水处理自动控制系统的应用现状及发展前景
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摘要：在经济发展的大潮下，工业产业的发展越来越迅猛，因此，对其产生的污水、废水的处理需求也越来越复杂。目前，污水处理能力已经远远落后于经济发展和社会需求，如果仍按照原有工艺和传统方法进行污水处理，那么势必影响或者限制工业、经济、甚至人民生活的进步。面对如此现状，需要通过实现污水处理系统的自动控制，提高污水处理的数量、质量、加速污水处理的效率，充分利用有限的水资源，创造高效低能的可持续发展的经济环境。
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A
引言：
目前，我国污水处理的能力和技术水平，已远远落后于日益发展的国民经济水平和社会需要。有超过百分之八十的污水仍然未经处理便排入江河。针对目前存在的现状，国家相关部门逐步增强对水污染的整治力度，但对于如此大比重的未处理污水，目前采取的措施和整治力度仍是杯水车薪。为了减少对自然环境的破坏，保证人民的身体健康，水处理能力和效率的提高成了迫切需要解决的问题。
污水处理现状
1、我国的污水处理现状 我国的污水处理厂大部分使用的是活性污泥法，其余的是使用一级处理等方法进行处理。随着要求的增高，出现了许多改进型的技术如氧化沟法等技术。总体上来说我国的处理污水的技术水平还是比较低的，在技术、设备以及处理的范围都与发达国家有很大的差距。我国还处在污水处理的发展阶段，受到以下几方面的制约：受我国治理污水整体行业水平的制约，如生产规模小，专业化不足等；受市场的制约，如市场混乱，管理不力等；技术选择不结合实际情况。从整体上说，现有的技术还不能满足我国的需求。 2、国际污水处理现状 在一些发达国家，因为经济发达，在很早就达到了工业现代化，污水处理的重视早就体现出来，并投入大量的资金进行研究，经过长时间的努力有的污水回收率高达90%以上，同时信息化的发展，它们注重PLC技术在污水处理中的运用，研制出了一些智能的控制元件，例如，SLC系列等，使用大量的PLC自动控制技术在污水处理中。
二、关于水处理自动控制系统的应用现状
通过将计算机网络、通信技术和自动控制等技术与水处理工艺、技术相结合，使污水处理程序进入到了一个飞速发展的阶段。对于污水处理行业，生产管理自动化、信息化的发展也需要依靠计算机软件技术、通信技术、自动控制技术的发展。因此污水处理技术的提高就得到了有效保障。也正如此，例如SBR、CASS 等对自动控制要求较高的污水处理技术，正在越来越受到重视和应用。当前我国关于污水处理的水平被划分为三个层次:
(1) 手动操作。由具体人员通过利用仪表采集污水处理过程中的流量、水位、温度、浑浊度、PH 值等数据，同时操作现场设备的过程被称为手动操作污水处理。由于数据采集是由人工完成，在参数上存在的误差就较大，因此污水处理的质量就不能够保证。
(2) 半自动控制。在半自动控制模式下，部分过程的数据采集通过采集器完成。通常，在控制室设有用来显示流量、水位、温度、浑浊度、PH 值等数据信息的显示屏，同时显示屏还显示有电机、闸门的运行状态，由操作人员通过显示屏上的显示数据对污水处理过程进行监控。但显示屏操作员只能遥控部分设备的运行，其它控制仍需要通过现场的操作人员完成，现场数据仍由人工采集。
(3) 全自动控制。整个污水处理的生产过程无具体人员进行现场操作，而是通过计算机程序设计和网络技术对整个过程进行控制。在污水处理过程中所有数据通过计算机网络输入下位机，通过以PLC 作为控制单元进行控制算法，从而实现对现场所有设备的实时监控。上、下位机采集参数和控制远程参数也都是通过网络进行的。这种污水处理模式是目前自动控制的主要方向。
三、污水处理自动控制技术在应用中存在的问题及解决措施
通过在污水处理系统中引进自动控制系统，在减少操作人员的劳动强度，加强污水处理系统的运行能力和管理方面，起到了极其积极的作用。不过考虑到污水处理行业的特殊环境以及其自身的特殊性，关于污水处理自动系统的应用也需要面对以下一些问题：
（1）由于我国目前关于污水处理方面的监控不到位，仍然存在只监不控或监强控弱的情况，因此，在系统控制方面，各种信息不能得到较好的、有效的利用。应对措施: 合理加强监控，有效采集信息，及时反馈信息。
（2）关于污水处理过程中水质的监测及采取的相应控制，存在滞后的情况。以监测好氧池中DO 值与鼓风机风量调节之间的滞后情况为例。如果鼓风机风量调节滞后与好氧池DO值监测情况，就可能导致鼓风机不能准确地根据好氧池中实际溶解氧的浓度提供曝气量，从而不能够实现节能目标。应对措施: 通过改善自动化控制技术，加强监测过程中的及时性与准确性，提高自控仪器的使用效率，从而提高污水水质处理的有效性。
（3）关于在线仪表在污水处理过程中的养护。在线的仪表探头需要长期探入污水环境，从而导致仪表探头极易被各种缠绕性的杂质包裹，因而，影响探头数据的敏感性、数据的准确性，导致仪表探头的损坏的几率也大大增加。由此造成的定期养护成本增加，以及设备系统维护的成本增加。应对措施: 加强定期维护，规范管理目前的仪表系统使用规程，加强有关仪表的配置及使用标准。进一步研发能够更好地长期地适应污水处理中的特殊环境的仪表探头。以达到维护便捷，成本低的目的。
（4）具体操作人员的综合业务水平的提高在自动控制系统中的重要性。自动控制系统在污水处理中的应用涉及广泛的知识领域，甚至外语水平也有所要求，因为一定比重的设备及硬、软件来自国外。因此从业人员的专业性培训就非常重要，避免操作失误的出现。应对措施： 加强人员专业技能培训，引进符合需求的技术性人才。
四、水处理行业自控系统发展趋势
为适应水处理行业的发展趋势，满足水处理行业对自控系统的需求，水处理行业的自控系统在未来发展的主要方向包含以下几个方面：
1、远程监控
在水厂控制中心监控数据及监控界面的Web通过Web软件实现。实现远程监控操作人员可以在任何能够登陆Internet的地方对水厂的功能进行监控。PLC编程软件在将来实现远程登录也是一个发展趋势，编程人员可以在任何能够登录Internet的地方修改PLC的程序，进行远程调试。该功能的实现，为水厂实现在紧急情况下的故障排除和专家诊断提供了方便。
2、冗余的控制系统结构
单机架冗余方案在PLC水处理行业中是向低成本、高可靠性方向发展。采用单机架冗余方案，两个支持冗余系统的CPU，每套PLC选用一个冗余的机架，冗余背板有两个CPU插槽。两个CPU互为热备，当上位组态软件通讯故障时，或一个CPU出现故障，系统切换到热备的CPU上，CPU切换的时间短，控制系统保证不中断。
3、组态软件丰富的驱动程序
以方便在项目改造、扩建过程中上位组态软件与下位自控设备兼容，组态软件应开发各种厂家的PLC、仪表、移动通讯设备以及其他具有通讯功能的自控设备的驱动程序，提高现场工作人员的工作效率和系统的集成度，使水处理项目可以对现场的所有工艺通过一个组态软件实现进行监控，同时对项目成本能够降低。
4、专业程序模板
在项目调试过程中，由于水处理工艺多样，各种控制工艺的控制逻辑一个工程师不可能全部掌握。而在相同的处理工艺不同污水处理厂的情况下，控制逻辑相似。基于这种特点，针对不同工艺、不同规模的水处理厂应开发专业的程序模板。
针对净水处理、污水处理和中水回用项目，上位组态软件厂家应开发水处理行业版。水行业版组态软件应集成净水处理、污水处理和中水回用所需的常用设备符号和控制块、组态画面。画面组态工程师只需将常用设备控制块拖入到组态画面即可实现一个设备的组态，而不需每个工程都进行重新组态。常用的报警画面和趋势画面只需将定义的变量添加到报警变量和趋势变量即可完成对报警画面和趋势画面的组态。
在PLC以及组态软件功能日趋完善，产品质量也日趋接近的情况下，谁能够为客户提供更加完善的服务将成为成败的主导竞争方式。PLC以及组态软件的生产厂家除了能够为客户提供自控产品外，为客户提供专业的行业支持就成为自控产品发展的趋势之一。
5、数据分析、决策支持
在污水厂管理层，不但要能够支持远程监控，还要将较长时间地对现场IO服务器采集的现场数据进行存储，并对全厂历史数据进行存储，存储时间可长达几年，对现场数据要求使用专业数据分析软件进行分析，在不同的进水条件下从而得出污水厂的最佳运行参数，现场控制站程序根据这些数据进行修改，并可将高级控制算法应用到现场的控制系统中，例如变结构控制算法、专家系统等，从而对现场控制的优化处理得以实现，提高出水水质，提高水厂的运行效率，降低运行成本，并使水处理过程更加环保。
对于更高层管理机构，可以通过调用各水厂的历史数据，对各水厂的生产数据、运行效率、运行管理情况等进行统计、比较，为各水厂提供决策支持，宏观调度各水厂的运行。并可根据各水厂的数据分析结果，为新建水厂提供优化设计方案。
五、结束语
计算机自动化越来越多的出现，加之网络技术的快速发展，自动控制系统在社会生产生活中的应用也越来越广泛。这些科技含量高的技术应用于污水处理行业是一个里程碑式的进步。通过计算机控制、多媒体监控体系、信息管理在自动化控制中的应用，污水处理也发展到整个流程自动化控制。自动控制系统应用于水处理后，提高了工作效率，以及水处理数量和质量，降低了人工等各方面的成本。虽然如此，但水处理自动控制系统的应用技术、扩大使用范围、降低投入成本等几个方面都有待提高，以适应经济水平的发展，实现经济的双赢。
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