自动化控制技术在污水处理中的探讨

摘　要：在水资源的重复利用和可持续发展上，如何提高效率，降低成本，大大提高水资源净化后的二次使用，越来越成我们水务人的当务之急。而随着科技的发展和进步，使现代化控制技术越来越多的被运用到污水处理的工艺当中，本文试在探讨一些自动控制技术的原理、应用及其构架运行体系。

关键词：自动化工作原理解析、现状、展望及创建
前言：
　　目前自动化控制技术被广泛应用于各行各业。自动化控制可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来。自动化控制扩展了人的器官功能，极大地提高了劳动生产率，增强了人类认识世界和改造世界的能力。面对人类永不停滞的前进步伐，我们对于未知世界的探索也越来越深入。而人类本身是有限的，但是通过自动化控制技术，我们不断的超越着人类的极限。通过在太空的伽利略望远镜我们看到了遥不可及的浩瀚宇宙，通过大型的机械机器人人类大大提高了生产力，降低了工作强度。通过大型的掘进机器，更加方便的为人类开山修路，挖通各种隧道、山脉。
（一）在污水处理工艺上的设备自动化工作解析
　　所谓自动化控制是指在不需要人力直接参与的情况下，通过外设设备或装置，使机器、设备或生产过程中的某个工作环节或参数自动地按照预定的规律运行。这里所说的自动控制是相对人工控制概念而言的，指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。
  在自动化控制技术上还分为两类：
  1、全自动化:人只需要作为操作员,确定控制的要求和程序，不用直接参与生产过程；在这个过程中人一般只需要在中央控制室内通过电脑或相关的各类远程控制仪器，对厂区的各个设备进行操作。通过全自动化我们节约了人力成本，能够及时对处理工艺中产生的变化进行灵活调整、设备的操作方便易用。比如当污水处理水质变化频繁的时候，进出水量大的时候，我们都可以在中中央控制室的自动控制系统上及时调整。特别是夜间工作的时候，能够有效避免不必要的安全隐患。
  2、半自动化:控制要人通过设施、设备、机械、仪器或手工等劳动力的参与。这个控制过程往往是为了确保处理工艺的精细话操作，能够及时根据所在场合的具体情况进行现场的判断操作，同时很大程度上也可以节约人力在大强度工作上的消耗，比如开关阀门、机泵等设备。举例来说：二沉池低位放空本来需要人直接下去进行作业，通过半自动控制技术只需要人到现场安排好相应的排水渠道，防止水流满溢，控制好进水水位确保放空顺畅，就可以按抽水按钮自动开启或关闭放空阀，减少了人爬窨井的消耗也降低了安全隐患。但是半自动控制对人员操作的要求较高，特别是在现场工作的处置上，在规范操作上都有很严格的要求。
　　污水处理的工作一向都是伴随着各种各样的机械设备的操作、维护和运行。越是庞大的处理量就越是需要大量的人力、物力、精力去控制管理这些设备，很多时候就造成了人力资源的浪费和成本的增加。但是随着现代化技术的不断发展和进步，对于机械设备的集约化、自动化控制技术越来越被得到重视，也越来越多的被运用到污水处理的工作中来。
（二）自动化控制技术在污水处理行业的现状及展望
　　自动化技术的发展不断地提高着光电子、自动化控制系统的技术水平和市场竞争力，它与光电子、计算机、信息技术的融合和创新，更是创造和形成了新的行业经济增长点，同时也提供了新的行业发展管理模式。目前污水处理工艺的自动化控制技术的发展趋势是系统化、柔性化、集成化和智能化。自动化技术的进步大大提高了劳动生产率，由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程自动化的发展。
　　自动控制技术在给排水行业的先进发展趋势是在泵站的管理上大量应用自动化技术，能够达到无人值守的管理水平。自动化系统实现了中央控制室集中控制，现场无需固定人员值守的运行管理，减轻监控中心工作量的效果明显。污水处理厂大量应用自动化技术，几个人即可以管理一个污水处理区间。
　　同时大量计算机被用于控制水泵的开启、在线水质监测、控制参数测量和对仪表的控制。计算机实际上负责着污水处理厂大部分日常运行与监测工作，它们协调着污水与污泥处理工艺，控制着外围泵站，保持着与负责管理排水系统中心的通讯与控制室的联系。原则上，污水处理厂的污水与污泥处理部分均不需要人工操作。因此，大大降低了人力成本的支出，减少了劳动负荷并实行正常的周末与假日休假制度，且不需要轮班工作。
　　污水处理厂如果一旦遇到故障或事故时完全能够以失灵后安全运行模式工作。同时监视服务系统自动通过计算机报警。中心控制单元为分散式，总控制系统被分成8个子系统。这些子系统全装备有大量的可编程逻辑控制器（PLC）。一旦总控制系统瘫痪，每一个子系统仍可独立工作。而控制室长期备用一套操作系统。一套运行系统失灵时，另一套仍能正常工作。控制室也存储着历史数据和数据通讯库；数据通讯库将污水处理、污泥处理以及排水系统终端泵站三者间相互联系起来。
　　污水处理自动化体系综合应用计算机、数据库、信息网络、SCADA、物联网、云计算等先进科学技术。建立泵站、班组中心、片区中心到排水泵站中心分级联动的自动化控制系统。实现“点上保安保洁、线上巡检维护、面上统一调度”的精益化、集约化运行管理模式，实现经济效益、社会效益的最大化。最终为“和谐排水、绿色排水、智能排水”的企业发展战略的实现提供技术支撑平台。
（三）污水处理体系的自动化创建
　　自改革开放以来，污水处理行业就一直在不断尝试处理工艺的自动化系统建设。预计 “十二五”期间将实现污水处理行业智能水净化建设目标，建立泵站运行管理“无人值守”新模式。其能够实现根据厂区处理运行工艺及自动化仪表数值实现各工艺设备自动开启、停止。并将各设备运行工作状况的信息上传各片区控制层，对上级控制层所下达控制指令进行合理性判断后，予以执行。
　　为保证整个污水处理体系的自动化系统建设的合理性、完整性、统一性、实用性及后续维护高效性，需进行相关机械设备的硬件系统与软件系统的标准化建设。其中包括三个方面：
　　1、硬件系统标准化建设：对各子系统统一规划、设计；对自动化系统网络进行统一规划；对所需硬件设备进行比选，并统一品牌、 型号范围，以保证系统的统一性及日后维护的高效性。其具体内容有：自动化监控系统、自动化在线检测仪表、配电系统、围界系统、紧急报警系统、视频对讲系统、通讯网络、视频监控系统、火灾报警系统、巡检系统、门禁系统
　　2、数据标准化建设：数据采集、传输通讯、数据存储、数据接口、数据交互都需要具有一定的标准规范。
　　3、软件系统标准化：控制程序规范标准化；上位机监控软件界面、操作标准化；报表类型统一标准化；趋势图类型统一标准化。其具体内容包括：自动控制程序、报表系统、通讯软件、上位机监控系统、趋势图系统。
　　自动化控制系统可以说是污水处理的“神经和大脑”，通过自动化的集约控制，一目了然的数据界面，能够做到对处理工艺及时有效的管理，同时界面上预设的开启/关闭设备具体参数，能够最大程度上减少人员的工作量，从而全面实现自动化控制。其系统建设主要包括以下内容：【视频对讲系统】【巡检系统】【周边报警系统】【紧急报警系统】【火灾报警系统】【视频监控系统功能】【中心层应用系统】【指挥调度中心的智能应用系统】【系统建设保障措施】
　　在自动控制技术中，构建完备的数据网络体系是重中之重。整个数据系统采用分布式方式进行储存，SCADA数据主要包括各泵站液位、流量、雨量、泵机开、停状态及其他电气运行数据。
　　数据从基层的泵站控制网络中的PLC实时数据采集器发出经过片区控制的工业实时数据库最后到达污水处理的中心控制网络进行实时数据处理。其中班组控制层不存储数据，各类应用及控制通过片区控制层中的自控系统进行操作。
    污水处理体系的自动化系统设计包括：
　　第一类：自动化系统主要监控设备：主泵的控制、格栅系统控制、闸门（阀）控制、除臭系统控制、鼓风机控制、曝气量控制
　　第二类：主要仪表信息采集：液位仪、浮子开关、雨量计、流量计、变配电信号采集、进出水主要指标采集
　　第三类：满足远程中央控制需配备：视频控制、安防系统、通讯系统
　　第四类：为保证设备安全工作和操作人员的安全，还要考虑必要的联锁。主泵起动时必要的联锁包括：1、闸门井中的闸门为全开2、前池水位足够高3、出水闸门全开4、电动机冷却风扇起动5、冷却风扇运转6、循环水泵、冷却塔风机起动7、密封水流量正常8、轴承润滑油正常9、轴承冷却水正常10、电源及电动机无保护跳闸
　　总结：
　　污水处理的自动化控制是现代科技发展的大势所趋，随着信息技术的发展，自动控制系统不断得到更新和优化。新的技术和自控体系被大量使用在污水处理的各个方面，同时现代化的以人为本的控制理念，也大大提高了污水处理效率从而保证着满意的出水水质，并使之不断得到改进。然而如何把这些先进的技术手段运用到处理我国越来越严重的生态危机和环境污染上，怎样用最经济有效的手段来提高对水的治理就越发显得重要。因此，我们必须重视自动化控制技术的优越性，积极努力推动污水处理工艺的自动化发展。