污水在線監(jiān)測(cè)設(shè)備中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用

江倩雯

（南京市儀器儀表工業(yè)供銷有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，需要通過(guò)信息技術(shù)的有效應(yīng)用，采用傳感設(shè)備、通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)等電氣自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理全過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)，隨著水污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，相對(duì)應(yīng)的污染排放管理力度正在不斷加強(qiáng)，傳統(tǒng)污水監(jiān)測(cè)，采用人工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)的收集和提取，對(duì)水樣進(jìn)行反復(fù)多次的離線測(cè)試。導(dǎo)致工作過(guò)程十分繁瑣，會(huì)受到工作人員的人為因素影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)污水排放問(wèn)題的合理控制，因此，需要建立污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，充分應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，優(yōu)化污水在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化管理，減輕當(dāng)前我國(guó)的環(huán)境污染問(wèn)題。

1 污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

污水在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，需要電氣自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，其中計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等核心科技，都需要以電氣自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體構(gòu)成，可以得知系統(tǒng)建立，要以計(jì)算機(jī)為核心，建立集散控制系統(tǒng)。采用智能流量計(jì)將得到的水質(zhì)參數(shù)，直接傳送到主計(jì)算機(jī)，由調(diào)度中心進(jìn)行統(tǒng)一處理，制定出合理的解決方案，在城市內(nèi)部設(shè)立污水監(jiān)測(cè)中心，保證數(shù)據(jù)參數(shù)的實(shí)時(shí)獲取，并將得到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)信息庫(kù)，在污水處理方案制定的過(guò)程中，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放置到排污口工作現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)整個(gè)污水處理過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控，測(cè)試污水的水溫、PH值以及需氧量參數(shù)[1]。（如表1所示）

表1 污水污染物最高允許排放濃度（單位mg/L）

將污水在線監(jiān)測(cè)設(shè)備（PH計(jì)、溫度傳感器等等）放置到污水中進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。通過(guò)電流、電壓信號(hào)的接收，了解污水處理工作狀態(tài)，還可以將得到的信號(hào)與終端機(jī)模擬通道建立聯(lián)系，提高使用效率，借助轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與終端機(jī)之間的有線通信。

無(wú)線通訊設(shè)備的工作過(guò)程：主機(jī)以數(shù)字信號(hào)的方式進(jìn)行命令發(fā)布，以模擬信號(hào)的狀態(tài)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳機(jī)進(jìn)行發(fā)送，與之匹配的電臺(tái)在進(jìn)行信號(hào)命令接收后，會(huì)通過(guò)調(diào)制解調(diào)卡進(jìn)行命令信號(hào)的分析，并將解調(diào)完成的信號(hào)內(nèi)容，直接發(fā)送到智能流量計(jì)中，選擇正確的傳輸路徑，將采集到的數(shù)據(jù)內(nèi)容輸送至主機(jī)。通過(guò)反復(fù)的流程操作，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的，污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有線通訊過(guò)程十分簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，能夠直接通過(guò)總線完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。

1.2 污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備

（1）中央計(jì)算機(jī)。想要保證污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就需要做好后續(xù)的維護(hù)和保養(yǎng)工作，選擇性價(jià)比較高的中央計(jì)算機(jī)，目前我國(guó)市場(chǎng)上的原裝品牌機(jī)數(shù)量眾多，再選擇的過(guò)程中需要仔細(xì)的挑選，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研活動(dòng)，對(duì)多臺(tái)中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析，挑選具有優(yōu)秀性能、價(jià)格適中的中央計(jì)算機(jī)。為后續(xù)的污水在線監(jiān)測(cè)工作提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，并將該設(shè)備作為污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，通過(guò)定期的維護(hù)與保養(yǎng)，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)能夠滿足工作開(kāi)展過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)信息采集和處理的必然需求。工作人員在中央計(jì)算機(jī)安裝的過(guò)程中，要選擇合適的處理器、硬盤和內(nèi)存，有條件的企業(yè)還可以在中央計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)打印機(jī)和繪圖儀等配置。

（2）調(diào)制解調(diào)卡。電氣自動(dòng)化技術(shù)在污水在線監(jiān)測(cè)設(shè)備中的有效應(yīng)用，能夠全面提高在線監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量，通過(guò)調(diào)制解調(diào)卡的應(yīng)用，提高數(shù)據(jù)內(nèi)容的傳輸速率，該技術(shù)能夠滿足穩(wěn)定運(yùn)行的發(fā)展需求，近年來(lái)，調(diào)制解調(diào)卡技術(shù)正逐漸發(fā)展成熟，但再使用過(guò)程中仍然需要，結(jié)合污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，判斷其與系統(tǒng)是否適配。想要運(yùn)用調(diào)制解調(diào)卡完成數(shù)據(jù)傳輸，首先需要建立握手信號(hào)，只有得到系統(tǒng)應(yīng)答后，才能夠正常履行工作權(quán)利，導(dǎo)致在多機(jī)通訊的過(guò)程中，地址識(shí)別存在著較大困難性，污水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立，需要完成主機(jī)與從機(jī)之間的多項(xiàng)通信任務(wù)，顯然只適用于電話線路的調(diào)制解調(diào)卡，很容易出現(xiàn)接收數(shù)據(jù)失敗的問(wèn)題。一旦電話線路處于無(wú)法撥通的狀態(tài)，數(shù)據(jù)的采集將喪失實(shí)時(shí)性，最終的通訊效果不理想，在進(jìn)行商品化調(diào)制解調(diào)卡購(gòu)買時(shí)，需要投入較高的經(jīng)濟(jì)成本，尤其是工業(yè)控制過(guò)程中，所采用的調(diào)制解調(diào)卡十分昂貴。因此，想要在污水在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中采用調(diào)制解調(diào)卡，就需要自行進(jìn)行設(shè)備研發(fā)工作，結(jié)合系統(tǒng)發(fā)展需求，開(kāi)發(fā)適用于本系統(tǒng)的專用調(diào)制解調(diào)卡，實(shí)現(xiàn)多機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，有效降低研發(fā)成本[2]。

2 污水在線監(jiān)測(cè)設(shè)備電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)

2.1 污水在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

污水在線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成，首先需要在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)立數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集裝置，完成主機(jī)與多機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)，要成立數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，并具備在線監(jiān)測(cè)輔助裝置，將在線監(jiān)測(cè)到的污水參數(shù)，與系統(tǒng)操作中心建立連接。將參數(shù)數(shù)據(jù)直接傳送到計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)后，工作人員能夠完成對(duì)污水處理過(guò)程，以及污水參數(shù)變化狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控，上位機(jī)主要通過(guò)軟件管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的全面控制，結(jié)合設(shè)備的使用狀況，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的查詢和儲(chǔ)存工作。在進(jìn)行污水處理的過(guò)程中，需要通過(guò)多種參數(shù)的統(tǒng)一分析，對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行全面調(diào)控，因此，數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)計(jì)，需要滿足多種參數(shù)的獲取需求。

2.2 污水在線監(jiān)測(cè)中的軟件傳感器

污水在線監(jiān)測(cè)等核心設(shè)備--軟件傳感器，主要負(fù)責(zé)對(duì)在線獲取的，無(wú)法測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行合理預(yù)估，形成科學(xué)變量，在監(jiān)測(cè)模型中輸入預(yù)估參數(shù)，有效預(yù)防測(cè)量延遲等問(wèn)題的發(fā)生，軟件傳感器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，主要負(fù)責(zé)對(duì)生物過(guò)程的監(jiān)測(cè)。當(dāng)前生物反應(yīng)器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，存在一定困難，由于模型參數(shù)數(shù)據(jù)內(nèi)容的不確定性，系統(tǒng)的非線性和時(shí)變性響應(yīng)過(guò)程十分緩慢，導(dǎo)致在線傳感器的應(yīng)用缺乏可靠性，軟件傳感器主要是通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立，將一些系統(tǒng)理論知識(shí)，與實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量工作進(jìn)行有效結(jié)合。只有保證系統(tǒng)輸入的已知條件，滿足現(xiàn)實(shí)理論條件，才能夠保證模型數(shù)據(jù)的真實(shí)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水自動(dòng)化處理過(guò)程的全面監(jiān)控，想要通過(guò)軟件傳感器，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行了解，首先需要對(duì)模型建立所需要的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行預(yù)估。建立整體化學(xué)反應(yīng)分析公式，判斷水中物質(zhì)細(xì)胞質(zhì)量生物守恒，通過(guò)化學(xué)計(jì)量分析，了解細(xì)胞質(zhì)量的濃度，假設(shè)在完全了解污水處理系統(tǒng)的工作流程，分析測(cè)量到的質(zhì)量數(shù)據(jù)誤差，判斷其是否具有可用性，同時(shí)要通過(guò)過(guò)濾算法，提高參數(shù)值的準(zhǔn)確性[3]。

2.3 污水在線監(jiān)測(cè)儀表自動(dòng)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行地下污水處理的過(guò)程中，想要進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)儀表檢測(cè)，需要通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，工作人員要嚴(yán)格遵循技術(shù)的使用原則，保證使用過(guò)程的安全性，降低檢測(cè)過(guò)程中的資金投入，并結(jié)合當(dāng)前具體測(cè)量情況，選擇合適的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。超聲波液位測(cè)量?jī)x表是近年來(lái)，被廣泛應(yīng)用的污水在線監(jiān)測(cè)設(shè)備之一，通過(guò)液位開(kāi)關(guān)的控制，了解液位的高低程度，結(jié)合得到的液位控制結(jié)果，分析水泵的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)超聲波差測(cè)量?jī)x表的有效應(yīng)用，完成格柵前后的液位測(cè)量工作，了解格柵前后的水位變化情況，判斷是否需要停止格柵運(yùn)行。通過(guò)電磁流量計(jì)對(duì)地下管道液體流量進(jìn)行檢測(cè)，并以此為依據(jù)，進(jìn)行水流量、消毒劑量、混凝劑等多種因素分析，并在進(jìn)出水處進(jìn)行PH、COD等測(cè)量?jī)x表設(shè)置。

3 污水在線監(jiān)測(cè)工作開(kāi)展

3.1 工作流程

在污水排放工作開(kāi)展的過(guò)程中，需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝流量計(jì)、水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)儀器等設(shè)備，主要負(fù)責(zé)在污水管網(wǎng)入口處，進(jìn)行污水樣品的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)系統(tǒng)分析，保證水樣信息參數(shù)的準(zhǔn)確性，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的信息傳輸終端，進(jìn)行水樣數(shù)據(jù)參數(shù)的傳輸。獲得的水樣信息借助網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)谋憷?，將其輸送到工業(yè)園區(qū)的污水處理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中心，工作人員結(jié)合上位機(jī)軟件的功能特點(diǎn)，完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的統(tǒng)一處理，判斷工作現(xiàn)場(chǎng)水源的污染程度，同時(shí)計(jì)算入口監(jiān)測(cè)使用的資金成本。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重水污染問(wèn)題時(shí)，上位機(jī)能夠自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，顯現(xiàn)與之相適應(yīng)的污水處理工藝，工作人員要做好上位機(jī)軟件數(shù)據(jù)信息的讀取、整理和存儲(chǔ)工作，將各個(gè)傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息整合到一起，建立信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并以表格的形式顯現(xiàn)出來(lái)。監(jiān)測(cè)中心的工作人員通過(guò)上位機(jī)軟件，向工作現(xiàn)場(chǎng)的端口傳感器發(fā)送工作指令，通過(guò)監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)行時(shí)間間隔讀取，得到監(jiān)測(cè)報(bào)警閾值參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化遠(yuǎn)程在線控制[4]。

3.2 PLC控制過(guò)程

PLC控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)污水管道和排水口的電磁閥控制，在污水處理的過(guò)程中，需要對(duì)采樣管道、污水管道、清水管道、排水口進(jìn)行統(tǒng)一管理，經(jīng)過(guò)采樣泵的抽取，污水池內(nèi)的污水會(huì)流經(jīng)污水管道和采樣管道，最后到達(dá)儲(chǔ)存池，需要對(duì)儲(chǔ)存池的注入情況進(jìn)行了解。注滿后要及時(shí)關(guān)閉污水管道的電磁閥，打開(kāi)采樣管道，在儲(chǔ)存池與監(jiān)測(cè)池之間建立連接，一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)池容積小于儲(chǔ)存池，監(jiān)測(cè)池所處的位置低于儲(chǔ)存池，因此，電磁閥開(kāi)啟后，污水將會(huì)自動(dòng)通過(guò)采樣管道注入監(jiān)測(cè)池，形成一個(gè)穩(wěn)定的液體監(jiān)測(cè)環(huán)境。采用監(jiān)測(cè)池內(nèi)所安裝的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，完成系統(tǒng)參數(shù)的采集和獲取工作，并通過(guò)電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將得到的數(shù)據(jù)內(nèi)容輸送到PLC控制系統(tǒng)，當(dāng)完成整個(gè)數(shù)據(jù)分析工作后，排出監(jiān)測(cè)池和儲(chǔ)存池內(nèi)的污水。

4 在線監(jiān)測(cè)工作的注意事項(xiàng)

4.1 抽樣與現(xiàn)場(chǎng)管理

污水在線監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展，需要建立實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品分析，檢測(cè)流程要符合程序運(yùn)行要求，對(duì)獲取的樣品進(jìn)行統(tǒng)一管理和儲(chǔ)存，將預(yù)處理完成后的樣品內(nèi)容，輸送到監(jiān)測(cè)中心，結(jié)合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在污水處理現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行便攜式監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝，全面提高在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性，在完成不同監(jiān)測(cè)目標(biāo)時(shí)，采用不同的程序運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)處理過(guò)程的全面控制[5]。

4.2 樣品保護(hù)工作

想要全面提高在線監(jiān)測(cè)效果，就需要有效預(yù)防樣品老化問(wèn)題的發(fā)生，由于樣品中的廢水成分，無(wú)法保持穩(wěn)定性，受到生物轉(zhuǎn)化的影響，樣品的保存需要處于低溫狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象時(shí)，需要運(yùn)用活性劑形成聚集和吸附狀態(tài)。吸附生物在低溫環(huán)境下會(huì)發(fā)生降解作用，水質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，結(jié)合廢水性質(zhì)調(diào)查，在取樣分析的過(guò)程中，溶解狀態(tài)的物質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)出膠體固態(tài)變化，提升在線監(jiān)測(cè)難度。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)代化國(guó)際環(huán)境監(jiān)測(cè)目標(biāo)來(lái)看，工業(yè)廢水排放量的控制，以及廢水處理工作取得了良好的發(fā)展進(jìn)步，并且在全國(guó)范圍內(nèi)逐漸推廣污水排放許可證，污水監(jiān)測(cè)逐漸成為我國(guó)環(huán)保管理的重要組成部分。污水處理過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水量、水溫以及相關(guān)污水參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析，簡(jiǎn)化污水處理流程，全面提高工作效率。