對污水處理系統(tǒng)進行組態(tài)、調控以及參數(shù)設置，將工業(yè)污水處理過程中監(jiān)測的相關數(shù)據(jù)進行采集與統(tǒng)計工作，并做成數(shù)據(jù)報表下載打印成文件。相關管理人員則要實時監(jiān)控各個工業(yè)污水處理系統(tǒng)的服務器，并以太網(wǎng)來進行實時接收污水處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)的通訊工作，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來對整個工業(yè)污水處理過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行準確的分析，確?？刂迫藛T可以按照污水處理的相關操作準則來精確下達控制、采集等指令。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術

人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術具有非線性映射能力、自適應性和容錯能力以及學習能力強等特點，不管在處理污水還是控制污水排放方面，都能有效降低工業(yè)污水造成的污染，能夠在最大程度上減少水污染，保護生態(tài)環(huán)境。人工神經(jīng)網(wǎng)絡可以與各種在線傳感器監(jiān)控系統(tǒng)相結合，可以對污水處理過程中出現(xiàn)的各類信號點采樣數(shù)據(jù)進行歸類處理，并將數(shù)據(jù)及時保存下來，以此作為衡量污水處理信號變化趨勢的依據(jù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術還能夠解決許多復雜的線性問題，并且針對數(shù)學建模處理污水的問題能夠發(fā)揮不同的作用，可以有效降低能耗。在工業(yè)污水處理的過程中充分應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術來進行工業(yè)廢水的實時檢測，并且采用多種測量方式來提升污水凈化的質量，可以進一步推動我國工業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境相適應。

2.3 如何將專家系統(tǒng)融入污水處理控制系統(tǒng)

專家系統(tǒng)相較于人工神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊計算而言，能夠更好地解決一些比較透明靈活的問題，從而多方面解決污水處理過程中出現(xiàn)的問題，促進工業(yè)污水處理系統(tǒng)的完善。專家系統(tǒng)主要具有診斷、分析等功能，這樣可以運用多種不同的方法來處理工業(yè)污水。污水處理控制專家系統(tǒng)是由德國一個科研團隊研發(fā)出來的，可以用于檢測污水中像氮、鈉、磷等各種化學物質以及污水中含有的固體懸浮物質，從而更好地進行工業(yè)廢水處理工作。但是，專家系統(tǒng)目前還不夠完善，其中還存在許多知識盲區(qū)，在實際操作中需要借助人工輔助。專家系統(tǒng)的結構設計不像其他的污水處理系統(tǒng)那樣復雜，主要起到記憶庫的作用，隨即通過對工業(yè)污水處理的動態(tài)變化不斷改進來檢查污水處理系統(tǒng)并及時排除障礙，以此來確保整個工業(yè)污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.4 模糊控制系統(tǒng)在污水處理中的有效運用

模糊控制系統(tǒng)需要操作人員以及相關的污水處理專家事先設置好系統(tǒng)控制的規(guī)則，即將已有的控制經(jīng)驗與知識表達等轉換成計算機語言變量，隨后將其輸入到模糊控制系統(tǒng)中，一切工作都要按照這一規(guī)則來進行。與此同時，要在實際操作中實現(xiàn)模糊控制還須借助非線性數(shù)學模型系統(tǒng)，這是因為“知識表達”、“控制經(jīng)驗”都具有模糊性以及復雜性，不能準確將其轉換為精確的語言變量。模糊控制系統(tǒng)早在上個世紀八十年代就有國外學者與專家嘗試將其應用于工業(yè)污水的處理，最初主要是將污水出水的DO、BOD、SS、回流污泥量以及出水氨氮濃度等相關監(jiān)測數(shù)據(jù)作為輸入的變量，隨后通過模糊控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行“模糊化”設置，以此來匹配事先設計好的規(guī)則，然后依據(jù)系統(tǒng)匹配的情況來對工業(yè)污水處理做出相應的控制措施，并不斷調整、檢測相關的指標。

2.5 優(yōu)化污水處理系統(tǒng)中運用的相關軟件設計

工業(yè)污水處理系統(tǒng)運用的軟件主要是上位組態(tài)軟件，它通過與中央控制室以及所有子控制站之間的實時通訊，實現(xiàn)對各個子控制站的監(jiān)測與控制，最后通過數(shù)據(jù)顯示儀表來實現(xiàn)對污水處理的檢測與控制。另外，上位組態(tài)軟件還需要結合WinCC 軟件才能成功啟動對整個工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制與監(jiān)測工作。WinCC 軟件主中主要由監(jiān)控管理系統(tǒng)以及集成的人機界面系統(tǒng)組成，具有報警提示、數(shù)據(jù)可視化、消息歸檔等多種功能，可以快速適應各種工業(yè)污水處理系統(tǒng)。同時，操作人員可以對相關軟件進行編程，提前輸入各項操作指令，然后再通過上位機向底層設備下達相應的控制指令，中央控制室成功接收了上位機的控制指令之后，再根據(jù)每個子控制站污水處理系統(tǒng)的類型來下達相應的控制命令，以確保所有的控制指令都可以傳遞到位。例如，在下達污水沉淀的指令時，可以通過實時的監(jiān)測來檢測沉淀值是否達標，然后將相關數(shù)據(jù)傳送到控制室內，然后與各個子控制室中PLC 可編程控制器設定好的數(shù)據(jù)進行比對，從而來控制每個沉淀池的運行，而底層設備的運行情況可以通過軟件組態(tài)在中央控制室內的數(shù)據(jù)顯示屏幕上展示出相應的工藝流程畫面。應用上位組態(tài)軟件，可以將工業(yè)污水處理過程中采集的相關數(shù)據(jù)與工作參數(shù)都通過圖像以及文字的形式來展示，增強用戶的使用感，提升對工業(yè)污水處理的控制與質量。

3 結語

工業(yè)污水處理自動化智能處理系統(tǒng)采用了多種技術，與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)完全不同，基本已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)污水處理現(xiàn)代化，具有高穩(wěn)定性、高精確度以及高效率的特征。當前國內的自動化智能工業(yè)污水處理系統(tǒng)的研發(fā)還處于初級階段，存在很多缺陷，需要不斷改進與完善，研發(fā)人員需要學習借鑒國外的經(jīng)驗，引進國外先進的技術，吸引更多的優(yōu)秀人才來共同完成我國工業(yè)污水處理自動化智能化處理系統(tǒng)的研發(fā)。只有不斷進行技術創(chuàng)新，建立符合現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的污水處理系統(tǒng)，才能深刻落實保護環(huán)境的基本國策，在社會上樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念，確保我國的經(jīng)濟建設進程與生態(tài)環(huán)境之間形成一種良性的循環(huán)。