污水处理中自动控制系统的应用研究

冯锋

[摘 要] 在目前的污水处理中，自动化控制系统正发挥着越来越重要的作用，提升净水质量、加强节约能耗、完善资源优化等优点使污水处理自动控制系统正得到越来越广泛的应用。尽管目前我国的污水处理中的自动控制系统配备使用率已达到相当水平，但其带来的问题也十分显著。本文立足于目前的污水处理系统的运用现状，以污水处理的系统构成即控制方式为切入点，分析污水处理自动控制系统的组成控制方式和存在的问题，并针对存在的问题提出改进建议，以期为相关研究工作提供有益借鉴。

[关键词] 自动控制系统；污水处理；故障

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 05. 028

[中图分类号] TP29 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2016）05- 0052- 03

0 引 言

随着近年来我国的工业化发展进程不断推进，实施可持续发展战略以应对资源与环境问题成为我国现代化建设的主题。在这样的背景下，面对我国水资源紧张的不利形势，如何做好污水处理控制引起了国家和有关单位的高度重视。另外，计算技术和自动化的管理控制系统逐步发展，污水处理自动控制系统正被越来越多的污水处理厂开发使用，这一自动控制系统具有节约能耗、降低成本、提高水质等优点，可以说，这种污水处理自动控制系统对于我国目前的污水处理行业来说有着十分重要的意义。

1 自动控制系统的发展历史和应用现状

污水处理的自动控制思想最早可以追溯到20世纪70年代的美国，伴随第三次科技革命的兴起，美国不少污水处理工程将计算机控制模式引入到加药环节，这种自动化的操作模式流程简易、钒用量控制精确等优点使其获得了良好的应用效果。因而自动控制系统在污水处理中得到了推广使用，德国、日本等国也先后开展相关研究并最先实现计算机控制。经过几十年的发展，今天的污水处理自动控制系统已经逐步发展完善，自动化程度也有了大幅度提升。

污水处理中的自动控制系统，其工作原理是利用网络通信依靠主计算机对控制设备、执行器件、检测元件实行整体管控，实现污水处理的集中调控、集成分析和数据集中处理。目前我国的污水控制系统在经过初期的引进和中期的消化吸收环节后，已经取得了长远发展，工业Ethernet配合FCS、PLC控制构成了我国最新一代的污水处理自动控制系统。

在我国目前的污水处理自动控制系统中，主要应用FCS、PLC、DCS等控制系统进行综合管理。其中FCS又称现场总线控制系统（Fieldbus Control System），其最大特点莫过于以先进的网络传输取代传统硬件传输，FCS利用网络技术实现了处理现场控制器、传感器和执行器的关联。PLC则被称为可编程控制系统（Programmable Logic Control System），通过计算机数据处理以加强控制执行中的可靠性和抗干扰性，实现开关量的逻辑控制。DCS，又称集散控制系统（Distributed Control System），作为最新的4C控制技术，DCS能够实现连续性的物理量监控调节，并能与PLC技术实现相互协调处理。

2 自动控制系统构成及控制方式

2.1 硬件系统

（1）中央监控系统。顾名思义，利用中央计算机对污水处理的每一个环节进行总体把控。中央监控系统不但要分析大量数据，还要兼备检测和调配工作，所以系统运行时要配备相应的显示输出设备。中央监控系统能够在第一时间将各项参数、机器运行状态等数据信息在显示屏上展现出来，能够更合理地处理污水，反映故障信息。

（2）现场控制系统。对于污水处理的自动控制系统而言，现场控制无疑是十分重要的。因此在污水处理厂，PLC更多地被用作现场控制系统的控制器。正如上文所述，PLC是一种新型的可编程控制系统。它将计算机技术应用到系统控制中，因此不少大型处理控制系统需要多台PLC进行连接工作。PLC的广泛应用离不开它的稳定的抗干扰性。在复杂的污水处理现场，以中央控制为核心，作业现场一般设置多个控制站以加强各部分间的控制，并以网络作为信息连接的桥梁。PLC可以在复杂的环境下实现高效率的环境监测和数据传输，模块化的管理方式也使其更容易优化运行。

（3）模拟显示系统。在自动化的控制系统中，反映数据往往要通过计算机控制下的显示设备进行输出显示，因此，模拟显示系统也是硬件系统中的重要部分。其主要作用就是输出动态数据，进而帮助工作人员依据污水处理的实际状况进行对应的监控管理，并对系统异常等问题进行及时反应，帮助工作人员采取相关措施。

2.2 软件系统

污水处理的自动控制系统中主要配备三个种类的软件，主要为系统系统、数据库软件和应用软件。下面就对这三种软件进行详细分析：

（1）系统软件。以Microsoft Windows NT操作系统为主，配有开放性接口，能够应对多用户、多任务的处理工作。

（2）数据库软件。其作用是实现对数据的第一时间监控，并生成相关操作记录以供数据分析，此外，数据库管理软件还能够进行清晰的数据梳理工作。

（3）应用软件。在污水处理的整体控制中，应用软件可起到十分重要的作用，具体包括生产管理数据库、生产查询图形、完善日常设备管理等。相应的管理者可以轻松便捷地实现管理。

2.3 控制方式

污水处理的自动化系统控制方式可以分成三方面：

（1）远程监控。即对中央控制室运用网络技术对各个分散终端进行实时监管，远程监控的广泛使用让技术人员可以便捷地获取吸刮泥桥、曝气机、水泵等设备的运转信息进而开展控制。

（2）现场监控。即利用PLC系统完成对现场的设备管控，将设备情况通过网络传输及时有效地提供给PLC总站进而实现监督管理。

（3）手动监控。处理现场的各个设备在进行开关转换时都需要进行人为的手动控制和操作，较之远程管理，手动控制更具优先性，且在应对可编程控制系统的突发故障时，能够更易于控制操作，降低风险。

3 自动控制系统存在的问题和改进建议

尽管近年来自动控制系统在我国的污水处理实践中得到了广泛应用并取得了长足进步，但不可否认，相关发展还十分不完善，自动化系统控制在具体操作中依然存在着十分明显的问题。本文接下来就对这些问题予以列举总结。

3.1 自动控制系统存在的问题

3.1.1 自动控制系统缺乏线上稳定性

在污水处理自动控制系统中，现场总线控制系统、可编程控制系统以及集散控制系统正不断发展完善，系统的稳定性始终是发展的重点所在。污水处理实在是一个极为复杂的过程，系统所要处理的数据种类繁多且往往处在不断变化中，无疑在一定程度上增加了污水处理系统的控制难度。因此多数污水处理厂在应用自动控制系统的同时，同样需要工作人员在现场进行操作管理，并针对分析结果进行对应的管理工作进而保证系统运行的稳定。

3.1.2 自动控制系统受制于多种限制因素

在我国，不少已经建成投用的污水处理厂存在着设备、人员方面的限制性因素。其中，不少污水处理厂自控技术落后，处理效能与管控权责不明，配套设施匮乏，设备管理漏洞百出。随着对应的排放标准提高，污水处理自动控制设备的知识储备出现了明显不足，工作人员无法掌握引进设备的操控技巧，而单一的培训方式也不能从根本上解决内部员工的问题。

3.1.3 自动控制系统控制力缺失

我国目前的污水处理厂中普遍设置了监视措施，但实际的管理效力却往往不能达到预期要求。一方面，相关工作人员数据分析能力有限，当工作人员不能处理好相关数据时，自动控制系统也就失去了其原有的控制执行效率。工作人员的疏忽还体现在污水处理中的节能减耗问题上，有关人员往往不能认识到能源与经济效益的关系，这种不合理的操作也造成了对于污水处理厂的风险投资被限制。另一方面，经管自动控制系统在处理污水时能够保障一定的排放标准，但相关管理部门却不能产生足够的重视，与风险投资者也缺乏必要的沟通，因而各种各样的限制因素造成了不利于污水处理自动控制系统的推广和使用。

3.1.4 自动控制系统本身的缺陷

尽管近年来污水处理的自动化控制系统进步迅速，但许多技术方面的缺陷不可避免。例如自控技术及相关软件存在缺陷、仪器设备不规范等。由于许多关键技术由国外引进，因而工作人员在处理过程中很容易出现操作不当的问题。以污水处理的探头控制为例，相关数据的采集很有可能会因为污水的淹没而出现问题，且污水中的成分构成十分不规则，导致探头被缠等情况影响最终的数据分析，情况严重时还有可能造成设备损坏。

3.2 自动控制系统今后的改进建议

针对上文所述的污水处理自动控制问题，本文在进行分析总结后提出了相应的改善思路以供相关行业研究者参考借鉴。

（1）保障自动化控制系统的稳定性，由于污水处理的自动化控制系统依靠总线控制因而尚存在线上的不稳定性。因而污水处理厂应当对系统的稳定性管理足够重视，加派必要的工作人员参与到污水处理系统的管理中是十分必要的，依此来弥补系统不稳定性所造成的数据误差。

（2）重视工作人员的技能素养构建，加强专业人员的培训指导，并通过专业人员对厂区的工作人员进行必要的技术引导，进而完善设备的使用，规避因为工作人员操作不当而产生的事故。

（3）要不断拓展智能控制在污水领域的管理深度，完善配套的管理措施。避免出现模糊操作、理论控制等。同时，利用仿真建模的手段，针对市场化需求改革污水处理技术，并与其他控制应用相结合，从而提升系统的管理控制效率。

最后是将污水处理与信息技术相结合，将数字网络技术应用到自动控制中，应用最新的遥感控制技术，完善机械化的操作流程，为现场工作人员减轻工作压力与负担。

4 结 语

综上所述，随着我国的工业化发展，自动控制系统正越来越多地被应用到污水处理领域，并取得了十分显著的成绩。与传统的污水处理工艺相比，自动化的控制系统污水处理效率更高，污染物排放更少，资源利用率也得到了大幅度提高，社会效益和环境效益得到了保证，因而在污水处理中应用自动化的控制系统是有积极意义的。但与此同时，我国的污水处理自动控制系统也存在着许多问题。首先是我国的技术起步晚，核心科技多由国外引进，自主研发能力弱，因而实际操作效率要明显落后于西方发达国家。其次是相关技术配备缺失，污水处理仪器精度低，因而国家和相关领导企业应当加强投入力度，推动核心技术的研习进而缩小与世界先进水平的差距。随着我国科学技术的发展，应当抓住现代系统的核心技术，推动科学与信息的一体化进程，使自动管理系统更好地为污水处理系统服务，这样我国的污水处理行业将会取得更大的进步。相信经过不懈的努力，自动控制系统将会在污水处理中发挥更加重要的作用。

主要参考文献

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