李啟飛 馬培舜
(昆明市城市排水公司）

1 污水處理廠運(yùn)行狀況

　　據(jù)有關(guān)資料，我國目前巳建成投人生產(chǎn)運(yùn)行的污水處理廠，自動(dòng)控制監(jiān)測技術(shù)，大致有幾種情況：一種情況是建立中央控制室，中控室雙機(jī)熱備系統(tǒng)通過通信介質(zhì)（如雙絞線、光纖等）連接廠內(nèi)各PLC控制子站；各RLC控制子站控制現(xiàn)場的儀器儀表執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到監(jiān)測控制的目的；第二種情況是在各污水處理廠直接通過各PLC子站控制各現(xiàn)場的儀器儀表；第三種情況是由于建廠時(shí)間較早或經(jīng)費(fèi)投人不足；廠內(nèi)沒有控制系統(tǒng)。無論何種情況，由于采用的設(shè)備和技術(shù)參差不齊，給污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行、管理受到不同程度的影響，嚴(yán)重情況影響出水水質(zhì)；甚至水廠停產(chǎn)，有待于采用新的自動(dòng)控制技術(shù)，對污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造、改建、甚至重建，以滿足污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行的需要；同時(shí)國家宏觀經(jīng)濟(jì)建設(shè)政策明確提出，要廣泛推廣科學(xué)技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用，用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)等高科技技術(shù)，提升改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，朝著生產(chǎn)過程自動(dòng)化、管理信息化、高質(zhì)量、高效率、節(jié)能的方向發(fā)展，污水處理行業(yè)亦不例外，迫切需要采用計(jì)算機(jī)信息、通信、自動(dòng)化控制等高科技技術(shù)，結(jié)合污水處理行業(yè)各種處理工藝，提升改造傳統(tǒng)污水處理廠的生產(chǎn)、管理等工作；其次。計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、各種傳感器、智能儀器儀表的飛速發(fā)展，也為污水處理行業(yè)生產(chǎn)、管理自動(dòng)化、信息化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)和產(chǎn)品支持。

2 參考模型

　　參考模型示意圖如圖1-1所示。

　　建立污水處理廠監(jiān)控中心，污水處理廠監(jiān)控中心負(fù)責(zé)污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行的監(jiān)測監(jiān)控；同時(shí)將有關(guān)信息上傳到有關(guān)職能管理部門，通過有線和無線的方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心和各個(gè)污水處理廠信息的交換傳輸。根據(jù)污水處理廠性質(zhì)、所屬部門及監(jiān)控中心職能和具體情況；可分二種模式模式一：污水處理廠監(jiān)控中心只對污水處理廠進(jìn)行監(jiān)測；生產(chǎn)控制由各污水處理廠在廠內(nèi)完成。例如環(huán)保部門或有關(guān)政府職能部門所屬的此類監(jiān)控中心，為了有效地監(jiān)測工礦企業(yè)或其它可產(chǎn)生污染源企事業(yè)污水處理廠運(yùn)行，可以考慮采取這種模式。模式二：污水處理廠監(jiān)控中心對污水處理廠監(jiān)測監(jiān)控，直接控制各污水處理廠的生產(chǎn)及運(yùn)行。例如專一或主要從事污水處理的企業(yè)及部門，有多座污水處理廠，綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可以考慮采取這種模式。
　　二種模式具體模型如下：
　?。?）、污水處理廠生產(chǎn)流程及控制監(jiān)測點(diǎn)
　　污水處理有多種工藝，各污水處理廠采用的污水處理工藝、設(shè)備、土建工程、地理環(huán)境等不同，但處理的流程及控制點(diǎn)是有共性的。圖1-2是一污水處理廠處理工藝流程示意圖，是常見的一類ICEAS污水處理工藝。根據(jù)該工藝流程圖，在全面考慮的情況下，污水處理廠自動(dòng)控制流程回如圖13所示。從圖上可知，自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型考慮了污水處理生產(chǎn)控制的可能環(huán)節(jié)。

　　根據(jù)工藝流程、控制點(diǎn)及現(xiàn)場設(shè)備的安裝地理環(huán)境，采用先進(jìn)的管理控制技術(shù)，系統(tǒng)分為控制層、監(jiān)控層、管理層三層進(jìn)行監(jiān)測和控制?？刂茖臃秩舾蓚€(gè)PLC子站（本圖為三個(gè)）分別對廠內(nèi)設(shè)備、及監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行控制、監(jiān)測，采集信號，控制生產(chǎn)設(shè)備；監(jiān)控層，在廠內(nèi)設(shè)中心控制室，對于獨(dú)立運(yùn)行的污水處理廠，中控室有二個(gè)功能，一是監(jiān)控全廠的整個(gè)生產(chǎn)過程，二是將有關(guān)污水處理廠的運(yùn)行狀況上傳污水處理廠監(jiān)控中心；對于由污水處理廠監(jiān)控中心直接監(jiān)測控制運(yùn)行的污水處理廠；將有關(guān)污水處理廠的運(yùn)行狀況及有關(guān)信息上傳污水處理廠監(jiān)控中心，將污水處理廠監(jiān)控中心執(zhí)行指令下傳各PLC，由PLC控制各現(xiàn)場儀器及儀表；管理層主要在污水處理廠監(jiān)控中心完成。系統(tǒng)同時(shí)還充分考慮特殊情況下的現(xiàn)場手動(dòng)控制。
　　控制范圍包括進(jìn)水閘門進(jìn)入水量、閘門緊急關(guān)閉設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制；除渣機(jī)粗隔柵和細(xì)隔柵控制；污水提升泵站恒速及調(diào)速泵控制；除砂機(jī)控制；初次沉淀池設(shè)備包括刮泥機(jī)、排泥泵、泡沫去除設(shè)備等，重點(diǎn)考慮排泥泵控制；曝氣地設(shè)備控制，由于污水中污染物的去除主要在曝氣池中完成，因此曝氣池的運(yùn)行狀況在某種程度上決定了整個(gè)處理系統(tǒng)的處理效果。向曝氣池供氧所需的運(yùn)行費(fèi)用也占總運(yùn)行費(fèi)用的很大比重。影響曝氣地運(yùn)行的因素很多，如污泥齡，溶解氧（DO）濃度；混合液懸浮固體（MLSS）濃度，污泥回流比和BOD污泥負(fù)荷等。合理地控制這些影響因素能有效地提高曝氣池的處理效率，所以；曝氣池的自動(dòng)控制對整個(gè)處理系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的，包括供氣量的控制、回流污泥量控制，供氣量的控制主要有恒定供氣量控制、與進(jìn)水量成比例控制、定DO濃度控制；回流污泥量控制主要有定回流污泥量控制、與進(jìn)水量成比例控制、定MLSS濃度控制；二沉池排放剩余污泥控制，排放剩余污泥控制主要有定污泥排放量控制、間歇定時(shí)排泥控制、定污泥齡控制、隨機(jī)排泥控制；濃縮池排放濃縮污泥的控制，濃縮污泥排放的控制方法主要有用計(jì)時(shí)器控制排泥泵的啟動(dòng)與停止、用計(jì)時(shí)器和預(yù)置計(jì)數(shù)器控制每日排出一定量的濃縮污泥等；厭氧地溫度、污泥投配與排出和攪拌控制；污泥濃縮脫水藥品控制、脫水機(jī)控制。
　?。?）、污水處理廠監(jiān)控中心
　　污水處理廠監(jiān)控中心的作用主要是監(jiān)視或監(jiān)控制遠(yuǎn)方各個(gè)現(xiàn)場污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行；同時(shí)將各個(gè)污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行狀況等信息上傳有關(guān)管理部門，同時(shí)考慮未來工作的可擴(kuò)展性，應(yīng)選用以下設(shè)備：高性能交換機(jī)、高性能雙機(jī)熱備服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、高清晰度彩色顯示器、針式打印機(jī)、不間斷電源、管理計(jì)算機(jī)、激光打印機(jī)、工作臺、文件柜、轉(zhuǎn)椅，消耗品、大屏幕投影屏、工業(yè)鍵盤、連接各污水處理廠的通信設(shè)備等。同時(shí)建成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖1-4所示。
　?。?）、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信
　　污水監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為以太網(wǎng)，根據(jù)控制污水處理廠的數(shù)量及傳輸信息量；并充分考慮將來發(fā)展需要，可以設(shè)計(jì)為1000M以太網(wǎng)或100M以太網(wǎng)，主干網(wǎng)速率100M以上，主要由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如圖1-4所示）、現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如圖1-3所示）及各污水處理廠和監(jiān)控中心通信系統(tǒng)。
　　各污水處理廠和監(jiān)控中心通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及通信方式很多，從大類上分無線和有線二種類型，可根據(jù)監(jiān)控污水處理廠的數(shù)量、傳輸?shù)男畔⒘俊⑾到y(tǒng)所在地的通信條件等諸多因素來確定。主要有如下一些方式：有線：包括光纖、公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PSDN、ISDN、電話撥號等；如圖1-5是一種典型的通過光纖連接的通信方式，采用此通信方式，中心到各個(gè)污水處理廠的速率可達(dá)到100M以上，完全可以滿足網(wǎng)絡(luò)通信的要求；無線：包括電臺、微波、擴(kuò)頻微波及衛(wèi)星。如圖16是一種典型的無線微波通信方式，采用此無線通信方式連接到各污水處理廠的速率可達(dá)到2M以上，最新產(chǎn)品可達(dá)11M，在污水處理廠數(shù)量不多、傳輸信息量相對少的情況下，也可以滿足系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的要求。有條件的地區(qū)，也可以選擇公用信息通道。作出最終選擇時(shí)；要根據(jù)具體情況，綜合投資及使用性價(jià)比綜合考慮。
　　（4）、操作系統(tǒng)選型及開發(fā)工具的選擇
　　常見的操作系統(tǒng)有WINDWOS、WIX、LINUX等，選擇操作系統(tǒng)須考慮多種因素，主要看是否能使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，操作系統(tǒng)之上的開發(fā)工具及軟件是否易于開發(fā)、提供用戶的操作界面是否方便；一般圖形界面為佳，微軟WINDOWS NT、WINDOWS 2000得到廣泛應(yīng)用，可作為首選。對一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，其軟件的開發(fā)與所采用的硬件是密切相關(guān)的。比如，用某一型號的PLC 則要用廠家提供的一套開發(fā)軟件，用梯形圖等方法來開發(fā)其應(yīng)用控制軟件；用某一DCS系統(tǒng)，則要用該廠家提供的一套組態(tài)軟件來進(jìn)行其應(yīng)用控制軟件的開發(fā)。因此，在選用系統(tǒng)硬件時(shí)，必須考慮它的開發(fā)軟件是否方便地用在使用它的自動(dòng)化系統(tǒng)中。目前；DCS集散控制系統(tǒng)的上位機(jī)開發(fā)運(yùn)行平臺有多家，如：FIX，InTouch,　WIZCON，PARAGON TNT等。下位機(jī)編程軟件有Concept、OptoControl。WJZCON是PC Soft國際有限公司的產(chǎn)品，主要用于工業(yè)過程控制自動(dòng)化組態(tài)軟件的開發(fā)運(yùn)行平臺。WIZCO N具有全漢化版本，具有較好的人機(jī)界面。WIZCON是一個(gè)開放的環(huán)境，可以與第三方軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。Wonderware公司的InTouch，是業(yè)界較領(lǐng)先的工業(yè)過程控制自動(dòng)化組態(tài)平臺；可提供一個(gè)查看控制和信息資源的單一的集成的視圖，使工程師、監(jiān)督員、管理員和操作員通過表示生產(chǎn)過程的圖形顯示，進(jìn)行監(jiān)視并按運(yùn)營狀況作出反應(yīng)。

　　Inyouchd的主要特點(diǎn)是面向?qū)ο蟮膱D形；易于配置的應(yīng)用程序，意味著更快的開發(fā)節(jié)奏；動(dòng)畫鏈接；分布式報(bào)警，這種功能可以同時(shí)支持多個(gè)報(bào)警服務(wù)器或“提供者”；InTouch 7.0包含了應(yīng)用程序測覽器，該測覽器可以實(shí)現(xiàn)各組件對象的分層顯示。InTonch的性能價(jià)格比較優(yōu)秀，目前在許多行業(yè)獲得了成功的運(yùn)用。
　　綜上所述；上位機(jī)開發(fā)軟件選用 Wonderware 的InTonch是一明智的選擇。下位機(jī)開發(fā)軟件的選擇一定要考慮它的下位機(jī)選型而定，根據(jù)PLC的立品型號、性能確定。
　　(5)污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)軟件
　　①計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理程序主要功能及設(shè)計(jì)思想
　　A：操作與監(jiān)控
　　主要是對污水處理廠數(shù)據(jù)采集及控制自動(dòng)化系統(tǒng)的控制參數(shù)設(shè)置；完成數(shù)據(jù)采集及控制自動(dòng)化系統(tǒng)的組態(tài)；監(jiān)控生產(chǎn)作業(yè)過程，包括顯示控制過程畫面和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，顯示系統(tǒng)總體框圖；繪制重要參數(shù)的變化趨勢圖；顯示重要設(shè)備的工作狀態(tài)；歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和存儲；輔助管理日常生產(chǎn)業(yè)務(wù)，提供訣策參考。
　　B：事故報(bào)警
　　生產(chǎn)過程中的檢測量超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警顯示，并通過報(bào)警打印機(jī)打印輸出，形成記錄文件；生產(chǎn)過程中的自動(dòng)狀態(tài)下的控制設(shè)備發(fā)出故障信號或失去控制時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警顯示；并通過報(bào)警打印機(jī)打印輸出。形成記錄文件；報(bào)警數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲以備事后分析。

　　C：數(shù)據(jù)存檔和生產(chǎn)報(bào)表
　　系統(tǒng)自動(dòng)生成日報(bào)表、月報(bào)表和統(tǒng)計(jì)報(bào)表，通過報(bào)表打印機(jī)打印輸出，形成生產(chǎn)記錄文件，并且文檔可由EXCEL或其它電子表格軟件進(jìn)行自定義處理；具有時(shí)間和事件控制存檔；可與其他 WindowS程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換。
　　② OI人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)思想
　　A：人機(jī)操作界面是整個(gè)系統(tǒng)與用戶之間交流的窗口，它提供一種直觀的圖形化的功能實(shí)現(xiàn)。通過其獨(dú)有的動(dòng)畫功能、語音功能向監(jiān)控中心的操作員展示各個(gè)數(shù)據(jù)采集及控制自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)的、全面的、歷史的工作過程，方便操作員監(jiān)控任務(wù)的圓滿完成。
　　B：OI 中所設(shè)計(jì)的任何一副畫面都是由對象組成。每個(gè)對象都有其屬性。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，各個(gè)畫面中不同對象所發(fā)揮的作用都是將對象的各種屬性進(jìn)行必要的設(shè)置或與相應(yīng)屬性控制函數(shù)進(jìn)行必要的鏈接來實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)操作界面為層次漸進(jìn)風(fēng)格。
　　第一層為所有污水處理廠的分布圖。主要顯示污水處理總量、各污水處理廠總體狀況（正常、超載或關(guān)閉）等；第二層為各個(gè)污水處理廠逼真的、全面的工藝流程畫面。主要顯示該污水處理廠的污水處理總量、其各個(gè)設(shè)備的總體狀態(tài)（正常、超載或故障）等；第三層為污水處理廠中各個(gè)具體設(shè)備的工作狀態(tài)、歷史記錄顯示，控制窗口提供對該設(shè)備啟動(dòng)／關(guān)閉及維護(hù)等控制。每一層都通過雙擊進(jìn)人，即在第一層雙擊某污水處理廠進(jìn)人第二層，在第二層雙擊某設(shè)備進(jìn)人第三層。
　　③污水處理廠監(jiān)控中心軟件具體功能設(shè)計(jì)
　　污水處理廠監(jiān)控中心軟件所要實(shí)現(xiàn)的主要功能是對下屬各個(gè)污水處理廠的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視和控制。
　　A：監(jiān)視和記錄各個(gè)污水處理廠的工作參數(shù)，主要包括人口污水流量和出口達(dá)標(biāo)凈水流量；集水池的液位、液位報(bào)警；粗格柵系統(tǒng)上下游液位差、液位差報(bào)警；細(xì)格柵系統(tǒng)上下游液位差、液位差報(bào)警；進(jìn)水泵站處的H₂S泄漏參數(shù)；生化反應(yīng)地厭氧池的PH值、好氧池的溶解氧量及鼓風(fēng)機(jī)氣體流量值；鼓風(fēng)機(jī)房氣體出口壓力值，鼓風(fēng)機(jī)軸承溫度和潤滑油溫度；污泥池的液位；污泥濃縮和脫水機(jī)房的污泥流量。
　　B：設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)，主要包括每臺泵的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，包括所用泵的號碼、啟／停狀態(tài)、電機(jī)溫度、電機(jī)工作；電流和電壓、電機(jī)報(bào)警；軟啟動(dòng)器的工作狀態(tài)，包括正?；蚬收?、啟/停、報(bào)警。流量計(jì)、液位計(jì)、PH檢測計(jì)等的維修狀態(tài)。
　　C：各個(gè)信息的歷史記錄，主要包括設(shè)備（泵、軟啟動(dòng)器等）運(yùn)行時(shí)間、故障次數(shù)、原因及維修記錄；各個(gè)污水處理廠的日或月處理水量的統(tǒng)計(jì)；污水處理廠內(nèi)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)作調(diào)度記錄。
　　D：按模式二所設(shè)計(jì)及建立的污水處理廠監(jiān)控中心，直接控制各污水處理廠的生產(chǎn)及運(yùn)行，直接下達(dá)實(shí)時(shí)控制指令，控制下屬污水處理廠的工作：主要包括開啟／關(guān)閉某個(gè)污水處理廠的運(yùn)作；啟／停某個(gè)污水處理廠內(nèi)某臺設(shè)備（優(yōu)先級高于污水處理廠的部門級控制中心）；下達(dá)非實(shí)時(shí)性控制或維護(hù)指令，指導(dǎo)下屬污水處理廠的輔助工作，包括設(shè)備檢修等。

　　E：將污水處理廠生產(chǎn)及運(yùn)行的各種信息，甚至主要關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況，按各類管理部門需要上傳有關(guān)部門。
　?。?）人員培訓(xùn)
　　在開發(fā)過程中，要分層次對各類使用人員進(jìn)行培訓(xùn)，以保證系統(tǒng)建成后，能及時(shí)穩(wěn)定投入生產(chǎn)的運(yùn)行。

3 產(chǎn)生的效益

　　通過建立污水處理廠監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)測或監(jiān)控，預(yù)計(jì)可產(chǎn)生如下效益：
　?。?）建立污水處理廠監(jiān)控中心，建成以PLC、工控計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及各類軟件系統(tǒng)為核心的污水處理廠實(shí)時(shí)管理控制系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)測或監(jiān)控污水處理廠設(shè)備及生產(chǎn)運(yùn)行，達(dá)到污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)測或監(jiān)控自動(dòng)化、管理信息化。
　?。?）建立污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，污水處理廠內(nèi)自動(dòng)化控制及技術(shù)水平得到全面顯著提升，可以安全、可靠地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的污水處理工藝流程，減少人為因素帶來的可能事故和隱患，保證污水處理出水水質(zhì)，同時(shí)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和效益。
　?。?）使污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行及管理產(chǎn)生質(zhì)的變化；部門職能發(fā)生轉(zhuǎn)變，剝減冗余部門及人員，部門優(yōu)化重組減員增效。
　　（4）通過建立污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各污水處理廠內(nèi)設(shè)備的有效調(diào)度和控制，節(jié)約能耗，實(shí)現(xiàn)增效。
　?。?）建立污水處理廠監(jiān)控中心達(dá)到各污水處理廠管理的輿中監(jiān)測或監(jiān)控，在污水處理廠監(jiān)控中心和主管職能部門，能及時(shí)方便地了解掌握污水處理廠的生產(chǎn)和運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對污水處理廠的有效管理和實(shí)時(shí)監(jiān)督特別是對一些需要強(qiáng)化監(jiān)督管理的工礦企業(yè)污染源等污水處理廠，效果尤其顯著。

4 結(jié)束語

　　本文針對我國城市污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)，提出建立系統(tǒng)的參考模型和有關(guān)技術(shù)。這個(gè)參考模型提出了城市污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的手段和技術(shù)方法，希望能對我國城市污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)測或監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)提供有益的參考。