探討電氣自動(dòng)化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用趨勢(shì)

吳官韜

(深圳市水務(wù)(集團(tuán))有限公司羅湖分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

傳統(tǒng)的水處理技術(shù)和流程較為復(fù)雜，具有較大的人力、物力消耗，難以滿足新時(shí)期人們對(duì)水處理工作質(zhì)量和效率的要求，因此進(jìn)行技術(shù)更新與創(chuàng)新是水處理工作未來(lái)發(fā)展的重要內(nèi)容。以計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電力工程技術(shù)為主的電氣自動(dòng)化技術(shù)，如今已在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，成為各行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要推動(dòng)力。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用必要性

首先，能夠滿足水處理工作現(xiàn)代化發(fā)展對(duì)處理效率的全新要求，顯著提升水處理工作的經(jīng)濟(jì)效益。電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，無(wú)需增加過(guò)多的設(shè)備，僅通過(guò)PLC系統(tǒng)、傳感器、配置監(jiān)視器、變頻器、工控機(jī)、自動(dòng)化儀表等簡(jiǎn)單的設(shè)備系統(tǒng)，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水處理工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作，從一定程度上提升水處理工作的自動(dòng)化、智能化水平，使水處理過(guò)程變得精簡(jiǎn)、高效，達(dá)到提高污水處理效率及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的效果。

其次，能夠滿足水處理工作現(xiàn)代化發(fā)展對(duì)處理質(zhì)量的全新要求，顯著提升水處理工作的生態(tài)效益。相較于傳統(tǒng)人工操作，以計(jì)算機(jī)控制為主的電力自動(dòng)化技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中具有更好的運(yùn)行穩(wěn)定性和精確性，能夠有效避免不規(guī)范的人為操作對(duì)污水處理質(zhì)量的影響，顯著提升污水處理的質(zhì)量，使其符合新時(shí)期生態(tài)環(huán)保工作的具體要求，進(jìn)一步凸顯水處理工作的生態(tài)價(jià)值[1]。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用形式

2.1 PLC技術(shù)的應(yīng)用

PLC技術(shù)指的是利用編程邏輯控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，使其能夠自動(dòng)化完成預(yù)先制定的工作。該技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有極為廣泛的重要應(yīng)用價(jià)值。PLC技術(shù)是電氣自動(dòng)化技術(shù)在水處理工作中的最基本應(yīng)用形式，是水處理工作智能化、自動(dòng)化發(fā)展的重要基礎(chǔ)。目前，PLC技術(shù)在水處理中的應(yīng)用主要以下面3種形式為主。

2.1.1 格柵自動(dòng)化控制

水處理過(guò)程中，普遍會(huì)利用粗細(xì)2種格柵對(duì)進(jìn)出水中的懸浮物進(jìn)行物理處理，其中粗格柵的作用主要是截留、篩除廢水中顆粒較大的懸浮物，避免水泵、管道出現(xiàn)堵塞問(wèn)題；細(xì)格柵的作用主要是處理廢水中顆粒較小的懸浮物，以此補(bǔ)充粗格柵的功能，進(jìn)一步提升廢水預(yù)處理的質(zhì)量?？衫肞LC技術(shù)，根據(jù)液位傳感器采集的水位差值以及預(yù)先在PLC裝置中設(shè)定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)格柵的自動(dòng)化控制。具體控制過(guò)程為：在進(jìn)水泵中利用雷達(dá)液位計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)和采集水位數(shù)據(jù)，變頻器會(huì)根據(jù)采集到的水位數(shù)據(jù)自動(dòng)化進(jìn)行數(shù)值調(diào)節(jié)，而剩余水泵則由工頻器進(jìn)行控制。水處理工作開(kāi)始后，PLC會(huì)根據(jù)采集到的水位數(shù)據(jù)，預(yù)先設(shè)定好程序自動(dòng)調(diào)節(jié)工頻泵的啟閉狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)格柵的自動(dòng)化控制[2]。

2.1.2 脫水機(jī)房自動(dòng)化控制

水處理過(guò)程中會(huì)出產(chǎn)生大量的污泥及其附屬污染物，這就需要利用脫水房對(duì)其進(jìn)行脫水處理，以此為后續(xù)處理環(huán)節(jié)的開(kāi)展奠定良好基礎(chǔ)。在脫水房中通常會(huì)有許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的處理設(shè)備，若要獲得最佳的脫水處理效果必須確保各處理設(shè)備的精確控制以及協(xié)調(diào)配合。利用PLC技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脫水房中所有處理設(shè)備的集成化、統(tǒng)一化管理，還能夠通過(guò)安裝不同類(lèi)型的傳感器對(duì)脫水處理過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體工藝需求和預(yù)先設(shè)定的控制程序，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)絮凝劑投放、設(shè)備清洗等處理環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控制，顯著提升脫水處理的工作效率和穩(wěn)定性。

2.1.3 加藥自動(dòng)化控制

污水處理工藝通常會(huì)因廢水中污染物成分、出水水質(zhì)要求等因素的不同而發(fā)生一定的改變。為達(dá)到相應(yīng)的水處理要求，往往會(huì)在水處理過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況加入特定的藥劑。在以人工操作為主的傳統(tǒng)水處理模式中，藥劑投入量的合理性難以得到有效控制，容易出現(xiàn)投入量過(guò)大的情況，不僅會(huì)造成藥劑浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)出水水質(zhì)造成二次污染，影響用水安全性。而應(yīng)用PLC技術(shù)，則可以利用相應(yīng)的傳感器科學(xué)有效地采集數(shù)據(jù)，從而對(duì)藥劑投入量進(jìn)行精準(zhǔn)化、自動(dòng)化控制。以加氯水控制為例，通過(guò)加氯水的方式對(duì)水體進(jìn)行消毒是水處理工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而氯水本身具有一定的毒性，因此，氯水的加入量必須嚴(yán)格控制[3]。利用PLC技術(shù)可精準(zhǔn)控制氯水的加入量，具體控制流程如圖1所示。在具體應(yīng)用過(guò)程中需要注意以下內(nèi)容：①?gòu)U水過(guò)濾前的加氯消毒處理，此階段應(yīng)以流量比的模式對(duì)加氯消毒工藝進(jìn)行控制，即根據(jù)加氯速率和水流速度對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。②過(guò)濾后的加氯消毒處理，此階段應(yīng)采用復(fù)合環(huán)路加氯方式，并主要以流量為依據(jù)對(duì)加氯過(guò)程進(jìn)行控制。對(duì)比之下，濾后控制更為復(fù)雜，對(duì)PLC技術(shù)的應(yīng)用需求更高。

圖1 PLC技術(shù)的加氯控制流程圖

2.2 PLC與DCS技術(shù)的整合應(yīng)用

PLC技術(shù)雖具有極快的響應(yīng)速度和較強(qiáng)的邏輯分析與處理能力，但面對(duì)極為復(fù)雜的運(yùn)算或控制需求時(shí)，仍存在一定的技術(shù)局限性[4]。而分散控制系統(tǒng)(DCS)是以微處理器為技術(shù)基礎(chǔ)，以分散控制、集中操作和管理為設(shè)計(jì)原則，以多層分級(jí)、合作自治為結(jié)構(gòu)形式的新一代儀表控制系統(tǒng)，能夠進(jìn)行十分復(fù)雜的運(yùn)算。因此，在水處理過(guò)程中，將PLC技術(shù)與DCS整合應(yīng)用，能夠使二者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)形成互補(bǔ)，即使面對(duì)更加復(fù)雜的處理情況，也能夠有效實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)、高效、實(shí)時(shí)采集以及自動(dòng)化控制。擁有DCS技術(shù)支持的PLC技術(shù)，具備更強(qiáng)的抗外部因素干擾能力，能夠開(kāi)展更為復(fù)雜的自動(dòng)化控制功能，從而顯著提升水處理工作的穩(wěn)定性、質(zhì)量性以及高效性。

2.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)線網(wǎng)技術(shù)是電氣自動(dòng)化技術(shù)在水處理工作中最主要的應(yīng)用形式，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制水處理各項(xiàng)參數(shù)、操作的目的。相較于有線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有能耗小、組織方式和分布方式更加靈活、便捷的特點(diǎn)。其在水處理中的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①實(shí)現(xiàn)水處理過(guò)程的遠(yuǎn)程操作，提高水處理效率。②實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高水處理工作的穩(wěn)定性。

2.4 工業(yè)數(shù)據(jù)總線及數(shù)字儀表技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字儀表及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在水處理工作中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢(shì)：①能夠顯著提升水處理過(guò)程中各系統(tǒng)設(shè)備間數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)谋憷砸约皩?shí)效性，從而增強(qiáng)各系統(tǒng)設(shè)備之間的互操性以及水處理過(guò)程的整體性，使水處理工作的效率和質(zhì)量得到有效增強(qiáng)。②能夠增強(qiáng)設(shè)備間的互用性，尤其是涉及數(shù)字儀表技術(shù)的設(shè)備，相互間能夠更便捷地進(jìn)行交換使用。③能夠一定程度上減少變速器的使用量，從而降低設(shè)備投入成本，提升水處理工作的經(jīng)濟(jì)性。

在水處理工作中，數(shù)字儀表及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不僅包含工業(yè)技術(shù)總線，還包含電氣自動(dòng)化技術(shù)的底層數(shù)據(jù)通信情況，具有轉(zhuǎn)換現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備數(shù)字信息、串聯(lián)不同數(shù)據(jù)線之間的關(guān)系、數(shù)據(jù)信息可視化呈現(xiàn)等功能，以此切實(shí)提升水處理工作的智能化、自動(dòng)化水平，提高水處理質(zhì)量與效率。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用趨勢(shì)

“智慧水務(wù)”視域下，電氣自動(dòng)化技術(shù)與水處理工作的融合應(yīng)用，將會(huì)向以下趨勢(shì)發(fā)展：①可視化管理系統(tǒng)的普及應(yīng)用。即根據(jù)實(shí)際操作和工藝技術(shù)的需求，設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將水處理過(guò)程中監(jiān)測(cè)到的水壓、pH值、流速等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為可視化數(shù)字信息并在中央控制系統(tǒng)或各終端設(shè)備的顯示屏上呈現(xiàn)出來(lái)，以此幫助技術(shù)人員隨時(shí)隨地了解水處理情況，及時(shí)處理過(guò)程中存在的問(wèn)題并進(jìn)行調(diào)整，提高水處理的效率和工作穩(wěn)定性。②智慧決策系統(tǒng)的普及應(yīng)用。引入機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等前沿性智慧技術(shù)，提高官網(wǎng)監(jiān)控、故障報(bào)警及控制、循環(huán)利用、水處理工藝技術(shù)等方面的智能水平。一方面實(shí)現(xiàn)感知、診斷、決策、執(zhí)行等更高級(jí)的智能控制行為；另一方面幫助技術(shù)人員制定更具參考機(jī)制和實(shí)踐作用的決策，以此全面提升水處理的技術(shù)水平。③數(shù)據(jù)定位采集系統(tǒng)的應(yīng)用。通過(guò)三維建模技術(shù)、3S定位設(shè)備、無(wú)線傳感設(shè)備等電子自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、穩(wěn)定、精準(zhǔn)采集與測(cè)量，并基于人工智能技術(shù)，從采集到的數(shù)據(jù)信息中篩選出符合當(dāng)前水處理工作需求并具有較高參考價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，以此為水處理相關(guān)決策制定提供可靠保障。閥門(mén)、無(wú)線傳感設(shè)備等智能化、自動(dòng)化電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用是構(gòu)建數(shù)據(jù)定位采集系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，其應(yīng)用和部署的合理性將直接影響采集數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，整合運(yùn)用GPS、GIS等空間管理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的可視化以及突發(fā)事件的緊急預(yù)警，從而為水處理工作的順利、安全開(kāi)展提供有力保障。

4 結(jié)語(yǔ)

電氣自動(dòng)化技術(shù)的融合應(yīng)用是水處理工作發(fā)展的必然趨勢(shì)，具有提升處理效率和質(zhì)量，增強(qiáng)水處理經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的突出作用。新時(shí)期背景下，相關(guān)單位應(yīng)注重PLC、DCS、無(wú)線通信、數(shù)字儀表及現(xiàn)場(chǎng)總線等技術(shù)在水處理工作中的運(yùn)用，并基于對(duì)“智慧水務(wù)”觀念的理解，加強(qiáng)可視化管理系統(tǒng)、智慧決策系統(tǒng)的運(yùn)用，以此實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化技術(shù)在水處理工作中的滲透和整合運(yùn)用，切實(shí)推動(dòng)水處理工作的智慧化、現(xiàn)代化發(fā)展。