尤美軍 丁 鵬 尤田子欣 李乃漢 唐夢霞

（1.泰州醫(yī)藥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)（泰州市高港區(qū)）醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園管理辦公室科創(chuàng)人才中心，江蘇 泰州 225300；2.徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

在我國的很多城市，特別是一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市都已經(jīng)開始使用污水處理自動(dòng)化技術(shù)，并且取得了一定的成就效果。但是目前，國內(nèi)許多大型的污水處理廠仍然處于起步階段，其主要的設(shè)備還是以人工為主，自動(dòng)化程度比較低，而且運(yùn)行效率也不高。

1 研究綜述

1.1 研究背景

目前，國內(nèi)大部分的污水處理廠都采用的是人工濕地的方式進(jìn)行污水的處理工作，這種方法不僅效率低，而且容易造成二次污染，同時(shí)還存在著一定的安全隱患。在國外，許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始使用污水處理自動(dòng)化技術(shù)，并取得了不錯(cuò)的成果；但是在中國，大多數(shù)的企業(yè)引進(jìn)的設(shè)備仍然只是簡單的填埋和簡易的填埋，其工藝流程比較復(fù)雜，運(yùn)行管理不規(guī)范，缺乏科學(xué)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，操作維護(hù)費(fèi)用高等問題。針對(duì)這些問題，本文提出了利用PLC 的技術(shù)來控制污水處理自動(dòng)化，這樣可以大大地降低投資減少人力，并且能夠有效地解決以上問題。

1.2 污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢

在我國的污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展過程中，其主要的特點(diǎn)是：（1）自動(dòng)化水平不斷提高。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能也在逐漸地完善；（2）運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性得到了保障。由于水質(zhì)越來越好，所以對(duì)水的質(zhì)量要求也就變得更高，因此對(duì)水的品質(zhì)有了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)；（3）系統(tǒng)的可維護(hù)性和擴(kuò)展性都有很大的提升；目前，污水處理廠的自動(dòng)化控制設(shè)備的種類繁多，但是大部分都是國外的一些先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中，并且這些技術(shù)的使用范圍都很廣，能夠?qū)崿F(xiàn)多種的控制方式，從而保證整個(gè)污水處理工藝的穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，還可以根據(jù)不同的情況來選擇適合的自動(dòng)控制系統(tǒng)，這樣不僅節(jié)約成本，而且還能滿足企業(yè)的需求與經(jīng)濟(jì)效益。

總而言之，國內(nèi)污水處理站水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的技術(shù)改造外對(duì)于污水處理的自動(dòng)化控制技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展效果，相信在未來的發(fā)展中我們會(huì)更加地追求環(huán)保、節(jié)能以及智能的時(shí)代理念，以促進(jìn)我國的現(xiàn)代化建設(shè)。

1.3 研究目標(biāo)

污水處理自動(dòng)化技術(shù)是在傳統(tǒng)水處理工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，將其與先進(jìn)的水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化和回用。目前，我國的污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)大多數(shù)都是采用的人工控制，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于操作方便，但是缺點(diǎn)則是由于其運(yùn)行的環(huán)境比較惡劣，而且在水質(zhì)變化的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生二次污染，對(duì)設(shè)備的使用壽命有嚴(yán)重的影響；還有一種，現(xiàn)在的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能相對(duì)來說不是很齊全，并且不能滿足當(dāng)前的需求。針對(duì)上述情況，本工程決定選用PID 的參數(shù)整定技術(shù)，通過調(diào)節(jié)PID 參數(shù)來達(dá)到去除污水中的雜質(zhì)和懸浮物等的目的；同時(shí)，根據(jù)實(shí)際的要求選擇合適的控制器以及相關(guān)的傳感器、執(zhí)行器等，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的PLC 的程序以完成整個(gè)的自動(dòng)化過程[1]。

2 污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的必要性

目前，我國的污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要采用的控制方式有兩種，分別是PLC 和單片機(jī)。但是由于PLC 系統(tǒng)的價(jià)格較高，在運(yùn)行過程中存在著許多問題，例如:可靠性差、體積大、維護(hù)困難等。因此，需要對(duì)其進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善。水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)的水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)，提高了水處理的工作效率，減少了投資成本，同時(shí)也降低了污水處理廠的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與普及，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越重視，這就要求我們要更加注重環(huán)境的保護(hù)與治理。所以說，在現(xiàn)代化的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將先進(jìn)的技術(shù)融入其中，是非常重要的一環(huán)；而且，通過對(duì)國外的一些技術(shù)的學(xué)習(xí)借鑒，結(jié)合自身的實(shí)際情況，利用自己的優(yōu)勢設(shè)計(jì)出一套符合國情的污水處理工藝流程，這樣不僅可以節(jié)約大量的資源，還能促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展；另外，如果能夠充分地運(yùn)用國內(nèi)的各種水質(zhì)以及溫度的變化規(guī)律，就能大大地提升生產(chǎn)生活水平，實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)使用[2]。

3 污水處理站水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國的水污染問題日益嚴(yán)重，水價(jià)也在逐步提高，這就導(dǎo)致了對(duì)水質(zhì)的嚴(yán)格控制，對(duì)污水處理的自動(dòng)化水平提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。目前，國內(nèi)的污水處理廠采用的都是集中式的工藝流程，這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是：（1）運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡單。由于水廠的規(guī)模較大，設(shè)備比較復(fù)雜，所以需要的人工成本較高，而且其自動(dòng)化程度不高；（2）自動(dòng)化的水處理過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢水量，這些水量的大小與廢水中的含鹽量有關(guān)，如果不進(jìn)行有效的分離和凈化，那么將會(huì)影響到后續(xù)的出水管的凈流量；（3）在出水口的位置設(shè)置上，要考慮到不同的出水池的高度、出流方向等因素，因?yàn)橐ＷC達(dá)到最大化的利用效率。同時(shí)還要注意，在進(jìn)口處最好安裝一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)水位的上下浮動(dòng)。

4 污水處理站水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)簡介

當(dāng)前，我國在污水處理自動(dòng)化中應(yīng)用較多的是人工濕地處理系統(tǒng)，主要利用的是PLC 和水泵等控制設(shè)備，通過對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的；而國外的一些發(fā)達(dá)國家，其污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)運(yùn)行，能夠根據(jù)水量的變化情況，及時(shí)地調(diào)整污水的流量以及出水的時(shí)間；而部分國家則是完全依靠計(jì)算機(jī)來操控，采用了PID 等技術(shù)，進(jìn)而對(duì)污水的溫度、pH值、濃度等參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)控措施，使其符合實(shí)際的生產(chǎn)需求。在目前的中國市場，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要使得人們的生活水平得到提高，同時(shí)也導(dǎo)致水資源的污染程度越來越嚴(yán)重，這就要求我們要不斷地研發(fā)更加高效的污水處理工藝，以保證廢水中的各種雜質(zhì)指標(biāo)不會(huì)被影響到。為了進(jìn)一步地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，必須要加強(qiáng)對(duì)于環(huán)境的監(jiān)測工作，這就促使自動(dòng)化的技術(shù)逐漸地得到提升和完善。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新，自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用范圍也變得更廣，并且具有很大的潛力，可以被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)[3]。

5 污水處理站水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的技術(shù)改造

5.1 污水處理控制系統(tǒng)的解決方案

根據(jù)對(duì)目前的污水處理自動(dòng)化控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析，污水處理站水的水質(zhì)要求較高，因此，需要采用先進(jìn)的水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)，以滿足污水的凈化和脫氮除磷的需求；同時(shí)，也要考慮到自動(dòng)化系統(tǒng)的成本問題，在經(jīng)濟(jì)性和可靠性方面都要達(dá)到最優(yōu)。針對(duì)以上的缺點(diǎn)，由于我國的水資源比較匱乏，而且大部分的用水都是直接排放到廢水中，所以如果不加節(jié)制地進(jìn)行開發(fā)利用，將會(huì)造成巨大的環(huán)境污染。

首先，在污水處理自動(dòng)化中，水處理工藝的自動(dòng)化控制是其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。在水處理過程中，由于各種因素的影響，使得污水的水質(zhì)受到污染，因此，必須對(duì)其進(jìn)行有效的治理，以保證后續(xù)的生產(chǎn)運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題；其次，要想使系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)就需要對(duì)污水的溫度、PH 值和濃度等參數(shù)的變化規(guī)律有一個(gè)準(zhǔn)確的判斷，并作出相應(yīng)的調(diào)整；再次，要想使控制系統(tǒng)的性能得到充分的發(fā)揮，就要通過模擬信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，只有這樣，才能讓控制系統(tǒng)的功能得以充分發(fā)揮。目前，我國的污水處理自動(dòng)化技術(shù)主要采用的都是PID 的調(diào)節(jié)方式，P 算法的優(yōu)點(diǎn)在于簡單易行，但是缺點(diǎn)也非常明顯，比如說當(dāng)外界的干擾較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致P 值的偏差增大，從而使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。當(dāng)輸入的數(shù)值發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起輸出的誤差變大，這也是造成控制系統(tǒng)失靈的原因所在。

5.2 功能模塊分析

PLC 的控制功能是通過程序來實(shí)現(xiàn)的，在污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，主要包括以下幾方面的內(nèi)容:

（1）水泵自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)水泵處于低轉(zhuǎn)速或高速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，PLC 就會(huì)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出信號(hào)，使水泵的工作狀態(tài)發(fā)生變化，并將啟動(dòng)的水泵的動(dòng)力和壓力轉(zhuǎn)換成電脈沖，然后再由變頻器的輸出端進(jìn)行循環(huán)；（2）變頻器的切換與停止。當(dāng)變頻器的頻率發(fā)生改變時(shí)，PLC 的主控單元就會(huì)根據(jù)其產(chǎn)生的電平的變化來完成相應(yīng)的操作；同時(shí)，也可以利用其的工速，使電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向變換；（3）系統(tǒng)的檢測和報(bào)警。在污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，為了防止污水處理過程中出現(xiàn)意外的情況而導(dǎo)致無法及時(shí)地排除故障，需要對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)值與實(shí)際值之間的偏差做出判斷，并且要有針對(duì)性地采取必要的措施來解決。

5.3 污水處理站水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)參數(shù)確定

通過對(duì)水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究可以看出，在運(yùn)行的過程中，水處理系統(tǒng)的水質(zhì)會(huì)受到很多因素的影響而變化，其中包括水量、水溫、PH 等，這些也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

在實(shí)際的污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，要根據(jù)其自身的特點(diǎn)來選擇合適的控制方式，這樣才能夠保證整個(gè)污水處理的自動(dòng)化水平達(dá)到最優(yōu)的效果和結(jié)果。經(jīng)過對(duì)以上的分析可知，在污水處理自動(dòng)化的控制系統(tǒng)中，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)的結(jié)合，就必須將其與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，從而使水的凈化率得到有效的提高；另外，需要注意的是，還應(yīng)該從當(dāng)前的角度出發(fā)，考慮到不同的地區(qū)以及各種情況，制定出相應(yīng)的方案來進(jìn)行調(diào)節(jié)。只有如此，才能確保污水的去除效率，進(jìn)而提升水資源的利用率。由于我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較快，因此對(duì)于工業(yè)廢水中的污染物濃度也有了較高的要求標(biāo)準(zhǔn)，所以為了滿足這一需求，我們應(yīng)采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上，不斷地優(yōu)化升級(jí)，使其性能更加穩(wěn)定。

5.4 系統(tǒng)整體框圖

經(jīng)過上述的分析和比較，水處理自動(dòng)化系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）控制調(diào)節(jié)系統(tǒng):包括對(duì)進(jìn)水流量、水溫、水量的測量和調(diào)整；（2）監(jiān)控系統(tǒng)：對(duì)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)；（3）報(bào)警系統(tǒng)：當(dāng)污水被處理后，通過通信的方式將污水處理廠的各種信息傳遞給相應(yīng)的水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)。同時(shí)，也能在一定程度上起到保護(hù)的作用；當(dāng)污水被處理后，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的停止運(yùn)行；（4）回灌設(shè)備：在污水被處理后，會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，這些污泥需要及時(shí)地回灌，否則會(huì)造成浪費(fèi)。因此，在利用該功能的時(shí)候，要注意避免堵塞管道。另外，還應(yīng)考慮到二次加工后的廢液排出。如果不設(shè)置回灌裝置，則必須使用人工的方法來防止污染。此外，還要做好防滲漏的措施，以保證不會(huì)影響到后續(xù)的正常生產(chǎn)。由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的復(fù)雜性與多變性，所以要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方案來滿足需求。

5.5 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要包括對(duì)水總參數(shù)、水質(zhì)指標(biāo)、水量等的監(jiān)控和控制。

（1）對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將檢測到的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給用戶；（2）根據(jù)水總參數(shù)設(shè)定值和實(shí)際的流量值，將其與設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)水位相比較，若超出允許范圍，則自動(dòng)報(bào)警并記錄相應(yīng)的數(shù)值；若超過規(guī)定的限額，則啟動(dòng)停止；（3）當(dāng)水總參數(shù)低于或高于最高最低限額時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入下限保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)如果不在上限或下限之間，就會(huì)出現(xiàn)異常警報(bào)，提示工作人員處理；（4）當(dāng)水總參數(shù)小于最高限定值時(shí)，可以手動(dòng)打開消聲器，恢復(fù)正常聲光信號(hào)，以消除超標(biāo)的聲音。但應(yīng)注意的是，在消聲的同時(shí)也要保持消聲器的正常工作，以免影響其他的功能操作，否則會(huì)造成不必要的浪費(fèi)以及污染。

5.6 軟啟動(dòng)

對(duì)于水處理自動(dòng)化系統(tǒng)而言，軟啟動(dòng)主要是指水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的啟動(dòng)過程，在運(yùn)行中，由于污水處理站的規(guī)模較大，所以在啟動(dòng)時(shí)，需要對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行充分的測試與調(diào)整，以確保其能夠滿足實(shí)際的工作要求。

另外，還可以通過對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，從而保證污水處理廠的正常生產(chǎn)。目前，我國大部分的污水處理廠都已經(jīng)開始采用軟啟動(dòng)方式，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：（1）操作簡單方便。當(dāng)水廠的污水量較高時(shí)，可選擇硬啟停的形式來提高其啟動(dòng)的速度；（2）可靠性強(qiáng)。當(dāng)污水的水量較小時(shí)，可選用硬啟停的形式；當(dāng)水泵的流量過大或泵的轉(zhuǎn)速過低等情況下，可選硬啟停的形式來提升機(jī)組的動(dòng)力性；（3）適應(yīng)性強(qiáng)。根據(jù)不同的工程需求，結(jié)合電廠的具體條件，利用現(xiàn)有的技術(shù)與裝備，使之具有一定的靈活性，以適應(yīng)各種工藝的變化和發(fā)展。

6 結(jié)語

在污水處理自動(dòng)化的水廠中，一般采用的控制方式是PID 的調(diào)節(jié)控制。PLC 的作用在于實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的全程監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)的采集與分析，可以實(shí)時(shí)地掌握污水的用量，從而有效地減少人工的干預(yù)來提高水資源的利用率。PLC 的使用能夠更好地滿足自動(dòng)化工藝的需求；并且，PLC 的成本也比較低，更容易被大眾所接受。