馬海晶

（廣東技術師范學院，廣東廣州510635）

1.引言

現(xiàn)代城市中已基本建設了污水收集管網、污水處理廠等環(huán)境改善設施，采用了生物處理（活性污泥法和生物膜法）、自然凈化（如：高效穩(wěn)定塘、人工濕地等）等技術，為處理水污染改善環(huán)境起到重要作用，也為此投入高額資金和承付不菲的運行費用。如何保證這些設施的安全高效運行、降低運行成本的問題擺在我們面前，本文作者認為采用控制技術、通信網絡技術進行節(jié)能控制、優(yōu)化控制是有效的解決之道。本文論述采用無線GPRS網絡進行污水收集調度的集中優(yōu)化控制案例，討論通信網絡技術和控制技術在污水處理領域的應用。

2.建立污水收集管網泵站自控、聯(lián)網監(jiān)控及調度控制系統(tǒng)必要性

為了改善人類生活及自然生態(tài)環(huán)境，城市中的污水要集中起來進行處理，通常的做法是各個用水單位和居民排放的污水通過市政污水管道自流到各個污水收集泵站。污水收集泵站具有傳統(tǒng)污水預處理工藝的部分功能。污水收集泵站將污水調入污水廠，經預處理工藝及一級處理工藝、二級生物處理的懸浮生長生物處理工藝（活性污泥法）和附著生長生物處理工藝（生物膜法）、自然處理工藝、深度處理工藝和消毒工藝進行處理。一般的污水處理工藝適合于城市生活污水或工業(yè)污水少于30%的城市污水。各種處理工藝對進廠的污水指標有相應的范圍和安全要求，而各路污水收集管網的污水參數存在相當大的差異，還有突發(fā)事件的影響，這些都對污水處理系統(tǒng)的承受能力、處理效率甚至安全具有很大的影響。理想的方案就是對收集的污水進行實時有效的預處理（如：中和、調配等），使進廠污水達到指標要求，這樣的污水收集管網就應具備污水參數的監(jiān)控、預處理的自控及聯(lián)網集中調度控制能力。

3.污水收集泵站自動控制系統(tǒng)

建立污水收集泵站自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)實時污水收集管網污水參數監(jiān)控、設備狀態(tài)監(jiān)控及聯(lián)網調度控制，如監(jiān)控污水收集管網的流量、水位、PH、可燃氣體濃度等，根據聯(lián)網收集的污水狀態(tài)進行調度控制。各路污水收集管網收集到污水的參數與該地區(qū)的居民生活、商業(yè)及工業(yè)類型有關，特別是污水的PH值（酸堿度）相差甚遠，同一路的不同時段所收集的污水參數變化較大，過高和過底的PH值會破壞微生物的生存條件，甚至突發(fā)事件中的有些有毒物質能毒死污水處理工藝中的微生物，使整個處理工藝失效。為了保證污水處理廠能正常運行，就必須保證污水的水質和水量比較穩(wěn)定，這就需要對污水收集管網進行合理調度，使各種水質的污水基本上按比例調配，確保PH值平衡在6—9這個允許的范圍內。

泵站自動控制系統(tǒng)硬件功能框圖如圖1所示。PLC是核心，數字量輸入/輸出單元是開關量連接的通道（如設備狀態(tài)、報警信號等），模擬量輸入/輸出單元是PLC與模擬傳感器、變頻器進行模擬量（4～20mA或0～5V、0～10V）連接的接口。系統(tǒng)中，變頻器用于變頻調速控制，由PLC控制其工作狀態(tài)，并將其工作頻率、輸出電壓、故障信號等反饋到PLC。通信模塊采用了無線GPRS網絡技術實現(xiàn)信息的實時傳遞。

泵站自動控制系統(tǒng)設置三種控制模式：手動控制模式、本地自動控制模式和聯(lián)網集中優(yōu)化控制模式。在正常情況下，泵站以聯(lián)網集中優(yōu)化調度模式運行。如果由于某泵站的無線網絡鏈路發(fā)生故障時，則該泵站自動進入單機自動運行模式。在設備檢修或自控設備發(fā)生故障時，采用手動控制模式。

圖1 污水收集泵站自動控制系統(tǒng)圖

泵站自動控制系統(tǒng)也可集成視頻監(jiān)控、IC卡門禁及考勤管理、自動消防、自動除臭等功能，實現(xiàn)自動化和智能化控制。

4.聯(lián)網監(jiān)控及聯(lián)網集中優(yōu)化控制

要實現(xiàn)聯(lián)網監(jiān)控及聯(lián)網集中優(yōu)化控制，首先是選擇通信網絡技術。城市集中污水收集處理設施一般分布在幾平方千米到幾十平方千米的地域上，且城市中各種社會化的通信網絡設施齊備，有多種通信網絡技術（有線DDN、有線Internet互聯(lián)網（TCP/IP協(xié)議）、數傳電臺、GPRS通信協(xié)議等）可供選擇。應考慮這樣幾個因素：聯(lián)網監(jiān)控及聯(lián)網集中優(yōu)化控制的網絡數據流量、有線模式或無線模式、成本、是否是社會共享資源（頻段、公共服務等）、技術發(fā)展方向、擴展升級限制等。GPRS是現(xiàn)有GSM網絡上的分組數據傳輸技術。為構建低成本的無線工業(yè)監(jiān)控網絡提供了可能，具有“永遠在線”、“自如切換”、“高速傳送”等優(yōu)點，上網速度約50－70Kbps。GPRS提供端到端的廣域的無線IP鏈接，采用GPRS構建的工業(yè)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其構建成本（粗略估計）僅為有線網絡的十分之一，而且運行成本亦很低。

聯(lián)網集中優(yōu)化控制模式下，泵站將水位和流量等諸變量、視頻監(jiān)控、IC卡門禁及考勤管理、自動消防、自動除臭等信號通過GPRS傳送到中控室，中控室將各泵站的狀態(tài)數據取樣存入數據庫，依據狀態(tài)變量的變化趨勢和歷史經驗變化曲線，按照預先設定的最優(yōu)調度數學模型，通過GPRS發(fā)出調度命令，分配各泵站的輸水量，以實現(xiàn)入廠水量和水質平穩(wěn)及保證各泵站節(jié)能運行。各泵站按照分配的輸水量，以變頻+變臺數恒流輸水。由該泵站的PLC按預先編制的軟件控制變頻+變臺數恒流控制和電氣安全連鎖控制。在此模式下，數據庫系統(tǒng)不斷儲存狀態(tài)數據和能耗數據，并按一定的時間間隔，修改調度數學模型，使之不斷優(yōu)化。這樣實現(xiàn)了泵站群的遠程監(jiān)控、集中優(yōu)化調度。

無線網絡的組網方式和網絡結構如圖2所示。

圖2 聯(lián)網監(jiān)控及聯(lián)網集中優(yōu)化控制圖

5.結束語

污水處理是保護水資源和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的一個重要環(huán)節(jié)。目前，我國城市中建設了一定數量的污水處理設施。如何降低污水處理成本、提高處理效率，是一個重要課題。污水收集泵站自動控制、污水狀態(tài)參數的聯(lián)網監(jiān)控及進廠輸水聯(lián)網集中優(yōu)化調度控制的投入使用，提高了污水收集泵站輸水效率，可應對突發(fā)事件，使得進入處理廠的污水水質和水量基本平穩(wěn)，可采用各種先進污水處理工藝，使水處理廠高效、安全地運行。

[1]建設部科學技術司組織編寫.趙慶良、劉雨.廢水處理與資源化新工藝[M].北京：中國建設工業(yè)出版社，2006.

[2]姚重華.廢水處理單元過程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.