城镇污水处理过程机械设备自动控制的研究

2013-08-15许宝庆刘丽萍岳春生

中国新技术新产品 2013年7期

许宝庆刘丽萍岳春生

（1.哈尔滨蓝山环境技术开发公司，黑龙江哈尔滨 150000；2.黑龙江省建筑技术职业学院，黑龙江哈尔滨 150000；3.中核核电运行管理有限公司，北京 100840）

1 概述

城镇污水处理厂自动化系统大致由现场测量控制层、集中监视操作层、厂部生产管理层组成。现场测量控制层是污水厂自动化系统的基础，其过程输出信息是驱动执行机构运行或停止工作，从而自动控制进水泵房、配电中心、鼓风机房、出水泵房、脱水车间等工段。其控制过程为，控制器（调节器）将检测元件或变送器送来的信号进行比较、计算出控制信号，再传送给过程机械设备执行器改变操纵变量。而其过程机械设备本身的机电一体化技术现状相对滞后，甚至制约了城镇污水处理工艺的创新与新工艺的实施。因此，研究该过程机械设备产品本身自动控制存在的问题和解决途径，是机械设备设计制。

2 城镇污水处理过程机械设备的质量管理体系属性

城镇污水处理为实现工艺过程、目的配置的机械设备，均为过程设备。ISO9001：2008标准“6.3基础设施”规定“组织应确定、提供并维护为达到符合产品要求所需的基础设施。适用时，基础设施包括：过程设备（包括硬件和软件）”。城镇污水处理过程工艺机械设备一是被定性为生产基础设施；二是定性为自动化控制的基础设施；三是“包括硬件和软件”即强调了设备的自动化控制。

3 城镇污水处理过程机械设备自动控制的现状和问题

3.1 我国新建的污水处理厂大部分设置了自动化控制系统，但尚处在实践摸索阶段，与国外相比存在较大差距；老污水处理厂的自动控制技术改造升级，更是参差不齐。

3.2 城镇污水处理过程机械设备执行器的研发现状落后于控制系统的要求。执行器由执行机构和调节机构组成，执行机构将控制器输出的信号转换成相应的驱动动作，调节机构则在该驱动动作下直接改变操纵变量。因为自动过程控制的测量元件及变送器、调节器这两部分装置在其它很多工业领域应用广泛，独立安装工作环境好，所以技术研发先进，产品丰富；而自动过程控制的执行器装置必须安装在污水处理工艺过程现场的机械设备上，很多机械设备本身就是执行器，工作环境差，专业性强。有的自动化控制系统试运行后得不到正常使用维护，甚至瘫痪废弃，污水处理生产过程缓慢，仍有人工手动控制保证。由于以上原因，导致执行器研发动力和力量相对不足，技术现状相对滞后。突出体现在产品的互换性和配套中间产品的缺乏，比较先进的产品又不易配套。当污水处理工艺创新需要自动控制技术改造升级实现工艺过程、目标时，往往因此不易实现。

3.3 产品多样化带来的问题。国内污水处理机械设备生产家众多，鱼龙混杂，非标设备的不规范、标准设备的标准不完善、国内与国外标准的不接轨使同类产品规格不统一、配套产品不通用、技术性能差距大。

4 城镇污水处理过程机械设备自动控制问题的解决途径

4.1 跟踪城镇污水处理工艺的创新和新工艺新技术的应用，同步设计制造机械设备，满足污水处理工艺过程对过程机械设备自动控制的要求；并以此引领城镇污水处理过程机械设备研发方向。

4.2 制定产品专业自动化控制标准。应先制定行业专业推荐性标准，在此实施基础上，经过实践检验、修改发布为强制性标准。由于利益冲突和生产企业现状，近期很难制定这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。标准应包括：（1）与国际标准接轨；（2）污水处理机械设备设计、制造与产品的模块化；（3）污水处理机械设备调节机构与执行机构的配套及产品；（4）污水处理机械设备产品机电一体化的特殊要求。

4.3 设计制造污水处理机械设备模块化。模块化是一项重要而艰巨的工程，这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要，如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。污水处理工艺对机械设备自动控制的选用更加宽泛，可以像积木一样组合符合工艺要求的机械设备及其自动控制系统。

4.4 执行器中间产品的研发执行器由执行机构和调节机构组成，执行机构实质是伺服传动技术，包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。执行机构设计标准与质量必须保证控制过程和目标的实现。执行器低端产品技术性能和可靠性低；高端产品则配套、互换性差，造价过高，研发中间产品凸显迫切和重要。