污水處理中泵站的優(yōu)化控制研究

魏華

（青島市排水運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心，山東 青島 266002）

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展促使城市化進(jìn)程不斷地深入，逐漸提高的生活水平增加了城市中的污水處理量。實(shí)際處理污水的時(shí)候，污水廠無(wú)法有效地動(dòng)態(tài)監(jiān)控處理過(guò)程，或受其他因素的影響導(dǎo)致污水處理中頻頻發(fā)生問(wèn)題，和現(xiàn)代化的技術(shù)要求不符，目前較為重要的對(duì)水污染進(jìn)行控制的方法就是進(jìn)行城市污水處理工程的創(chuàng)建。以往液位控制是主要的對(duì)泵站控制方式進(jìn)行優(yōu)化的措施，即通過(guò)工藝條件明確水位變化的范圍，一旦水位滿足某個(gè)特定值，就會(huì)依次將潛水泵打開(kāi)，此種方式雖然較為常用，但存在泵磨損、啟動(dòng)頻繁的情況，不僅會(huì)增加后期的維護(hù)量，還會(huì)縮短泵的應(yīng)用壽命，嚴(yán)重的會(huì)對(duì)污水流量處理造成不利影響。相關(guān)研究之處，輪值、模糊控制是較為有效地推動(dòng)泵站控制效果提高的方式，其不僅可以獲得較好的控制效果、性能，還具有較好的節(jié)能效果、穩(wěn)定性，值得推廣。

1 污水處理中存在的問(wèn)題

不斷深入的城市化進(jìn)程以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高促使人們的生活質(zhì)量得到改善，相應(yīng)地增加了城市中的污水排放量，其是較為重要的一種對(duì)城市良好發(fā)展造成影響的因素。目前我國(guó)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)在污水處理中屬于初始階段，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在差距，協(xié)調(diào)性相對(duì)較低，因此會(huì)導(dǎo)致相關(guān)問(wèn)題出現(xiàn)，主要包含以下幾點(diǎn)。

（1）污水處理設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法獲得良好的穩(wěn)定性，且其穩(wěn)定性、儀表準(zhǔn)確性均和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符，無(wú)法滿足現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)要求；另外，目前我國(guó)的污水處理系統(tǒng)缺乏自控性，與智能化發(fā)展不符；實(shí)際運(yùn)行中的污水處理系統(tǒng)需要較多外界因素的配合，但由于較多環(huán)節(jié)中存在調(diào)解性不靈活的情況，導(dǎo)致實(shí)際控制操作無(wú)法獲得理想的效果。

（2）資金問(wèn)題也是重要的對(duì)污水處理效果造成影響的因素之一，資金是保證各項(xiàng)工作順利開(kāi)展的前提，只有保證資金的充足性，才能保證各項(xiàng)污水處理工作能順利、正常地開(kāi)展。目前，我國(guó)部分地區(qū)存在經(jīng)濟(jì)落后的情況，因此實(shí)際中的資金投入相對(duì)缺乏，無(wú)法保證污水處理系統(tǒng)的處理方法技術(shù)以及應(yīng)用設(shè)備和時(shí)代發(fā)展需求相符，影響了污水處理技術(shù)和效率的良好發(fā)展。

（3）污水再生利用效果以及資源利用率較低。因污水處理中較多技術(shù)的應(yīng)用無(wú)法和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)相符，且對(duì)二次利用標(biāo)準(zhǔn)缺乏重視度，外加對(duì)經(jīng)濟(jì)效益過(guò)于重視，導(dǎo)致實(shí)際處理污水的時(shí)候，僅能過(guò)濾雜質(zhì)，沒(méi)有進(jìn)行深度處理，導(dǎo)致較多污水并未進(jìn)行二次利用就排出，因此，不僅會(huì)污染周邊環(huán)境，還會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)情況。

2 泵站系統(tǒng)的分析

（1）分析泵站的結(jié)構(gòu)。給水管道、污水管道在實(shí)際處理污水的時(shí)候普遍存在壓力差異情況，污水處理中的壓力無(wú)法恒定，流動(dòng)中會(huì)導(dǎo)致自流的行程，因此，需要泵站處理排放的污水沒(méi)利用格柵處理各種垃圾，例如，懸浮物等。處理后的污水會(huì)在集水池中聚集，之后通過(guò)泵站推動(dòng)管道壓力的提高，以此保證污水能通過(guò)自流方式達(dá)到污水處理廠。如今不斷深入的城市化進(jìn)程促使我國(guó)的排水管網(wǎng)分布范圍不斷擴(kuò)大，促使污水系統(tǒng)泵站逐漸朝著鏈狀形式以及網(wǎng)狀形式發(fā)展。在對(duì)污水進(jìn)行處理的時(shí)候，需要將除污機(jī)設(shè)置在格柵出，以此保證能有效地處理各種大尺寸垃圾，從而保證泵機(jī)組能正常運(yùn)行，增加泵站的實(shí)際應(yīng)用壽命。電機(jī)是泵站運(yùn)行中不可或缺的一種設(shè)備，其合理有效的運(yùn)轉(zhuǎn)是保證污水處理中泵站能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。生活水平的提高增加了城市總的污水排放量，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)優(yōu)化泵站的時(shí)候，需要綜合考慮具體的污水排出流量，科學(xué)合理地對(duì)設(shè)備進(jìn)行選擇的同時(shí)，需要提高保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境的意識(shí)。

（2）控制目標(biāo)分析。優(yōu)化泵站控制系統(tǒng)的時(shí)候，需要最大程度地避免溢流情況的出現(xiàn)。需要充分保證管網(wǎng)蓄水能力的充分發(fā)揮，或通過(guò)推動(dòng)系統(tǒng)終端的處理能力的方式保證污水能合理排放，進(jìn)而降低發(fā)生溢流情況的概率，以此保證進(jìn)水量和排出量的平衡性，進(jìn)而避免設(shè)備損壞增加成本。同時(shí)，要重點(diǎn)考慮集水池在實(shí)際處理污水過(guò)程中的運(yùn)行水位，依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行高低水位運(yùn)行的選擇，保證控制程序的合理性，以避免泵站在實(shí)際處理污水中頻繁起停，進(jìn)而提高其應(yīng)用壽命；另外，實(shí)際運(yùn)行中，需要最大程度保證各個(gè)機(jī)組能統(tǒng)一運(yùn)行，避免部分設(shè)備同時(shí)存在閑置、運(yùn)行的情況。

3 優(yōu)化控制污水處理中的泵站

（1）提高水泵的自動(dòng)化控制性能。若泵站實(shí)際運(yùn)行中自動(dòng)化程度較低，必然會(huì)導(dǎo)致頻繁起停情況的出現(xiàn)，因此，為了最大程度推動(dòng)泵站運(yùn)行效率的提高，降低能耗，需要推動(dòng)泵站自動(dòng)化水平的提高，以此降低設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，改善人工操作的強(qiáng)度。泵站實(shí)際選擇時(shí)，可以應(yīng)用變頻器控制泵，而啟動(dòng)器以及水泵等可以選擇西門(mén)子系列PLC；另外，要保證設(shè)備、控機(jī)之間連接的有效性，進(jìn)而保證能順利對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收；對(duì)集水池?cái)?shù)位的波動(dòng)范圍進(jìn)行控制是優(yōu)化控制泵站的主要目的，以此最大程度提高泵站的運(yùn)行可靠性。PLC 屬于可編程邏輯控制器的一種，其關(guān)鍵部分為微處理器，是一種集合自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)以及通信技術(shù)為一體的工業(yè)控制裝置，其屬于電子化控制裝置，以往屬于工業(yè)體系生產(chǎn)中的專(zhuān)用技術(shù)，如今在各個(gè)行業(yè)中均得到了廣泛的應(yīng)用，其具有可靠性、靈活性以及通用性高的優(yōu)勢(shì)；在污水處理中，提高泵站的自動(dòng)控制性能，應(yīng)用PLC 時(shí)，需要先明確控制的目標(biāo)，之后合理比較PLC的價(jià)格、功能，選擇最優(yōu)的程控器主機(jī)。①設(shè)計(jì)PLC 程序：在對(duì)污水進(jìn)行處理的時(shí)候，我國(guó)的處理工藝基本一致，均通過(guò)泵站的格柵對(duì)污水中的大型垃圾進(jìn)行處理，地下管網(wǎng)對(duì)污水進(jìn)行處理后會(huì)集中在集水井中，統(tǒng)一輸送到污水處理廠中進(jìn)行處理。通過(guò)PLC 技術(shù)的應(yīng)用保證有效控制水泵和格柵機(jī)，以此保證自動(dòng)化控制效果的提高。在設(shè)計(jì)PLC 程序的時(shí)候，需要保證其具備自動(dòng)控制、手動(dòng)控制兩種模式，并保證兩種模式能在實(shí)際運(yùn)行中靈活切換。在PLC 端口進(jìn)行指令的設(shè)置，以此保證故障發(fā)生后可以全權(quán)應(yīng)用PLC 控制。自控系統(tǒng)的應(yīng)用可以依據(jù)程序良好運(yùn)行，進(jìn)而有效控制泵站設(shè)備；另外，PLC 指令信號(hào)的接收可以保證人機(jī)交互的順利實(shí)現(xiàn)，而超聲波液位計(jì)可以最大程度地保證控制、檢測(cè)質(zhì)量的提高。②水泵控制的開(kāi)始環(huán)節(jié)就是污水泵，通過(guò)超聲波液位計(jì)的應(yīng)用準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地對(duì)集水井的情況進(jìn)行測(cè)量，明確其內(nèi)部的水位高度。PLC 模式啟動(dòng)后不僅可以設(shè)置液位計(jì)，還可以對(duì)開(kāi)啟泵的數(shù)量進(jìn)行控制，一旦存在低液位情況會(huì)自動(dòng)報(bào)警，以保證泵能及時(shí)停止運(yùn)行。實(shí)際對(duì)泵站進(jìn)行調(diào)控的時(shí)候，若泵需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，需要進(jìn)行停運(yùn)命令的設(shè)置，以保證系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的合理性、準(zhǔn)確性，最大程度地推動(dòng)泵站使用壽命的提高。PLC 控制的應(yīng)用可以自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行中存在的故障情況和警報(bào)情況，繼而保證水泵控制的科學(xué)性；另外，PLC 即使處于手動(dòng)控制狀態(tài)，也可以精確識(shí)別運(yùn)行數(shù)量，并合理調(diào)整水泵的實(shí)際運(yùn)行情況。③將超聲液位計(jì)安裝在格柵中，可以準(zhǔn)確地對(duì)濾渣時(shí)判斷其前后位差情況；另外，也可以識(shí)別水中雜質(zhì)，保證設(shè)備運(yùn)行的靈活性、科學(xué)性。應(yīng)用PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，可以通過(guò)時(shí)間、液位差的設(shè)置有效控制格柵的啟停狀態(tài)，并在不同時(shí)間自動(dòng)對(duì)格柵的具體情況進(jìn)行觀測(cè)。一旦格柵實(shí)際的運(yùn)行時(shí)間和所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)不相符，就會(huì)通過(guò)停止命令的應(yīng)用避免格柵急需工作，同時(shí)，會(huì)將下個(gè)周期的工作開(kāi)啟。若液位差和實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)不符，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將格柵啟動(dòng)；但實(shí)際運(yùn)行中需要調(diào)試PLC，依據(jù)所有相關(guān)程序的運(yùn)行情況，明確彼此之間的通信連接情況，進(jìn)而保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接收和反饋；另外，運(yùn)行中需要判斷設(shè)備的具體情況，及時(shí)進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉指令的給與，若邏輯檢查能順利實(shí)現(xiàn)則表明系統(tǒng)運(yùn)行較為順利、正常；之后需要對(duì)參數(shù)截面進(jìn)行檢查，以此保證其均屬于正確狀態(tài)，保證整體調(diào)試過(guò)程的順利實(shí)現(xiàn)。泵站優(yōu)化控制中，應(yīng)用PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅可以保證水泵運(yùn)行的節(jié)能性，還可以提高其運(yùn)行壽命；以往泵站的控制方法僅能對(duì)工作量進(jìn)行模糊預(yù)測(cè)，因此，準(zhǔn)確性缺乏，而PLC 技術(shù)的應(yīng)用可以最大程度地保證泵站的自動(dòng)控制準(zhǔn)確性，其屬于較為高效的一種自動(dòng)控制設(shè)備，不僅可以保證泵站自動(dòng)處理環(huán)境的完善，還可以保證其控制的可靠性，降低分運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的概率，進(jìn)而最大程度地降低控制問(wèn)題導(dǎo)致的成本增加情況，有利于污水處理廠經(jīng)濟(jì)效益的提高；另外，其可以對(duì)自動(dòng)控制進(jìn)行強(qiáng)化，進(jìn)而保證其自動(dòng)化程度和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符。

（2）模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用。模糊控制器、被控制過(guò)程是主要的構(gòu)成模糊控制系統(tǒng)的部分，其中去模糊化、模糊化以及模糊推理是主要的組成模糊控制器的部分，三者均依據(jù)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行創(chuàng)建，其主要特點(diǎn)就是可以總結(jié)提煉實(shí)際工作中操作人員的經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行適合控制系統(tǒng)表達(dá)的一種控制方法的創(chuàng)建，以此保證自動(dòng)控制的順利實(shí)現(xiàn)。將其應(yīng)用于泵站優(yōu)化控制中，在推動(dòng)控制效果改善方面具有積極作用，以往的泵站控制方法僅會(huì)對(duì)液位變化進(jìn)行關(guān)注，而對(duì)液位的變化速率有所忽略，集水井存在一定的延遲特性以及非線性特此安，導(dǎo)致實(shí)際操作控制中普遍存在控制滯后情況；而先進(jìn)的液位檢測(cè)儀、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，可以簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地對(duì)液位的變化速率、液位差進(jìn)行獲取，模糊控制方法的引入，可以通過(guò)液位變化率保證PD 控制結(jié)構(gòu)的順利實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而推動(dòng)泵站響應(yīng)水量變化的能力。①模糊控制方法的實(shí)際應(yīng)用中，需要先對(duì)量化因子、模糊論域、模糊判決方法、隸屬度函數(shù)、控制規(guī)章等進(jìn)行確定。液位變化率、液位差以及啟動(dòng)泵臺(tái)數(shù)是保證模糊控制器順利應(yīng)用的模糊變量，其中輸出的模糊變量是啟動(dòng)泵臺(tái)數(shù)，而其他兩者屬于輸入模糊變量，PLC 是主要的保證模糊控制器編程實(shí)現(xiàn)的工具。②率熟讀函數(shù)、模糊論域：隸屬函數(shù)的形狀不同其控制含義也存在差異，因此，在實(shí)際選擇的時(shí)候，需要依據(jù)的實(shí)際控制要求對(duì)泵控制變量、液位差變量以及液位變化率選擇三角函數(shù)形式。隸屬度選擇的時(shí)候，也需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查情況和相關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和在線調(diào)試，以保證變量隸屬度的合理性。

（3）泵輪值控制。應(yīng)用PLC 的邏輯連鎖控制程序時(shí)，需要對(duì)啟動(dòng)頻率、泵站負(fù)載分配情況進(jìn)行控制，和傳統(tǒng)的控制方法的不同點(diǎn)是輪值控制可以通過(guò)控制運(yùn)行時(shí)間和啟動(dòng)次序均勻的分配泵站中各泵實(shí)際的復(fù)合負(fù)荷情況。通過(guò)PLC 的應(yīng)用對(duì)泵的停止和啟動(dòng)序號(hào)進(jìn)行設(shè)置，并將其在相應(yīng)單元中進(jìn)行存放。通俗來(lái)講，就是對(duì)某一臺(tái)泵的啟動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，開(kāi)始計(jì)時(shí)相應(yīng)泵運(yùn)行的時(shí)間。若系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中會(huì)依據(jù)模糊控制器輸出的啟動(dòng)或停止命令實(shí)現(xiàn)泵的啟動(dòng)、停止控制；系統(tǒng)不會(huì)針對(duì)某臺(tái)泵發(fā)出固定的停止、啟動(dòng)指令，會(huì)在實(shí)際操作中不但對(duì)模糊控制器輸出情況以及啟動(dòng)泵臺(tái)數(shù)等明確系統(tǒng)需要進(jìn)行的停止或啟動(dòng)操作，因此，自動(dòng)泵控制程序?qū)嶋H應(yīng)用中會(huì)自動(dòng)跳過(guò)故障泵，進(jìn)而推動(dòng)泵站自動(dòng)程序處理故障的能力。泵房水位如果不再明顯變化，那么可能會(huì)導(dǎo)致某臺(tái)泵長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，因此，實(shí)際中需要進(jìn)行限制工作時(shí)間的設(shè)定，通過(guò)程序在工作時(shí)間方面的監(jiān)視功能的順利實(shí)現(xiàn)，保證強(qiáng)制切換工作超時(shí)泵目的的順利實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而保證工作負(fù)荷分配的均勻性、合理性。泵啟動(dòng)頻率是泵站優(yōu)化控制中面臨的較為嚴(yán)峻的問(wèn)題，啟動(dòng)過(guò)于頻繁會(huì)導(dǎo)致設(shè)備、電氣的沖擊情況出現(xiàn)，進(jìn)而對(duì)設(shè)備實(shí)際的應(yīng)用壽命造成影響，因此，程序需要合理限制泵啟動(dòng)的周期，而輪值控制的應(yīng)用可以保證上述目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，泵站的自動(dòng)化操作在推動(dòng)污水廠的污水處理效率、效果提高方面具有重要意義，不僅可以推動(dòng)管理控制科學(xué)性、合理性的提高，還可以降低污水處理廠工作人員的實(shí)際工作壓力；同時(shí)，可以達(dá)到節(jié)能的效果，和現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展理念相符。如今處于信息時(shí)代，各種高新技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，實(shí)際中需要重視泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的完善、加強(qiáng)，以此保證污水處理的自動(dòng)化、科學(xué)化發(fā)展，進(jìn)而保證技術(shù)價(jià)值的充分發(fā)揮。