電氣自動(dòng)化技術(shù)在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用

薛偉超

（韶關(guān)市超粵建設(shè)工程有限公司，廣東韶關(guān) 512000）

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，提升了城市的供水量及排水量，水廠的日常負(fù)擔(dān)有所加重，探索一條以信息技術(shù)為依托的污水處理體系，成為當(dāng)前相關(guān)企業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)。為了進(jìn)一步落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)，做好水資源的污染防控和落實(shí)污水處理體系的全過(guò)程創(chuàng)新，已經(jīng)成為多方關(guān)注的重點(diǎn)。大部分的污水處理企業(yè)在落實(shí)系統(tǒng)升級(jí)的過(guò)程中，已經(jīng)形成了較為成熟的系統(tǒng)和技術(shù)方案，如自動(dòng)化控制系統(tǒng)是建立在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將污水處理期間的各項(xiàng)設(shè)備、檢測(cè)元件、執(zhí)行元件、主控中心及智能終端聯(lián)系起來(lái)，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化分析?；蜥槍?duì)其中使用的大量電氣化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)整，如DCS 系統(tǒng)、PLC 自動(dòng)控制技術(shù)等都可以產(chǎn)生這樣的效果，而經(jīng)過(guò)不斷的系統(tǒng)升級(jí)及優(yōu)化，目前在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用較為先進(jìn)的電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，主要以工業(yè)以太網(wǎng)、FCS 為核心網(wǎng)絡(luò)，且配備高適配性和集成化特點(diǎn)的PLC 控制站，能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理系統(tǒng)的全過(guò)程控制和精細(xì)化管理。這不僅能夠滿足污水處理工序調(diào)整和優(yōu)化的需求，也可以帶動(dòng)有關(guān)污水處理的其他領(lǐng)域進(jìn)行升級(jí)和改革。因此著重分析其自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)槲鬯幚硐到y(tǒng)的優(yōu)化和創(chuàng)新提供保障，也可以滿足新時(shí)期智慧化城市建設(shè)以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的需求。

1 應(yīng)用特點(diǎn)

從技術(shù)研發(fā)的角度來(lái)講，電氣自動(dòng)化技術(shù)主要針對(duì)自動(dòng)控制、傳感器、PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)、電工電子等領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)研究，其核心成果在我國(guó)多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，隸屬于自動(dòng)化領(lǐng)域。而從工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的角度來(lái)講，主要指的是在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中利用電力電子技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)代替部分人工管理內(nèi)容，已經(jīng)成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中不可替代的技術(shù)手段[1]。從應(yīng)用效果的層面來(lái)講，電氣自動(dòng)化技術(shù)可以提升工作運(yùn)維的可靠性，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，在保證電能質(zhì)量的同時(shí)也改善了原有的生產(chǎn)條件，而隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)體系的推廣和普及，相關(guān)控制設(shè)備的可靠性和標(biāo)準(zhǔn)性有所提升，是降低人工成本、提升生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)精細(xì)化程度的重要技術(shù)。

結(jié)合電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)看，在不同領(lǐng)域通常會(huì)發(fā)揮不同的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。比如，從污水處理的角度出發(fā)，污水處理環(huán)節(jié)涉及大量物理、化學(xué)反應(yīng)，也涉及大量的處理設(shè)備同時(shí)運(yùn)作，為了提升污水處理的效率和質(zhì)量，依托電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，能夠產(chǎn)生較好的效果。具體體現(xiàn)在以下兩方面。

（1）電氣自動(dòng)化技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用體現(xiàn)出了較強(qiáng)的兼容性特點(diǎn)，如依托PLC 自動(dòng)控制技術(shù)打造的污水處理自動(dòng)化體系，可以結(jié)合不同類型、不同參數(shù)的處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)集成化管理。在設(shè)備終端安裝傳感器及相關(guān)設(shè)施，能夠采集設(shè)備運(yùn)行期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。在污水處理的不同環(huán)節(jié)、不同工序，都可以起到較好的集成化管理作用，從而提高污水處理的質(zhì)量，也可以減少人工管理難度。

（2）電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于電子信息技術(shù)的依賴性較高，主要源于該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中需要通過(guò)電子信息技術(shù)代替人力決策，打造智能管控體系和決策方案，而電子技術(shù)的選擇更依賴于系統(tǒng)的成熟度和硬件設(shè)備的適配度。這也導(dǎo)致部分污水處理廠商或企業(yè)在制訂智能化污水處理系統(tǒng)的過(guò)程中，前期投入的資金成本較大。

由此可見(jiàn)，電氣自動(dòng)化技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值較大，雖然需要進(jìn)行前期投入和系統(tǒng)升級(jí)改造，但是最終產(chǎn)生的效果較為可觀，值得進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。

2 應(yīng)用場(chǎng)景

針對(duì)我國(guó)當(dāng)前的污水處理體系發(fā)展情況來(lái)看，為了進(jìn)一步落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)，做好水資源的污染防控，以及優(yōu)質(zhì)供水服務(wù)，落實(shí)污水處理體系的全過(guò)程創(chuàng)新，已經(jīng)成為了多方關(guān)注的重點(diǎn)，力求實(shí)現(xiàn)污水處理全過(guò)程監(jiān)控，這對(duì)于傳統(tǒng)工作模式產(chǎn)生的壓力較大，因此依托電氣自動(dòng)控制技術(shù)打造自動(dòng)化的處理體系至關(guān)重要。

而目前大部分的污水處理企業(yè)在落實(shí)系統(tǒng)升級(jí)的過(guò)程中，已經(jīng)形成了較為成熟的系統(tǒng)和技術(shù)方案，如自動(dòng)化控制系統(tǒng)是建立在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上將污水處理期間的各項(xiàng)設(shè)備、檢測(cè)元件、執(zhí)行元件、主控中心以及智能終端聯(lián)系起來(lái)，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化分析；針對(duì)其中使用的大量電氣化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)整，如DCS 系統(tǒng)、PLC 自動(dòng)控制技術(shù)等等都可以產(chǎn)生這樣的效果，而經(jīng)過(guò)不斷的系統(tǒng)升級(jí)以及優(yōu)化，目前在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用最為先進(jìn)的電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，主要以工業(yè)以太網(wǎng)、FCS 作為核心網(wǎng)絡(luò)，且配備高適配性和集成化特點(diǎn)的PLC 控制站，能夠形成污水處理系統(tǒng)的全過(guò)程控制和精細(xì)化管理[2]。

在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支撐下，污水處理體系不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也可以大幅減少人力消耗，并可以結(jié)合不同污水處理鏈條的重點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新。目前應(yīng)用較為廣泛的自動(dòng)化污水處理體系通常體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 自動(dòng)化格柵控制

格柵是污水處理領(lǐng)域的常見(jiàn)設(shè)備，能夠分離污水中的較大污染顆粒，避免水泵、管道等處理設(shè)備出現(xiàn)堵塞或損壞等問(wèn)題，能夠提升污水處理的效率，降低設(shè)備養(yǎng)護(hù)和維修的難度。綜合當(dāng)前部分污水處理廠的設(shè)備類型來(lái)看，格柵主要分為粗格柵和細(xì)格柵，結(jié)合不同的處理工藝及實(shí)際需求，可以選擇不同的型號(hào)。但日常的格柵在運(yùn)行期間需要進(jìn)行定時(shí)人工清掃，提升其運(yùn)行效率，花費(fèi)的時(shí)間較多也會(huì)額外產(chǎn)生人工成本。但是依托電氣自動(dòng)化技術(shù)打造的自動(dòng)化隔斷，在運(yùn)行期間不僅可以降低人工操作的難度，還可以設(shè)置液位傳感器、PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)，結(jié)合污水處理的具體需求和運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、清理、優(yōu)化。例如某污水處理廠在粗格柵設(shè)計(jì)的過(guò)程中選擇了西門子S7-300系列的PLC 自動(dòng)控制主機(jī)，可以結(jié)合運(yùn)行需求調(diào)整為手動(dòng)操作和PLC 自動(dòng)控制兩種方式。在PLC 自動(dòng)控制的模式下，可選擇格柵液位控制及時(shí)間控制兩種操作方法。液位控制是當(dāng)液位達(dá)到一定規(guī)格時(shí)，格柵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間到達(dá)限定標(biāo)準(zhǔn)后，系統(tǒng)停止。啟動(dòng)時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間系統(tǒng)中設(shè)置了底層循環(huán)命令，可以結(jié)合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控。

2.2 設(shè)備及機(jī)房控制

在污水處理工藝中，通常需要利用多種類型的水泵進(jìn)行進(jìn)出水的調(diào)控，因此水泵的自動(dòng)化控制必然是提升污水處理效果的重要一環(huán)。另外水泵的行程、功耗又是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要一環(huán)。如當(dāng)前絕大部分的污水處理廠已經(jīng)打造了智能化泵站，通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系，能夠了解水泵的運(yùn)行狀態(tài)、流量、液位、轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)參數(shù)，確保污水處理流程穩(wěn)定運(yùn)行。在運(yùn)行期間可以實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄每一次故障信息，便于后續(xù)的維護(hù)，降低泵站停機(jī)的概率，避免對(duì)污水處理環(huán)節(jié)造成影響。污水泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制的方式實(shí)現(xiàn)操作，如自動(dòng)進(jìn)行水泵啟停、調(diào)整流量等，還可以實(shí)時(shí)采集運(yùn)行期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，生成階段性的運(yùn)行報(bào)告，便于了解泵站的運(yùn)行狀態(tài)，也可以為管理層制訂決策提供依據(jù)。另外污水泵站所設(shè)置的環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)檢測(cè)泵站排放物的情況，結(jié)合前期預(yù)設(shè)的環(huán)保參數(shù)進(jìn)行排放物檢測(cè)和分析，可降低對(duì)周邊環(huán)境造成的影響，也可以提升污水處理的質(zhì)量和效率。此外在水泵等相關(guān)設(shè)備上安裝的自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)及變頻裝置，可以結(jié)合不同時(shí)間段的污水處理運(yùn)行壓力和需求合理調(diào)整水泵的運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

2.3 通信體系的優(yōu)化和創(chuàng)新

隨著污水處理體系的不斷優(yōu)化設(shè)備，精密性逐漸提升，系統(tǒng)的運(yùn)行需求也在逐步增高。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多方電氣設(shè)備的信息共享和集成管理，需要打造高質(zhì)量的通信體系。而電氣自動(dòng)化技術(shù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，能夠建立在全面感知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)控制。

例如，在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建的無(wú)線通信結(jié)構(gòu)，可利用智能傳感器及檢測(cè)設(shè)備了解電氣系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)，利用工控機(jī)及物聯(lián)網(wǎng)打造了信息共享平臺(tái)，電氣自動(dòng)化技術(shù)的主要作用在于及時(shí)獲取各方設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，并將其傳輸給中間控制站，由中間控制站的智能分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的分析和處理，了解污水處理設(shè)備及生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)制訂決策。其中的數(shù)據(jù)傳輸、儲(chǔ)存、分析都有對(duì)應(yīng)的模塊，并且建立了智能分析數(shù)據(jù)庫(kù)，圍繞著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的信息數(shù)據(jù)分析和管理，確保污水處理體系的運(yùn)行始終得到全方位的監(jiān)管，而且所有的數(shù)據(jù)都可以作為后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)和優(yōu)化的依據(jù)。

2.4 自動(dòng)加藥系統(tǒng)

污水處理廠的核心任務(wù)在于實(shí)現(xiàn)污水處理及生活用水供應(yīng)，其中藥劑的投放能夠保證水質(zhì)安全。傳統(tǒng)的藥劑投放方式通常以人工投放為主，易導(dǎo)致投放量不準(zhǔn)確、浪費(fèi)藥劑及人工成本較高等一系列問(wèn)題。而隨著新時(shí)期技術(shù)體系的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了污水處理及水供應(yīng)系統(tǒng)等領(lǐng)域，對(duì)于藥劑的投加也可以提供更高質(zhì)量的服務(wù)。

比如，某污水處理廠打造了智能化投藥系統(tǒng)，主要依托電氣自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)、藥量控制及人機(jī)處理的集成化模塊。在實(shí)際使用過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理，如水質(zhì)監(jiān)測(cè)模塊負(fù)責(zé)采集污水，處理不同環(huán)節(jié)的水質(zhì)數(shù)據(jù)；通過(guò)分析水質(zhì)數(shù)據(jù)及所處的污水處理環(huán)節(jié)，結(jié)合具體的凈化標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)控制藥劑投加量；系統(tǒng)可以結(jié)合數(shù)據(jù)輸入?yún)?shù)設(shè)置及報(bào)警等相關(guān)功能提供人機(jī)交互界面。其中藥劑投加模塊的運(yùn)行主要分為藥劑投加器及控制器兩個(gè)部分。其中，藥劑投加器結(jié)合控制器發(fā)出指令，定時(shí)調(diào)整藥劑投加量及類型；控制器則可以結(jié)合檢測(cè)模塊了解水質(zhì)情況，自動(dòng)調(diào)整藥劑投加量，以達(dá)到最為標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)處理效果。其中加藥裝置本身又包含了多種類型的設(shè)備，如溶液箱、攪拌機(jī)、計(jì)量器、安全閥、水位表、壓力表及脈沖阻尼器等，在污水處理的過(guò)程中能夠滿足除垢、除氧、加堿、加酸等服務(wù)。隨著水質(zhì)、處理工藝等各項(xiàng)變量因素的調(diào)整，也會(huì)調(diào)整加藥的劑量和類型，整體加藥模式更為自動(dòng)化和智能化，可以提升污水處理的效率，也有助于降低成本，減少資源浪費(fèi)和二次水污染的發(fā)生。

2.5 分布式污水處理系統(tǒng)優(yōu)化

電氣自動(dòng)控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通常依靠人工智能技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，能夠?qū)?fù)雜的問(wèn)題劃分成多個(gè)不同的問(wèn)題，并且建立起多個(gè)不同問(wèn)題之間的聯(lián)系，通過(guò)交互作用制訂協(xié)調(diào)政策來(lái)達(dá)到統(tǒng)一管理的效果。其核心目的在于合理利用有限的資源，這也是電氣自動(dòng)控制技術(shù)在污水處理系統(tǒng)中的前期應(yīng)用目標(biāo)，能夠克服單個(gè)設(shè)備或單個(gè)系統(tǒng)在時(shí)空分布方面的局限性，從而提升污水處理集成管控的質(zhì)量，也可以通過(guò)并行、分布或開(kāi)放的方式，避免部分系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題，提升整體系統(tǒng)的容錯(cuò)率。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展環(huán)境下，落實(shí)水環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為了多方關(guān)注的重點(diǎn)，而污水處理是落實(shí)水環(huán)境生態(tài)保護(hù)及生活供水的核心手段。依托自動(dòng)控制技術(shù)打造智能化及自動(dòng)化的污水處理管控體系，不僅可以降低運(yùn)行成本，也可以降低能耗，全面提升污水處理的效率和質(zhì)量。在當(dāng)前的污水處理體系發(fā)展過(guò)程中，加大力度推廣電氣自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，不僅可以為人與自然環(huán)境和諧發(fā)展作貢獻(xiàn)，也能夠?yàn)檎w社會(huì)水資源體系的管控提供根本保障。