摘要：污水處理廠自動控制體系的建立和實施,是污水處理廠從粗放型向集約型轉變的關鍵環節。在先進、有效和可靠的智能算法和控制策略指導下,自動控制體系的建立可以大大降低污水處理廠的能耗、物耗水平,穩定處理過程的控制參數,提高出水水質。本文對污水處理智能控制的現狀、應用和發展進行了探討，以供參考。
關鍵詞：污水處理,自動控制,智能控制
隨著我國城市化進程的推進，城市建設步伐加快，城市人口增加，城市生活污水和工業廢水對河流水質的影響日趨明顯。城市污水量的與日俱增，使得污水處理的運行費用也在不斷增加，為了珍惜利用地球有限的能源，保護環境，造福社會，如果通過有效的控制能將城市污水處理廠的運行費用節省1%，也是個不小的數字。因此，在這樣的行業背景下，污水處理智能化建設作為與城市日常運行息息相關的行業，也越來越受到社會的高度重視。
一、城市污水處理現狀分析
近年來，國內外均有學者對污水處理自動控制工藝進行研究，以尋求更精確、更可靠的方法實施自動控制和智能控制。
例如，在同步硝化/反硝化的生物濾池中引入了實時曝氣控制，建立了基于DO在線監測的反饋控制和基于氨氮 和DO在線監測的串聯控制。與傳統硝化-反硝化生物曝氣濾(BAF)相比，采用實時曝氣控制的生物濾池在達到相同處理效果(出水TN<20mg/L)時，曝氣量低于傳統方法的50%。
又比如，在國外已有的時間和流量程序控制的基礎上，我國科研人員提出一種SBR 法有機物濃度控制，使控制過程更定量化和精密化。工業廢水 的水質變化很大，當進水有機物濃度高時，為使出水水質達標，應適當增加反應時間使運行更可靠;而當進水有機物濃度低時 可以減少反應時間以節省運行費用。
通過以上對污水處理研究成果的分析，我們可以看出：合理數學模型的建立嚴重制約著傳統污水處理技術的發展。并且建模必須遵循一些比較苛刻的線性化假設，然而實際污水處理系統由于存在復雜性、非線性、時變性、不確定性和不完全性等，因此 采用傳統控制理論建立的污水處理自動控制系統在實際工程應用上存在出水水質波動較大等問題。
二、自動化系統設計
設計包括以下幾個方面的內容：
⑴ 在線檢測儀器儀表設計;
⑵ 計算機測控管理系統設計;
⑶ 儀表及計算機測控管理系統電纜敷設設計
在此，重點介紹前兩個方面的內容
1.在線檢測儀器儀表設計
儀器儀表的選型主要考慮其工作環境的適應性，特別是傳感器直接與污水、污泥接觸，極易腐蝕結垢。一旦傳感器失靈，再好的自動控制系統也無濟于事，故傳感器盡量選用非接觸式、無阻塞隔膜式、電磁式和可自動清洗式。
根據工藝流程和現代化管理的需要，在工藝流程的各個部分分設電磁流量計、超聲波液位計、PH/溫度計、濁度、固體懸浮物濃度、氧化還原電位、污泥濃度、污泥界面儀、溶解氧等檢測儀表和各類電量變送儀表。這些儀表均選用工業級在線式儀表，并根據安裝環境的要求具有相應的防護等級。
儀表設置基于兩方面考慮，一方面要滿足工藝流程控制的需要，另一方面要滿足污水廠管理的需要并按經濟實用的原則。
2.計算機測控管理系統設計
這部分設計又包括兩個方面的內容，即監控系統設計和現場測控層設計。
監控系統設計遵循以下原則：
⑴ 可靠性：選用穩定可靠的工業控制系統產品，硬件上采用備用冗余技術，簡化系統結構，減少出錯環節。所有關鍵設備均選用進口名牌性能價格比高的工業控制產品。
⑵ 先進性：控制系統應技術先進、性能價格比高。
⑶ 靈活性：系統組態靈活，擴展方便，可用性、可維護性好。
⑷ 實時性：控制系統對工況變化適應能力強，控制滯后時間短。
測控系統分為三層，即現場測控層、生產管理層和辦公自動化層。其中，現場測控層與生產管理層之間通過10M/100M工業光纖環網進行數據通信和信息交換，生產管理層與辦公自動化層之間通過10/100M以太網進行數據通信和信息交換。
1.現場測控層
現場測控層直接面向生產過程，是計算機測控管理系統的基礎，它主要由可編程序控制器(PLC)、液晶顯示操作員終端和在線檢測儀表等組成。
現場測控層包括2個PLC分站和1套配電系統電力監控裝置，分別位于配電中心控制室和脫水車間控制室。PLC1分站包括：粗格柵間及進水泵房、細格柵間及沉砂池、紫外線消毒池、二沉池及污泥泵房、改良型氧化溝、變配電系統;PLC2分站包括：脫水車間;配電系統電力監控裝置：配電中心的高壓配電系統、低壓配電系統和直流屏。
現場PLC分站分別接受各自在線檢測儀表傳輸來的模擬量信號，以及電動閘門、水泵電機等設備運行狀態的開關量信號，對各類信號進行處理和運算，實現程序控制和自動調節，并把主要信息向生產管理層主機傳輸，或接受生產管理層主機的指令。配電系統監控裝置負責高壓配電系統的繼電保護、數據采集、傳輸、報警等功能。
現場測控終端主要有以下幾個方面的功能：
數字采集功能：具有模擬量、數字量、脈沖量、狀態量的實時數據采集功能;
數據處理功能：具有數字濾波、數據暫存、冗余備份、事故追憶等功能;
數據顯示功能：能在液晶顯示操作員終端上顯示文字、表格、圖形、曲線及報警，所有顯示全部漢化;
控制輸出功能：具有開關量、模擬量輸出功能;
接收中控室主機的調度命令，并進行相應的操作。
在工程設計中，動力設備除電氣設計中的手動控制方式外，在自動化系統設計中還有三種控制方式，即現場控制、集中控制和自動控制。現場控制是在PLC的操作面板上對設備進行獨立鍵控;集中控制是由中央控制室主機完成對全廠所有工藝電氣設備的控制;自動控制是自動化系統根據各種工藝參數檢測值和狀態，按照預定控制程序自動完成特定功能的控制。三種控制方式可在PLC操作員面板和中控室主機上進行轉換，以滿足實際工作中調試、檢修和自動運行的需要。
2.生產管理層
生產管理層設置于廠區內中心控制室，以操作監控為主要內容，兼有部分管理功能。這一層是面向系統操作員和控制系統工程師的，因此需要配備功能強、手段全的計算機系統，確保系統操作員和系統工程師能對系統進行組態、監視和有效的干預，實現優化控制、自適應控制和模糊控制等功能，保證生產過程正常的運行。
· 工程師站
負責對系統進行離線的配置、組態工作和在線的系統監督、控制、維護。具有硬件配置組態、數據庫組態、控制回路組態、圖形文件組態、趨勢文件組態、顯示方式組態、報表生成組態、操作安全組態以及組態的在線修改等功能，該站必須對網絡系統本身的運行狀態進行監督，一旦發現異常，系統工程師能及時采取應對措施。
· 操作員站
負責為系統的運行操作人員提供良好的人機界面，使操作員可以通過操作站及時了解現場運行情況、各種運行參數的當前值、是否有異常發生等，并通過鍵盤、鼠標等輸入設備對工藝過程進行控制和調節，以保證生產過程的安全、可靠、有效、高質。具體功能如下：監控和管理各區域車間級現場站，實時接收現場站采集的全廠工藝流程參數、配電系統電氣參數和設備運行狀態信號。具有定時巡測、隨機點測、分組召測等功能。同時通過以“自動”或“人一機”對話方式，向各控制分站發送控制指令，對有關設備進行遠程遙控。設定工藝參數越限事故的上下限值、各現場PLC的控制參數。并可檢測、判斷工藝流程中模擬量越限及動力設備出現的故障等事故，若有事故發生時在顯示器上顯示相應的事故狀態，在磁盤上存儲發生事故的時間及部位并在打印機上打印出事故通知單。系統對進水流量，SS，PH，BOD5、COD，生物池溶解氧，出水SS，余氯、COD等重要的參數均設置越限報警功能，一旦發生報警能實時地在中心控制室特定區域發出聲光報警。建立各類實時信息數據庫，該臨時數據庫通過定時轉換程序，送入網絡數據服務器數據庫中。動態顯示全廠工藝流程和各種工藝設備及變配電系統運行參數圖表。同時具有歷史數據處理功能，能繪制各種參數運行曲線，作出趨勢分析，供技術人員分析比較，以便確定最佳運行方案。記錄各種事故報警信號以及發生事故前后系統重要參數的實時波形，并分析事故原因，以便改進控制管理方法，保證出水達標，并提高經濟效益。操作站接有多媒體投影儀，可將監控畫面實時直觀顯示。兩臺操作員站互為備用，備用站兼顧后臺打印機各種生產報表、趨勢圖等各種辦公事務處理和用于科學計算和計算機輔助設計等工作。
3.辦公自動化層
辦公自動化層由污水處理廠綜合樓內的行政管理和有關職能部門的計算機組成，承擔有關的生產管理、技術管理、質量管理、成本控制、行政管理和辦公自動化等方面的工作。
4.與管網污水泵站的通訊
利用城市公共電話通訊網絡，實現污水廠與污水泵站的數據通訊。
5.閉路監控系統
閉路監控系統采用計算機多媒體技術，方便管理人員及時掌握現場情況，實現科學、安全、高效的生產調度及管理。系統由監控中心(位于中心控制室)和前端現場設備(包括攝像機)組成。
監控中心由矩陣主機、數碼錄像機(帶環出)、彩色監視器、多媒體控制管理機、主控鍵盤等組成。
四、結束語
城市生活污水是城市發展過程中的產物,因此我們應提高對城市生活污水的處理力度,以改善不斷惡化的水環境污染趨勢。目前，我國城市污水處理廠的噸水耗電量是發達國家的近兩倍，而運行管理人員數又是其若干倍，因此加強我國污水處理智能控制系統的創新與研究，在現有條件下，在污水處理廠的規劃、設計與建設初期就盡可能的引入智能控制的理念，以保證我國環境保護事業的可持續發展。
參考文獻：
[1]牛學義.濟寧污水處理廠控制系統的特點[J].給水排水， 2000，26(6).
[2]孫增忻.智能控制理論與技術[M].北京：清華大學出版社，1997.
