李啟飛 馬培舜
(昆明市城市排水公司）

1 污水處理廠運行狀況

　　據有關資料，我國目前巳建成投人生產運行的污水處理廠，自動控制監測技術，大致有幾種情況：一種情況是建立中央控制室，中控室雙機熱備系統通過通信介質（如雙絞線、光纖等）連接廠內各PLC控制子站；各RLC控制子站控制現場的儀器儀表執行機構，從而達到監測控制的目的；第二種情況是在各污水處理廠直接通過各PLC子站控制各現場的儀器儀表；第三種情況是由于建廠時間較早或經費投人不足；廠內沒有控制系統。無論何種情況，由于采用的設備和技術參差不齊，給污水處理廠的生產運行、管理受到不同程度的影響，嚴重情況影響出水水質；甚至水廠停產，有待于采用新的自動控制技術，對污水處理廠自動控制系統進行改造、改建、甚至重建，以滿足污水處理廠生產運行的需要；同時國家宏觀經濟建設政策明確提出，要廣泛推廣科學技術在各行各業的應用，用計算機信息技術、通信技術等高科技技術，提升改造傳統產業，朝著生產過程自動化、管理信息化、高質量、高效率、節能的方向發展，污水處理行業亦不例外，迫切需要采用計算機信息、通信、自動化控制等高科技技術，結合污水處理行業各種處理工藝，提升改造傳統污水處理廠的生產、管理等工作；其次。計算機軟件技術、通信技術、自動化控制技術、各種傳感器、智能儀器儀表的飛速發展，也為污水處理行業生產、管理自動化、信息化提供了強有力的技術和產品支持。

2 參考模型

　　參考模型示意圖如圖1-1所示。

　　建立污水處理廠監控中心，污水處理廠監控中心負責污水處理廠生產運行的監測監控；同時將有關信息上傳到有關職能管理部門，通過有線和無線的方式實現監控中心和各個污水處理廠信息的交換傳輸。根據污水處理廠性質、所屬部門及監控中心職能和具體情況；可分二種模式模式一：污水處理廠監控中心只對污水處理廠進行監測；生產控制由各污水處理廠在廠內完成。例如環保部門或有關政府職能部門所屬的此類監控中心，為了有效地監測工礦企業或其它可產生污染源企事業污水處理廠運行，可以考慮采取這種模式。模式二：污水處理廠監控中心對污水處理廠監測監控，直接控制各污水處理廠的生產及運行。例如專一或主要從事污水處理的企業及部門，有多座污水處理廠，綜合經濟效益和社會效益，可以考慮采取這種模式。
　　二種模式具體模型如下：
　　（1）、污水處理廠生產流程及控制監測點
　　污水處理有多種工藝，各污水處理廠采用的污水處理工藝、設備、土建工程、地理環境等不同，但處理的流程及控制點是有共性的。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。根據該工藝流程圖，在全面考慮的情況下，污水處理廠自動控制流程回如圖13所示。從圖上可知，自動控制系統設計模型考慮了污水處理生產控制的可能環節。

　　根據工藝流程、控制點及現場設備的安裝地理環境，采用先進的管理控制技術，系統分為控制層、監控層、管理層三層進行監測和控制。控制層分若干個PLC子站（本圖為三個）分別對廠內設備、及監測點進行控制、監測，采集信號，控制生產設備；監控層，在廠內設中心控制室，對于獨立運行的污水處理廠，中控室有二個功能，一是監控全廠的整個生產過程，二是將有關污水處理廠的運行狀況上傳污水處理廠監控中心；對于由污水處理廠監控中心直接監測控制運行的污水處理廠；將有關污水處理廠的運行狀況及有關信息上傳污水處理廠監控中心，將污水處理廠監控中心執行指令下傳各PLC，由PLC控制各現場儀器及儀表；管理層主要在污水處理廠監控中心完成。系統同時還充分考慮特殊情況下的現場手動控制。
　　控制范圍包括進水閘門進入水量、閘門緊急關閉設備進行相應的控制；除渣機粗隔柵和細隔柵控制；污水提升泵站恒速及調速泵控制；除砂機控制；初次沉淀池設備包括刮泥機、排泥泵、泡沫去除設備等，重點考慮排泥泵控制；曝氣地設備控制，由于污水中污染物的去除主要在曝氣池中完成，因此曝氣池的運行狀況在某種程度上決定了整個處理系統的處理效果。向曝氣池供氧所需的運行費用也占總運行費用的很大比重。影響曝氣地運行的因素很多，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；曝氣池的自動控制對整個處理系統來說是至關重要的，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、間歇定時排泥控制、定污泥齡控制、隨機排泥控制；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時器控制排泥泵的啟動與停止、用計時器和預置計數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、脫水機控制。
　　（2）、污水處理廠監控中心
　　污水處理廠監控中心的作用主要是監視或監控制遠方各個現場污水處理廠的生產運行；同時將各個污水處理廠生產運行狀況等信息上傳有關管理部門，同時考慮未來工作的可擴展性，應選用以下設備：高性能交換機、高性能雙機熱備服務器、工業控制計算機、高清晰度彩色顯示器、針式打印機、不間斷電源、管理計算機、激光打印機、工作臺、文件柜、轉椅，消耗品、大屏幕投影屏、工業鍵盤、連接各污水處理廠的通信設備等。同時建成網絡系統，如圖1-4所示。
　　（3）、網絡結構及通信
　　污水監控網絡系統為以太網，根據控制污水處理廠的數量及傳輸信息量；并充分考慮將來發展需要，可以設計為1000M以太網或100M以太網，主干網速率100M以上，主要由三個子系統構成。監控中心網絡系統（如圖1-4所示）、現場監控網絡系統（如圖1-3所示）及各污水處理廠和監控中心通信系統。
　　各污水處理廠和監控中心通信系統網絡及通信方式很多，從大類上分無線和有線二種類型，可根據監控污水處理廠的數量、傳輸的信息量、系統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、公共數據網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，中心到各個污水處理廠的速率可達到100M以上，完全可以滿足網絡通信的要求；無線：包括電臺、微波、擴頻微波及衛星。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到2M以上，最新產品可達11M，在污水處理廠數量不多、傳輸信息量相對少的情況下，也可以滿足系統網絡通信的要求。有條件的地區，也可以選擇公用信息通道。作出最終選擇時；要根據具體情況，綜合投資及使用性價比綜合考慮。
　　（4）、操作系統選型及開發工具的選擇
　　常見的操作系統有WINDWOS、WIX、LINUX等，選擇操作系統須考慮多種因素，主要看是否能使系統穩定的運行，操作系統之上的開發工具及軟件是否易于開發、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得到廣泛應用，可作為首選。對一個工業自動化系統，其軟件的開發與所采用的硬件是密切相關的。比如，用某一型號的PLC 則要用廠家提供的一套開發軟件，用梯形圖等方法來開發其應用控制軟件；用某一DCS系統，則要用該廠家提供的一套組態軟件來進行其應用控制軟件的開發。因此，在選用系統硬件時，必須考慮它的開發軟件是否方便地用在使用它的自動化系統中。目前；DCS集散控制系統的上位機開發運行平臺有多家，如：FIX，InTouch,　WIZCON，PARAGON TNT等。下位機編程軟件有Concept、OptoControl。WJZCON是PC Soft國際有限公司的產品，主要用于工業過程控制自動化組態軟件的開發運行平臺。WIZCO N具有全漢化版本，具有較好的人機界面。WIZCON是一個開放的環境，可以與第三方軟件進行數據交換。Wonderware公司的InTouch，是業界較領先的工業過程控制自動化組態平臺；可提供一個查看控制和信息資源的單一的集成的視圖，使工程師、監督員、管理員和操作員通過表示生產過程的圖形顯示，進行監視并按運營狀況作出反應。

　　Inyouchd的主要特點是面向對象的圖形；易于配置的應用程序，意味著更快的開發節奏；動畫鏈接；分布式報警，這種功能可以同時支持多個報警服務器或“提供者”；InTouch 7.0包含了應用程序測覽器，該測覽器可以實現各組件對象的分層顯示。InTonch的性能價格比較優秀，目前在許多行業獲得了成功的運用。
　　綜上所述；上位機開發軟件選用 Wonderware 的InTonch是一明智的選擇。下位機開發軟件的選擇一定要考慮它的下位機選型而定，根據PLC的立品型號、性能確定。
　　(5)污水處理廠監控系統軟件
　　①計算機監控管理程序主要功能及設計思想
　　A：操作與監控
　　主要是對污水處理廠數據采集及控制自動化系統的控制參數設置；完成數據采集及控制自動化系統的組態；監控生產作業過程，包括顯示控制過程畫面和實時數據，顯示系統總體框圖；繪制重要參數的變化趨勢圖；顯示重要設備的工作狀態；歷史數據的統計分析和存儲；輔助管理日常生產業務，提供訣策參考。
　　B：事故報警
　　生產過程中的檢測量超標時，系統自動報警顯示，并通過報警打印機打印輸出，形成記錄文件；生產過程中的自動狀態下的控制設備發出故障信號或失去控制時，系統自動報警顯示；并通過報警打印機打印輸出。形成記錄文件；報警數據自動存儲以備事后分析。

　　C：數據存檔和生產報表
　　系統自動生成日報表、月報表和統計報表，通過報表打印機打印輸出，形成生產記錄文件，并且文檔可由EXCEL或其它電子表格軟件進行自定義處理；具有時間和事件控制存檔；可與其他 WindowS程序進行動態數據交換。
　　② OI人機操作界面設計思想
　　A：人機操作界面是整個系統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現。通過其獨有的動畫功能、語音功能向監控中心的操作員展示各個數據采集及控制自動化系統實時的、全面的、歷史的工作過程，方便操作員監控任務的圓滿完成。
　　B：OI 中所設計的任何一副畫面都是由對象組成。每個對象都有其屬性。系統運行時，各個畫面中不同對象所發揮的作用都是將對象的各種屬性進行必要的設置或與相應屬性控制函數進行必要的鏈接來實現的，整個操作界面為層次漸進風格。
　　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、超載或關閉）等；第二層為各個污水處理廠逼真的、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、其各個設備的總體狀態（正常、超載或故障）等；第三層為污水處理廠中各個具體設備的工作狀態、歷史記錄顯示，控制窗口提供對該設備啟動／關閉及維護等控制。每一層都通過雙擊進人，即在第一層雙擊某污水處理廠進人第二層，在第二層雙擊某設備進人第三層。
　　③污水處理廠監控中心軟件具體功能設計
　　污水處理廠監控中心軟件所要實現的主要功能是對下屬各個污水處理廠的運行情況進行監視和控制。
　　A：監視和記錄各個污水處理廠的工作參數，主要包括人口污水流量和出口達標凈水流量；集水池的液位、液位報警；粗格柵系統上下游液位差、液位差報警；細格柵系統上下游液位差、液位差報警；進水泵站處的H₂S泄漏參數；生化反應地厭氧池的PH值、好氧池的溶解氧量及鼓風機氣體流量值；鼓風機房氣體出口壓力值，鼓風機軸承溫度和潤滑油溫度；污泥池的液位；污泥濃縮和脫水機房的污泥流量。
　　B：設備運作狀態，主要包括每臺泵的電機運轉情況，包括所用泵的號碼、啟／停狀態、電機溫度、電機工作；電流和電壓、電機報警；軟啟動器的工作狀態，包括正常或故障、啟/停、報警。流量計、液位計、PH檢測計等的維修狀態。
　　C：各個信息的歷史記錄，主要包括設備（泵、軟啟動器等）運行時間、故障次數、原因及維修記錄；各個污水處理廠的日或月處理水量的統計；污水處理廠內各個設備的運作調度記錄。
　　D：按模式二所設計及建立的污水處理廠監控中心，直接控制各污水處理廠的生產及運行，直接下達實時控制指令，控制下屬污水處理廠的工作：主要包括開啟／關閉某個污水處理廠的運作；啟／停某個污水處理廠內某臺設備（優先級高于污水處理廠的部門級控制中心）；下達非實時性控制或維護指令，指導下屬污水處理廠的輔助工作，包括設備檢修等。

　　E：將污水處理廠生產及運行的各種信息，甚至主要關鍵設備的運行狀況，按各類管理部門需要上傳有關部門。
　　（6）人員培訓
　　在開發過程中，要分層次對各類使用人員進行培訓，以保證系統建成后，能及時穩定投入生產的運行。

3 產生的效益

　　通過建立污水處理廠監控中心，實現污水處理廠生產運行的遠程監測或監控，預計可產生如下效益：
　　（1）建立污水處理廠監控中心，建成以PLC、工控計算機、管理計算機、服務器、計算機網絡及各類軟件系統為核心的污水處理廠實時管理控制系統，自動監測或監控污水處理廠設備及生產運行，達到污水處理廠遠程監測或監控自動化、管理信息化。
　　（2）建立污水處理廠遠程監控系統，污水處理廠內自動化控制及技術水平得到全面顯著提升，可以安全、可靠地實現各種復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，同時減輕勞動強度，提高工作效率和效益。
　　（3）使污水處理廠生產運行及管理產生質的變化；部門職能發生轉變，剝減冗余部門及人員，部門優化重組減員增效。
　　（4）通過建立污水處理廠遠程監測、監控系統，實現對各污水處理廠內設備的有效調度和控制，節約能耗，實現增效。
　　（5）建立污水處理廠監控中心達到各污水處理廠管理的輿中監測或監控，在污水處理廠監控中心和主管職能部門，能及時方便地了解掌握污水處理廠的生產和運行情況，實現對污水處理廠的有效管理和實時監督特別是對一些需要強化監督管理的工礦企業污染源等污水處理廠，效果尤其顯著。

4 結束語

　　本文針對我國城市污水處理廠遠程監控系統開發建設，提出建立系統的參考模型和有關技術。這個參考模型提出了城市污水處理廠遠程監控系統實現的手段和技術方法，希望能對我國城市污水處理廠遠程監測或監控系統開發建設提供有益的參考。