污水處理廠的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

污水處理廠的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：及時(shí)、準(zhǔn)確掌握污水處理廠各處理單元的污染物處理情況，是保證污水處理廠正常運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放的有效手段。文章以某污水處理廠升級(jí)改造為實(shí)例，以自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立了集水質(zhì)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控于一體的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了效益最大化。關(guān)鍵詞：污水處理；在線監(jiān)測(cè)；智能控制引言污水處理作為城市發(fā)展的重要標(biāo)志之一，其實(shí)施效果已成為評(píng)價(jià)城市發(fā)展的重要指標(biāo)，關(guān)系到所在地及周邊區(qū)域的水資源環(huán)境保護(hù)，也關(guān)系到下游地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾的身心健康。隨著我國(guó)水環(huán)境的惡化和排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水處理流程、設(shè)備系統(tǒng)等隨之復(fù)雜，污水處理運(yùn)行管理的難度也逐漸增大。為了更高效地實(shí)施污水處理、保證運(yùn)行安全性、提高運(yùn)行效率，使管理者和污水處理過(guò)程有效結(jié)合，建立污水處理廠的智能控制系統(tǒng)非常必要。某升級(jí)改造污水處理廠主要處理城鎮(zhèn)生活污水（90%）和工業(yè)廢水（10%），改造前的處理總規(guī)模為2.0萬(wàn)m3/d，主要采用了SBR工藝，出水執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。由于尾水排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，需在原有處理工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造，并充分挖掘規(guī)模潛能，提升污水處理廠的處理能力。1現(xiàn)有工程的控制系統(tǒng)該污水處理廠現(xiàn)有工程在中控室內(nèi)設(shè)置了兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，配液晶顯示系統(tǒng)和打印機(jī)等相關(guān)設(shè)施，其中操作員站計(jì)算機(jī)用以編程和維護(hù)PLC控制系統(tǒng)；同時(shí)，在中控室設(shè)置了一套模擬屏來(lái)顯示設(shè)備，用于顯示全廠的工藝流程和各個(gè)工藝設(shè)備的運(yùn)行、故障狀況。2污水處理廠控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)發(fā)展歷程1923年中國(guó)建成第一座污水處理廠-由英國(guó)人投資建設(shè)的上海北郊污水處理廠，那時(shí)污水廠沒(méi)有自控系統(tǒng)，純粹靠手動(dòng)控制。二十世紀(jì)六、七十年代，國(guó)內(nèi)污水處理廠才開(kāi)始設(shè)置了一些簡(jiǎn)單的檢測(cè)儀表如液位計(jì)、壓力表、溶解氧測(cè)量?jī)x等，對(duì)污水處理過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視。同時(shí)為了設(shè)計(jì)這些內(nèi)容，部分大型市政設(shè)計(jì)院成立了自控儀表專業(yè)。二十世紀(jì)八十年代改革開(kāi)發(fā)后，由于國(guó)內(nèi)建設(shè)資金短缺，污水處理廠開(kāi)始大規(guī)模利用歐洲政府貸款、世行貸款、日本協(xié)力基金貸款等國(guó)外資金進(jìn)行建設(shè)。這些國(guó)外貸款項(xiàng)目自動(dòng)化控制系統(tǒng)均由國(guó)外工程公司進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)。國(guó)外資金建設(shè)項(xiàng)目帶來(lái)了先進(jìn)的自控設(shè)計(jì)理念，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院在和國(guó)外工程公司合作的基礎(chǔ)上，逐步學(xué)習(xí)和掌握了污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。到了二十世紀(jì)九十年代未，隨著中國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)實(shí)力逐步增強(qiáng)，采用國(guó)外資金建設(shè)污水處理廠的方式逐步退出市場(chǎng)，改為由政府、企業(yè)等出資進(jìn)行污水廠建設(shè)，由國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院主導(dǎo)來(lái)設(shè)計(jì)的污水處理廠控制系統(tǒng)。至今，國(guó)內(nèi)污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備配置與國(guó)外同行業(yè)相比已經(jīng)不相上下，處于同等水平。隨著技術(shù)變革的來(lái)臨，我們需要一些設(shè)計(jì)觀念的轉(zhuǎn)變和突破，來(lái)實(shí)現(xiàn)超越，使國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)理念及控制系統(tǒng)配置達(dá)到世界領(lǐng)先水平。目前，污水處理廠控制系統(tǒng)以自控系統(tǒng)為主，以視頻監(jiān)控、周界報(bào)警系統(tǒng)為輔，采用的是以"分散控制，集中管理"為原則，具有分層遞階結(jié)構(gòu)的分布式集散型PLC控制系統(tǒng)。3污水處理廠控制系統(tǒng)新趨勢(shì)近年來(lái)，隨著電子信息技術(shù)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，污水處理廠控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施也正處于一個(gè)技術(shù)變革的時(shí)期，對(duì)控制系統(tǒng)的需求、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)以及控制要求出現(xiàn)了一些新趨勢(shì)：（1）減少人力成本，向"少人（無(wú)人）值守"方向發(fā)展隨著各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越富裕、人力成本越來(lái)越高，污水處理廠需要考慮降低人力成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，因此要求污水處理廠工藝機(jī)械設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)就地自動(dòng)控制，中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控。這就需要增加多種智能化檢測(cè)手段并能進(jìn)行智能化判斷，減少操作人員的工作強(qiáng)度，達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)現(xiàn)場(chǎng)少人（無(wú)人）值守，操作人員定時(shí)巡檢。（2）降低能耗，采用精細(xì)化智能控制一直以來(lái)污水處理廠能耗大的問(wèn)題重視不夠，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，排放標(biāo)準(zhǔn)的提升，污水處理廠能耗越來(lái)越大，這使得污水處理廠能耗的問(wèn)題越來(lái)越受到重視。目前常規(guī)的自動(dòng)化控制手段還比較粗放，對(duì)電耗、藥耗控制不夠精細(xì)化，導(dǎo)致能耗較高，需要采用精細(xì)化智能控制手段來(lái)有效的降低能耗。譬如曝氣鼓風(fēng)機(jī)是電耗大戶，占污水處理廠用電成本一半左，若采用基于模型算法的智能曝氣控制系統(tǒng)的話，可節(jié)能電耗10%~20%左右。（3）加強(qiáng)管理決策，提高信息化管理手段隨著現(xiàn)代企業(yè)制度的建立，污水處理廠對(duì)管理決策的需求也越來(lái)越高，需要對(duì)全廠進(jìn)行實(shí)時(shí)地、動(dòng)態(tài)地監(jiān)視，用信息化的手段，科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)有效的方法，達(dá)到管理、調(diào)度、控制的目的，為運(yùn)行管理決策提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益的最大化，因此需要建立廠級(jí)信息化管理平臺(tái)。（4）保障人員安全，增加智能化檢測(cè)方法污水處理廠會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，及易造成人員傷害，例如地下式污水處理廠生物反應(yīng)池蓋板下觀察生物反應(yīng)池水面曝氣狀況，目前只能采用目視觀察法觀察生物反應(yīng)池水面曝氣狀況，會(huì)增加了操作人員的工作強(qiáng)度及危險(xiǎn)性。因此需要增加智能化檢測(cè)手段來(lái)代替人工，對(duì)污水處理廠進(jìn)行監(jiān)視。污水處理廠控制系統(tǒng)不僅僅要滿足生產(chǎn)控制的要求，還需要進(jìn)行管理決策，減少人力成本，節(jié)能降耗，保障人員安全。4污水處理廠智慧控制系統(tǒng)4.1自動(dòng)化自動(dòng)化檢測(cè)控制系統(tǒng)一直是污水處理廠控制系統(tǒng)最重要的部分，也是發(fā)展最成熟的部分，它包括自動(dòng)化檢測(cè)儀表、自動(dòng)化控制系統(tǒng)兩塊內(nèi)容，能監(jiān)視與控制全部工藝流程及設(shè)備的運(yùn)行，對(duì)主要生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、圖形顯示、控制設(shè)定調(diào)節(jié)、趨勢(shì)顯示、超限報(bào)警及制作報(bào)表等功能。在智慧控制系統(tǒng)的框架內(nèi)，自動(dòng)化檢測(cè)控制系統(tǒng)是變動(dòng)最小的部分，主要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)生產(chǎn)控制、運(yùn)行管理需要在原有基礎(chǔ)上補(bǔ)充完善自動(dòng)化檢測(cè)儀表、自動(dòng)化控制裝置，達(dá)到污水處理廠遙測(cè)、遙訊、遙控和遙調(diào)的要求，在中控室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的目的。4.2信息化信息化管理系統(tǒng)包括信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、企業(yè)生產(chǎn)管理信息平臺(tái)等。信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的信息化手段和工具，建立信息化基礎(chǔ)服務(wù)硬件平臺(tái)，包括信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（W舊）、物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)、移動(dòng)APP應(yīng)用等，地下式污水處理廠還包括移動(dòng)通信室內(nèi)信號(hào)覆蓋系統(tǒng)和無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)等；企業(yè)生產(chǎn)管理信息平臺(tái)側(cè)重于軟件方面，它將生產(chǎn)監(jiān)控與運(yùn)行決策管理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在企業(yè)管理層和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制層之間起到了承上啟下的作用，實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、管理設(shè)備、成本分析、計(jì)劃管理、企業(yè)體系管理、提升廠級(jí)生產(chǎn)管理效率和運(yùn)營(yíng)水平信息化管理目標(biāo)。原有污水處理廠控制系統(tǒng)中信息化管理系統(tǒng)基本沒(méi)有這部分內(nèi)容或很少。在智慧控制系統(tǒng)的框架內(nèi)，信息化管理系統(tǒng)應(yīng)與污水處理廠管理體系、管理機(jī)制相匹配，聚合污水處理廠各類信息，為政府、廠級(jí)管理層、現(xiàn)場(chǎng)操作人員乃至社會(huì)公眾提供生產(chǎn)管理信息化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)污水廠的整體調(diào)度、智能監(jiān)管、信息展示等智慧功能。結(jié)語(yǔ)污水處理廠智能控制系統(tǒng)的建立，充分發(fā)揮了水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用，通過(guò)利用實(shí)時(shí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析各處理單元的運(yùn)行規(guī)律，有利于建立并優(yōu)化污水處理廠的運(yùn)行模型。在充分保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下，有利于降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和運(yùn)行