无线G P R S污水收集调度控制系统

马海晶

（广东技术师范学院，广东广州510635）

1.引言

现代城市中已基本建设了污水收集管网、污水处理厂等环境改善设施，采用了生物处理（活性污泥法和生物膜法）、自然净化（如：高效稳定塘、人工湿地等）等技术，为处理水污染改善环境起到重要作用，也为此投入高额资金和承付不菲的运行费用。如何保证这些设施的安全高效运行、降低运行成本的问题摆在我们面前，本文作者认为采用控制技术、通信网络技术进行节能控制、优化控制是有效的解决之道。本文论述采用无线GPRS网络进行污水收集调度的集中优化控制案例，讨论通信网络技术和控制技术在污水处理领域的应用。

2.建立污水收集管网泵站自控、联网监控及调度控制系统必要性

为了改善人类生活及自然生态环境，城市中的污水要集中起来进行处理，通常的做法是各个用水单位和居民排放的污水通过市政污水管道自流到各个污水收集泵站。污水收集泵站具有传统污水预处理工艺的部分功能。污水收集泵站将污水调入污水厂，经预处理工艺及一级处理工艺、二级生物处理的悬浮生长生物处理工艺（活性污泥法）和附着生长生物处理工艺（生物膜法）、自然处理工艺、深度处理工艺和消毒工艺进行处理。一般的污水处理工艺适合于城市生活污水或工业污水少于30%的城市污水。各种处理工艺对进厂的污水指标有相应的范围和安全要求，而各路污水收集管网的污水参数存在相当大的差异，还有突发事件的影响，这些都对污水处理系统的承受能力、处理效率甚至安全具有很大的影响。理想的方案就是对收集的污水进行实时有效的预处理（如：中和、调配等），使进厂污水达到指标要求，这样的污水收集管网就应具备污水参数的监控、预处理的自控及联网集中调度控制能力。

3.污水收集泵站自动控制系统

建立污水收集泵站自动控制系统，实现实时污水收集管网污水参数监控、设备状态监控及联网调度控制，如监控污水收集管网的流量、水位、PH、可燃气体浓度等，根据联网收集的污水状态进行调度控制。各路污水收集管网收集到污水的参数与该地区的居民生活、商业及工业类型有关，特别是污水的PH值（酸碱度）相差甚远，同一路的不同时段所收集的污水参数变化较大，过高和过底的PH值会破坏微生物的生存条件，甚至突发事件中的有些有毒物质能毒死污水处理工艺中的微生物，使整个处理工艺失效。为了保证污水处理厂能正常运行，就必须保证污水的水质和水量比较稳定，这就需要对污水收集管网进行合理调度，使各种水质的污水基本上按比例调配，确保PH值平衡在6—9这个允许的范围内。

泵站自动控制系统硬件功能框图如图1所示。PLC是核心，数字量输入/输出单元是开关量连接的通道（如设备状态、报警信号等），模拟量输入/输出单元是PLC与模拟传感器、变频器进行模拟量（4～20mA或0～5V、0～10V）连接的接口。系统中，变频器用于变频调速控制，由PLC控制其工作状态，并将其工作频率、输出电压、故障信号等反馈到PLC。通信模块采用了无线GPRS网络技术实现信息的实时传递。

泵站自动控制系统设置三种控制模式：手动控制模式、本地自动控制模式和联网集中优化控制模式。在正常情况下，泵站以联网集中优化调度模式运行。如果由于某泵站的无线网络链路发生故障时，则该泵站自动进入单机自动运行模式。在设备检修或自控设备发生故障时，采用手动控制模式。

图1 污水收集泵站自动控制系统图

泵站自动控制系统也可集成视频监控、IC卡门禁及考勤管理、自动消防、自动除臭等功能，实现自动化和智能化控制。

4.联网监控及联网集中优化控制

要实现联网监控及联网集中优化控制，首先是选择通信网络技术。城市集中污水收集处理设施一般分布在几平方千米到几十平方千米的地域上，且城市中各种社会化的通信网络设施齐备，有多种通信网络技术（有线DDN、有线Internet互联网（TCP/IP协议）、数传电台、GPRS通信协议等）可供选择。应考虑这样几个因素：联网监控及联网集中优化控制的网络数据流量、有线模式或无线模式、成本、是否是社会共享资源（频段、公共服务等）、技术发展方向、扩展升级限制等。GPRS是现有GSM网络上的分组数据传输技术。为构建低成本的无线工业监控网络提供了可能，具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传送”等优点，上网速度约50－70Kbps。GPRS提供端到端的广域的无线IP链接，采用GPRS构建的工业远程监控系统，其构建成本（粗略估计）仅为有线网络的十分之一，而且运行成本亦很低。

联网集中优化控制模式下，泵站将水位和流量等诸变量、视频监控、IC卡门禁及考勤管理、自动消防、自动除臭等信号通过GPRS传送到中控室，中控室将各泵站的状态数据取样存入数据库，依据状态变量的变化趋势和历史经验变化曲线，按照预先设定的最优调度数学模型，通过GPRS发出调度命令，分配各泵站的输水量，以实现入厂水量和水质平稳及保证各泵站节能运行。各泵站按照分配的输水量，以变频+变台数恒流输水。由该泵站的PLC按预先编制的软件控制变频+变台数恒流控制和电气安全连锁控制。在此模式下，数据库系统不断储存状态数据和能耗数据，并按一定的时间间隔，修改调度数学模型，使之不断优化。这样实现了泵站群的远程监控、集中优化调度。

无线网络的组网方式和网络结构如图2所示。

图2 联网监控及联网集中优化控制图

5.结束语

污水处理是保护水资源和可持续发展战略中的一个重要环节。目前，我国城市中建设了一定数量的污水处理设施。如何降低污水处理成本、提高处理效率，是一个重要课题。污水收集泵站自动控制、污水状态参数的联网监控及进厂输水联网集中优化调度控制的投入使用，提高了污水收集泵站输水效率，可应对突发事件，使得进入处理厂的污水水质和水量基本平稳，可采用各种先进污水处理工艺，使水处理厂高效、安全地运行。

[1]建设部科学技术司组织编写.赵庆良、刘雨.废水处理与资源化新工艺[M].北京：中国建设工业出版社，2006.

[2]姚重华.废水处理单元过程[M].北京：化学工业出版社，2001.