自动控制系统在污水处理中的应用

摘要：目前，自动控制系统在我国污水处理中得到广泛应用，同时也逐渐暴露出了一些问题。文章首先就自动控制系统在国内污水处理系统中的应用现状进行了阐述，其次分析了存在的问题，最后提出了改进自动控制系统的建议，以期可以提供一些借鉴。

关键词：自动控制系统；污水处理；过程控制；在线监视；故障诊断；报警处理 文献标识码：A

中图分类号：X703 文章编号：1009-2374（2016）01-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.045

自从我国工业化进程加快以来，污水的排放及其处理已经成为越来越受国家关注的一个重点。水资源的利用直接关系到人类生存，关系到人类可持续发展。早期工业废水、城市生活废水全部直接排放进自然中，直接利用自然的自我净化调节功能来分解废水。但是随着我国工业化程度的不断加深，仅仅通过自然自净能力已经很难将庞大的废水量处理完，这时建设城市污水处理厂的必要性就突显出来。

早期的城市污水处理厂一般都是由工作人员到现场进行勘察以及调研，但是污水处理厂的构成复杂、建筑物繁多，在测量多种项目指标时，常常给现场勘测调研带来极大困难。随着科技革命带来各种新技术，污水处理厂渐渐开始引用自动控制技术，这项技术得到广泛应用是因为自动控制技术操作起来非常方便，可以进行实时监测，并且非常节省人力。在20世纪70年代的美国，部分污水处理厂可以实现对加药过程进行计算机控制，如污水处理厂通过计算机对加钒过程进行掌控，很好地降低了钒的使用量，与之同时发生的是管理效率的显著提高和水质的大为改善。除此之外，像德国、日本等国家的一些污水处理厂也较早实现了用计算机来控制污水处理过程。污水处理系统发展到现在已经取得很大进步，其自动化程度跟以前相比也更高。

1 污水处理系统中自动化技术的应用现状

所谓自动控制系统就是把控制设备、执行器件、检测元件和主计算机之间利用通信网络连接起来，这样主计算机可以对它们进行集中控制，进而达到集中监控、集中调度、集中分析和集中数据处理的目的。经过对国外引进技术和设备的消化和吸收，我国的污水控制系统也有所进展。工业Ethernet配合着FCS，再与PLC控制站结合起来，这种自动控制系统是我国最新一代的控制系统。

现在自动控制系统在污水处理中的应用有了新的进展，如FCS、PLC、DCS等。其中FCS是现场总线控制系统（Fieldbus Control System），近年来它发展迅速，可以算得上是最新型的自动控制技术，它旨在用网络传输代替比较传统的硬件传输，这是FCS通过现场控制网络将众多控制器、传感器和执行器连接起来实现的。PLC是可编程控制系统（Programmable Logic Control System），它使用计算机技术以实现开关量的逻辑控制，其最大的优势就是具有超高的可靠性和抗干扰能力，这种优势使它在污水处理中占有很重要的地位。DCS是集散控制系统（Distributed Control System），它是一种新型的4C控制技术，实现了连续物理量的监视与调节，与PCL相结合的DCS控制系统在污水处理厂中的应用可以说已经相当成熟了。

2 自动控制系统在污水处理过程中的特点以及主要表现

2.1 自动控制系统的主要特征

相比于其他的自动控制系统，在污水处理中应用到的自动化控制系统比较繁琐复杂。因为其中涉及到的物理量非常多，而且其中不仅有模拟量，还有数字量。与此同时，控制方式也有开环控制和闭环控制、顺序控制和时间控制等多种控制方式。而要使处理后的水质达标，就要使处理过程中的各项参数都要合格。这就需要对处理设备的运行状态、进排泥量和排水量等进行综合控制，这无疑会加大自动控制系统的复杂性。现在的自动控制系统已经具有良好的开放性、适应性和经济性等，这和自动控制系统有简单的逻辑控制阶段发展成为分散控制阶段是密切相关的。

2.2 自动控制系统在污水处理过程中的主要表现

2.2.1 过程控制。自动控制系统对污水处理整个过程中的工艺参数以及流程进行实时监控和采集分析数据，然后根据分析结果对现场的设备的运行进行控制，这就是我们所说的自动控制系统的过程控制。其中可以实现运行数据的采集和存储、调度和管理。整个运行过程的系统是中央控制系统，中央控制系统可以对整个工艺的运行和停止以及一些紧急事件进行直接控制。

2.2.2 在线监视功能。在线监视功能使动态的工艺流程图显示在中央控制室的计算机屏幕上，同时可以显示在子站界面上的是现场设备的运行状态和一些非常重要的工艺参数的变化情况。必要的情况下，我们可以利用鼠标和键盘对系统的运行状态进行干预。

2.2.3 故障诊断及报警处理。当设备在运行过程中产生一些可以或者不可以避免的故障的情况时，故障诊断功能可以将其监测出来，并随后进行查找和报警。此外，故障诊断系统还可以分析和调整一些简单的事故，从而使系统运行更加稳定。报警时系统可以显示报警的画面，这样可以让操作人员在对故障进行处理时得到提示。

3 自动控制系统在应用时存在的问题及今后的改进方向

3.1 自动控制系统在应用时存在的问题

虽然上述过程中我们的确展示了自动控制系统的众多优势，但是自动控制系统的发展毕竟还是不够完善，从各个污水处理厂的调研中我们总结了自动控制系统现今存在的一些问题：

3.1.1 自动控制系统的在线稳定性不够。随着PLC、DCS以及FCS技术的发展，自动控制系统的稳定性已经得到了一定的提高。但是由于污水处理实在是一个很复杂的过程，系统中的设备在运行过程中会涉及很多参数，而且每个参数还在不断的变化中，这就给自动控制系统对整个污水处理过程进行有力的监督控制造成了障碍。所以，一般污水处理厂除了自动控制系统外，还需要现场的工作人员来操控运行过程，并对有些分析结果进行调整，以期保持整个处理系统的稳定性。

3.1.2 已建的污水厂存在仪器、工作人员方面的限制性因素。目前大部分已建的污水处理厂的自控技术水平落后，污水处理效能与自控关系不明确，与之配套的自控设备和仪器匮乏，同时现今的排放标准也普遍提高，再加上污水处理过程中与自动控制设备相关的自动化方面的知识比较复杂，引进的大部分设备都是外文说明书，厂区的工作人员缺乏必要的自动控制方面的知识，这些劣势只靠对厂内工作人员的培训是无法轻易转化的。

3.1.3 目前我国众多的污水处理厂虽然监视良好、但是控制能力却明显不足。对于监视过程中得到的数据，工作人员并不能很好地进行分析和利用，这样就使自动控制系统失去了一开始我们想要它能提供给的便捷。并且自动控制系统在污水处理厂的运行过程中带来的由于节能降耗引起的直接经济效益并没有被充分认识到，这从另一个方面阻碍了风险投资者在投资污水处理厂时对自动控制系统的投资欲望。与此同时，自动控制系统引入污水处理厂后可以保障污水的排放达到标准，提高环境效益和社会效益，在这点上污水处理厂监管部门的认识也不到位，他们缺少与风险投资者的协调，以上种种都是限制自动控制系统在污水处理厂推广的重要原因。

3.1.4 自动控制系统本身还有待完善。例如与自控技术相关的软件、仪器行业并不规范，先进的自动控制技术大都从国外引进等。更详细一点举例，像污水处理过程中使用的探头很多，它们用于数据的采集，且都是被淹没在污水中的。但是如我们所知污水中的成分相当杂乱，这些探头很容易被缠结进而影响采集数据的准确性，更有甚者会损害探头。

3.2 自动控制系统今后的改进方向

一是在自动化控制系统的稳定性还没有得到确保时，污水处理系统中应该配备必要的工作人员，以弥补自动控制系统稳定性不够带来的分析结果的误差。二是接下来一段时间内应该在污水处理厂中配备相应自动控制方面的专业人员，这样既可以对其他厂区的工作人员有一定的培训和指导，也可以避免因工作人员专业素养不够引起的操作失误甚至事故。这对厂区的正常运行有很大的影响。三是依然要不断开发智能控制在污水领域的应用深度，如模糊控制、神经网络控制、专家控制等技术，这些技术仍然需要理论上的进一步发展。通过数学建模和仿真，结合污水处理新技术的市场需求，将这些智能控制方法相结合，争取提出更加行之有效的新控制策略。四是争取将污水处理厂的自动控制系统与高速数字技术和网络技术结合，通过遥感遥测遥控技术实现污水处理厂的自动控制，以解放所有的现场操作人员。

4 结语

如上所述，自动控制系统在传统的污水处理领域已经取得了众多成果，可以极大地提高污水处理的效率，提高出水质量，大大减少了有害物质的排放，其产生的经济效益和环境效益是值得肯定的。

但是，我国的污水处理中自动化技术的应用起步是比较晚的，所以在这方面我们不可避免地落后于西方发达国家，这集中体现在我们的控制系统大都从国外引进，缺少自主研发的系统，同时相应的污水处理设备、测量监测仪器的质量一直得不到提高。显然国家应该加大对这方面的投入，以缩小与世界先进水平的差距。我们有理由相信，随着我国科学技术的不断发展，污水处理系统会有更好的完善，而自动控制系统也会在污水处理领域发挥其应该有的作用。

参考文献

[1] 姜海鹏.自动控制系统在污水处理中的应用探讨[J].电子制作，2014，（17）.

[2] 赵晓林.浅析自动控制系统在污水处理中的运用[J].电子制作，2014，（11）.

[3] 吴海峰.自动控制系统在污水处理中的应用研究[J].科技创新导报，2013，（14）.

作者简介：杨博英，男，湖南株洲人，株洲市城市排水有限公司龙泉污水处理厂厂长，自动控制工程师，研究方向：污水处理技术。

（责任编辑：秦逊玉）