作者簡(jiǎn)介

劉衛民，男，現任中國市政工程西南設計研究總院有限公司第十設計研究院總工程師?？刂菩畔踩a(chǎn)業(yè)聯(lián)盟委員，中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )會(huì )員，中國土木工程學(xué)會(huì )、水工業(yè)分會(huì )機電委員會(huì )委員，成都自動(dòng)化研究會(huì )常務(wù)理事、專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì )副主任委員、《自動(dòng)化信息》編委。1987年畢業(yè)于上海交通大學(xué)自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)，畢業(yè)后一直從事自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工作，工作經(jīng)歷有設計、安裝調試、軟件開(kāi)發(fā)、系統集成等，工作經(jīng)驗豐富且較為全面，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)方面在水處理行業(yè)內有一定的影響力。

1　水——充滿(mǎn)敬畏的取來(lái) 心懷感激的回饋

水是生命之源，水與我們每時(shí)每刻的生活息息相關(guān)。我們的飲用水、日常用水取自未被污染的水源，經(jīng)過(guò)多級工藝凈化后，送入千家萬(wàn)戶(hù)。我們用過(guò)的廢水，需要經(jīng)過(guò)較為復雜的處理，達到排放標準以后，才能重新回到自然的水體中。我們從大自然獲取資源，滋養著(zhù)我們的生命，我們回饋給自然的，也應該是感激和敬畏之心。市政水處理行業(yè)——擔負著(zhù)這一責任，為人與自然架起和諧的橋梁。

2　自動(dòng)化——默默無(wú)聞卻舉足輕重的角色

隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對生活品質(zhì)的要求不斷提升，同時(shí)城市化進(jìn)程促使大量的人口聚集，對水的集中需求也使市政水處理行業(yè)成為焦點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注。如何確保水處理設施的安全穩定運行，事關(guān)整個(gè)城市和區域內的人民生命安全與社會(huì )穩定。

自來(lái)水是我們日常生活中接觸最多的水，現代的自來(lái)水工業(yè)發(fā)展歷史悠久，在中國可以追溯到19世紀下半葉，在歐美更早，這是一個(gè)發(fā)展非常成熟的行業(yè)，改革開(kāi)放以后，在大量引入外資的同時(shí)，也將歐美的先進(jìn)的水處理工藝和設備帶到中國，經(jīng)過(guò)大約三十年的大規模建設和發(fā)展，中國的自來(lái)水廠(chǎng)的工藝技術(shù)水平與國外的差距已經(jīng)越來(lái)越小，尤其是一些大中型城市的中大規模水廠(chǎng)，已與國外不相上下，其中自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)擔當著(zhù)默默無(wú)聞卻舉足輕重的角色。

傳統的凈水工藝主流程一般有這幾個(gè)環(huán)節：取水泵站、配水井、預沉池、沉淀池、濾池、清水池、送水泵房，配合主工藝流程的輔助設施有：加氯消毒（設備）間、藥劑投加（設備）間、污泥濃縮脫水（設備）間等。

每一個(gè)工藝子過(guò)程都有不同的選擇，設備與自動(dòng)化的水平是一個(gè)需要著(zhù)重考慮的因素。

濾池是常規凈水工藝的最后一個(gè)環(huán)節，濾池的工作狀況直接影響水廠(chǎng)出水的水質(zhì)，濾池的效率也會(huì )關(guān)系到能源和成本，目前用的最主流的工藝形式就是V型濾池，這是80年代后期，由法國德利滿(mǎn)公司引入中國的，以其高效、穩定、出水水質(zhì)優(yōu)良而迅速推廣開(kāi)來(lái)，但由于他的結構比之前的無(wú)閥濾池、虹吸濾池、移動(dòng)罩濾池等都要復雜，設備種類(lèi)和數量也多不少，單格運行時(shí)需要做到恒水位運行，反洗再生時(shí)又需要多格公用設備沖洗風(fēng)機和水泵的聯(lián)動(dòng)配合，過(guò)程也較為復雜，有一定規模的水廠(chǎng)濾格很多，如果完全由人工操作完成的話(huà)，不僅勞動(dòng)強度大，而且很難滿(mǎn)足水質(zhì)水量的要求，而自動(dòng)控制系統作為V型濾池的標配，最初也是隨著(zhù)整套工藝裝置和設備同時(shí)引進(jìn)的。

凈水過(guò)程中，絮凝劑、助凝劑等藥劑的投加也是關(guān)鍵的環(huán)節，投加是為了去除水中的雜質(zhì)，投加量不足起不到作用，投加量過(guò)大既很浪費，又使水中增添了新的物質(zhì)，自動(dòng)控制在這個(gè)過(guò)程中必不可少，加氯消毒過(guò)程的道理也是一樣。近年來(lái)，為了進(jìn)一步的提高出水水質(zhì)，國家還頒布了新的飲用水標準，對出廠(chǎng)水的水質(zhì)監測和控制有了更加嚴格的要求，一些應對水源污染的措施比如活性炭、高錳酸鉀的投加，有需求且有條件的大中城市的水廠(chǎng)也增加了后端深度處理，如超濾膜、活性炭過(guò)濾的工藝過(guò)程等，其工藝設備和運行過(guò)程都對自動(dòng)化有著(zhù)更多地依賴(lài)。另外，取水泵和供水泵的合理調度與控制，也是確保供水安全，提高能源效率的一個(gè)途徑。

污水處理的過(guò)程也基本是這種情況，典型的處理過(guò)程有：粗格柵、污水提升泵房、細格柵、沉沙池、初沉池、生化曝氣池、二沉池、污泥處理（設備）間等，每個(gè)環(huán)節都對自動(dòng)控制有著(zhù)各類(lèi)的要求，尤其生化池，是整個(gè)污水處理過(guò)程中，最能決定效果的工藝構筑物，同時(shí)也是能耗最大的環(huán)節，集中了各類(lèi)工藝設備和水質(zhì)監測儀表的控制場(chǎng)合，曝氣量的控制決定了出水水質(zhì)的主要指標是否達到排放標準，同時(shí)對提高效率降低能耗也起著(zhù)重要作用。另外，污水廠(chǎng)的固體廢物，污水污泥的消化和焚燒是一個(gè)更為復雜的工藝過(guò)程，對自控的依賴(lài)性更強。

總之，現代水處理工藝過(guò)程與自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)密不可分，在先進(jìn)工藝的選擇上，起著(zhù)決定性的作用。

3　自主的風(fēng)格——消化、吸收、拓展、創(chuàng )新、提高

二十世紀九十年代隨著(zhù)中國從國外引進(jìn)各類(lèi)新的水處理工藝技術(shù)的同時(shí)，世界各大著(zhù)名控制設備廠(chǎng)商也著(zhù)陸中國，以PLC控制器為控制主體，工業(yè)控制局域網(wǎng)為通訊鏈條的水廠(chǎng)控制系統，便由此逐漸形成并得到廣泛應用?，F今看到的各控制站最初隨工藝設備全套引進(jìn)，而整個(gè)系統和網(wǎng)絡(luò )的結構，是由國內的技術(shù)人員和國際知名控制設備生產(chǎn)廠(chǎng)家反復交流溝通，并吸收了化工、冶金、電力等自動(dòng)化應用更為深入更為廣泛的行業(yè)經(jīng)驗，經(jīng)過(guò)消化吸收以后，結合水處理行業(yè)——大水量、大滯后、模糊性的特點(diǎn)，并對國外的控制模式做了相應的的改進(jìn)，形成了自己的風(fēng)格，到目前為止，就控制系統的合理性與先進(jìn)性這一個(gè)方面來(lái)講，作為后來(lái)應用者，我們并不在歐美的水平之下。

市政水處理行業(yè)自動(dòng)化的內容和范圍已經(jīng)有較大的拓展，就凈水廠(chǎng)和污水處理廠(chǎng)而言，涵蓋了：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統、過(guò)程控制儀表及在線(xiàn)水質(zhì)監測儀表、全廠(chǎng)閉路電視監控安防系統、門(mén)禁、考勤與巡更系統、全廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)及信息化系統等。網(wǎng)絡(luò )結構也由原來(lái)的現場(chǎng)總線(xiàn)發(fā)展到多層次復雜結構的光纖環(huán)網(wǎng)，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊延伸至移動(dòng)設備（如：吸泥行車(chē)、行走式刮泥機等）和廠(chǎng)外遠端控制站，水源地、取水泵站、加壓泵站、管網(wǎng)監測點(diǎn)、污水排放口收集水質(zhì)流量監測、污水管網(wǎng)監測、污水中途提升泵站等等。閉路電視監控系統，也由原來(lái)的模擬系統逐步發(fā)展到了網(wǎng)絡(luò )數字系統，從部分關(guān)鍵點(diǎn)的設置發(fā)展到幾乎無(wú)死角的全面監控，自動(dòng)化技術(shù)的應用在市政水處理行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)非常繁榮的階段了。

4　問(wèn)題與困難——挑戰與機遇

從整體的行業(yè)發(fā)展水平來(lái)看，我們與國外的差距還是相當大的，主要表現為管理水平較為落后，人員職責不清晰，受到國內的制造水平和質(zhì)量限制，外圍機械設備的故障較多，也與工廠(chǎng)自身的維護保養跟不上有關(guān)?？傮w說(shuō)來(lái)，一線(xiàn)城市的中大規模的凈水廠(chǎng)、污水廠(chǎng)運行情況尚可，二線(xiàn)城市的次之，區縣一級的小規模水廠(chǎng)、污水廠(chǎng)的自動(dòng)化很難正常運行起來(lái)，水處理的效果也很不穩定。隨著(zhù)國家農村飲用水安全工程實(shí)施，這方面的需求也將進(jìn)一步地提高和展開(kāi)。

從目前的趨勢來(lái)看，水處理廠(chǎng)的建設往更多數量、更廣區域、更加小型化的方向發(fā)展，一方面在每個(gè)項目中自動(dòng)化系統的投資額會(huì )受到限制，另一方面，在投入運行以后的矛盾也很突出。這些分散的、小規模的水處理廠(chǎng)，操作運行人員數量有限，一個(gè)管理人員有可能要兼顧數個(gè)處理廠(chǎng)，過(guò)程自動(dòng)化與遠程監控成為必須考慮的工程內容。然而，有一定專(zhuān)業(yè)技術(shù)技能的維修人員更是缺乏，運行交付使用后自動(dòng)化系統由于缺乏日常的維護保養，甚至是缺乏正確的運行常識，陸陸續續的退出，最終全部癱瘓。結果就是，水處理的質(zhì)量得不到保證，緊缺的水資源、能源的利用率下降，水處理的成本得不到合理的控制，致使飲用水的安全存在隱患，或者未經(jīng)有效處理的污水排入水體。如何解決這些問(wèn)題呢？

建設時(shí)如何選擇最適合的系統結構與設備選型，是首先要考慮的問(wèn)題，系統既不能象大型水處理廠(chǎng)那樣的高、大、全，也必須達到基本的自動(dòng)化運行和管理的要求。從另一個(gè)角度出發(fā)，在行業(yè)內制定相對統一的標準，將單個(gè)工程內容轉化成成熟的批量產(chǎn)品，是一個(gè)降低工程成本、縮短工程進(jìn)度的有效途徑，這需要建設方、使用方、設計方、設備生產(chǎn)廠(chǎng)家以及施工方共同努力、協(xié)調配合，才能得以推動(dòng)，當然也會(huì )給一些行動(dòng)在前的企業(yè)帶來(lái)優(yōu)厚的商機。

生產(chǎn)運行過(guò)程中，逐步嘗試、推廣、完善設備和控制系統，社會(huì )化、專(zhuān)業(yè)化的維護保養服務(wù)體系，大幅降低水處理企業(yè)聘用專(zhuān)業(yè)維修技術(shù)人員及其配套設施設備的成本，提高設備和系統維護保養的質(zhì)量水平。即使是一線(xiàn)城市的大中型水處理廠(chǎng)、要能留住有一定專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平的維修人員，都是比較困難，雖然能勉強解決待遇問(wèn)題，也缺少更多更廣的才能發(fā)揮空間，這與化工、冶金和電力等行業(yè)有一定的差距。而對于偏遠的、小規模的水處理企業(yè)，幾乎不可能有符合要求的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員能夠長(cháng)期任職，這給專(zhuān)業(yè)化的區域運保公司帶來(lái)了新的機遇。當然，要形成一個(gè)良性互動(dòng)的產(chǎn)業(yè)還有較長(cháng)的路要走。

市政行業(yè)范圍還包括城市防澇系統、市政道路交通、城市地下綜合管廊等等，自動(dòng)化的應用在這幾個(gè)方面還剛剛起步。雨水收集、初級雨水處理、雨水排的利用、雨水泵站等設施的監控，市政道路的監控與智能化交通管理，地下綜合管廊的各項參數的監測與監控，自動(dòng)化技術(shù)可以發(fā)揮的潛力巨大。

5　前景——努力向前推進(jìn)

說(shuō)到前景，信息化建設是熱門(mén)話(huà)題，是在各種場(chǎng)合都被反復提及的一個(gè)概念，去年我接受《自動(dòng)化博覽》采訪(fǎng)時(shí)有一段概括性的描述，也有一些不同角度的詳細論述見(jiàn)諸各個(gè)媒體雜志，這里不再展開(kāi)討論，我僅就如何有步驟推進(jìn)市政信息化建設提一些個(gè)人的看法和建議。

首先，信息化的方案應與管理模式緊密結合。

從目前的情況來(lái)看，市政行業(yè)多數信息化的項目，停留在信息采集和集中顯示與儲存上，大量的信息數據并沒(méi)有發(fā)揮應有的作用。主要原因就是未能將信息化的建設與現有管理模式的改進(jìn)相結合，信息化系統的運行與企業(yè)生產(chǎn)管理流程的運行互不相干，或者說(shuō)關(guān)聯(lián)度不夠?，F有的數據采集系統所能得到的信息遠遠大于過(guò)去的人工報表，其實(shí)時(shí)性非常強，可以用來(lái)指導和改進(jìn)生產(chǎn)運行過(guò)程的手段非常豐富，國內外也有一些生產(chǎn)流程的模型可以借鑒，但目前多數水處理企業(yè)卻是將SCADA信息中心，僅僅作為一個(gè)集中的操作顯示界面，而更多的功能還遠遠沒(méi)有展示出來(lái)。

可以舉一個(gè)簡(jiǎn)單形象的例子談一下信息化的作用。自動(dòng)化系統少不了檢測儀表，水行業(yè)中普遍都要使用的就是水質(zhì)分析儀表，這些儀表基本需要進(jìn)口價(jià)格昂貴，且需要經(jīng)常性定期與不定期維護，維護過(guò)程也會(huì )有多種不同的要求，當然日常維護的內容一般并不復雜，普通運行人員經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓都能勝任，但是隨著(zhù)時(shí)間的推移，人員崗位的變化，以及設備眾多管理維護量大，某些設備或者儀表的日常維護可能會(huì )被逐漸的忽視和遺忘，維護人員也會(huì )常常記不起基本的維護流程，失去日常維護的儀表，其可靠性、準確性及使用壽命大幅降低，這種現象在大多水處理企業(yè)非常普遍。

而信息化的管理模式可以改變這種狀況，儀表一經(jīng)安裝，交付時(shí)可將其所有資料導入系統，同時(shí)將指定的維護責任人和監督人一并輸入系統，系統定期將需要維護的提示信息推送到責任人和監督人的終端上，并告知其維護所需的材料和流程，也會(huì )根據參數曲線(xiàn)不定期的給出建議性維護提示，維護人完成相應的工作后，上傳維護前后的照片，同時(shí)系統根據維護前后的實(shí)時(shí)參數曲線(xiàn)對比，給出評判的參考意見(jiàn)，并將流程推送給監督者予以確認。

在節能降耗方面，長(cháng)期記錄的所有歷史數據，結合嵌入系統內的各種信息化工具，找出能耗、物耗與出水水質(zhì)之間實(shí)際的對應關(guān)系，不僅能為運營(yíng)者隨時(shí)提供改進(jìn)生產(chǎn)調度參數設置的參考和依據，同時(shí)也為今后的新項目建設與改造工程的設計，提供非常詳實(shí)可靠的經(jīng)驗數據，是工藝改進(jìn)與技術(shù)創(chuàng )新的基礎。

信息化就是通過(guò)融合自動(dòng)化系統的實(shí)時(shí)數據與其他方式獲得的各種經(jīng)驗數據，借助軟件工具發(fā)現和總結其運行規律，用于指導我們工程設計、建設以及生產(chǎn)運營(yíng)，通過(guò)完善可靠的自動(dòng)化系統去執行，以實(shí)現不斷改進(jìn)、不斷降低能耗物耗、不斷降低勞動(dòng)強度，持續提高自然資源和社會(huì )資源的利用率，進(jìn)一步地提高出水水質(zhì)，以滿(mǎn)足人們日益提高的生活水平要求。

當然要實(shí)現這些功能，有大量的具體工作要做，一方面信息化專(zhuān)業(yè)人員應詳細深入地了解企業(yè)或職能部門(mén)運行管理的過(guò)程，作出清晰合理的整體解決方案，提出必要的建議，另一方面生產(chǎn)運營(yíng)企業(yè)或部門(mén)的管理者也要從自身的角度出發(fā)，積極調整內部的管理體制適應信息化管理的方向，同時(shí)在之后的管理應用過(guò)程中，始終堅持不懈地改進(jìn)和推動(dòng)。

在城市或區域性供、排水和城鎮防澇方面，范圍包括：水源地、凈水廠(chǎng)、供水管網(wǎng)、用水企業(yè)、排污企業(yè)、污水管網(wǎng)、污水泵站、污水處理廠(chǎng)、雨水管網(wǎng)、雨水泵站等，除了能對這些市政設施進(jìn)行監控和管理以外，對所有排放主體的全面監管，量化這些企業(yè)的污染排放，完全杜絕偷排、亂排、超標排放，才是問(wèn)題的關(guān)鍵。信息化管理和監控提供了行之有效的途徑和手段，所能發(fā)揮的作用將逐步顯現出來(lái)，并且會(huì )越來(lái)越不可缺少。

同時(shí)，信息中心的建設是保障安全性的必要支撐，城市或區域信息化管理中心在保證安全性方面有一下幾個(gè)方面的功能：

（1）實(shí)現有效的預警。當一個(gè)地區的生活水源發(fā)生突發(fā)污染，或者出現一個(gè)對周邊及下游環(huán)境能造成嚴重污染的事件，現代工業(yè)通訊技術(shù)可以將遠端水源檢測的數據，或者突發(fā)污染點(diǎn)的數據，及時(shí)上報到生產(chǎn)指揮調度中心，使整個(gè)應對過(guò)程有盡量多的預反應時(shí)間。

（2）多機構的快速聯(lián)動(dòng)。一個(gè)突發(fā)污染事件發(fā)生之后，需要多個(gè)行政部門(mén)、機構以及相關(guān)企業(yè)的綜合聯(lián)動(dòng)，信息化以及通訊技術(shù)的應用，可以使這個(gè)過(guò)程變得更為快速、更為有效。

（3）相關(guān)實(shí)時(shí)信息的全方位收集與快速匯總，可以使整個(gè)應對策略與具體措施更為正確更為合理。

（4）多種應急預案可供調用，指揮中心下達的指令可以最快速、最有效、最準確地到達所有的執行部門(mén)和機構，將責任落實(shí)到具體的人和具體的時(shí)間，實(shí)現最全面的整體聯(lián)動(dòng)。

6　對“十三五”規劃的建議

市政行業(yè)直接關(guān)系到民生與城市安全，希望在新的“十三五”規劃中，加快研究和實(shí)施，各大中城市以及區域性，市政綜合信息化管理中心的建設，把所實(shí)現的功能，作為分步驟實(shí)施中每個(gè)階段的目標，把中心建設的規模和檔次作為指導性意見(jiàn)，把聯(lián)動(dòng)運行的效果，以及系統長(cháng)期運行的完好率作為考核指標，避免投資上去了、平臺建立了，實(shí)際應用卻遲遲不能發(fā)揮作用。

信息中心的建設，應從以下幾個(gè)方面予以落實(shí)：

（1）對主要的污染排放企業(yè)，實(shí)施全面的實(shí)時(shí)監控，包括用電量、用水量、污水排放量、污水排放水質(zhì)，實(shí)現有效的數據模型比對，一旦出現異常情況，可以進(jìn)行突擊檢查。

（2）建立健全應急反應機制，利用信息中心平臺快速有效處理所有涉及安全的突發(fā)事件。

（3）利用信息平臺的大數據，得到工藝過(guò)程各參數之間關(guān)聯(lián)，用于指導今后的規劃與技術(shù)革新。

（4）逐步開(kāi)放相應的門(mén)戶(hù)網(wǎng)站，讓更多的社會(huì )人士了解和參與市政規劃與建設。

當然，信息平臺的運行與維護的專(zhuān)業(yè)性很強，生產(chǎn)運營(yíng)企業(yè)和相關(guān)的管理部門(mén)設立一個(gè)維護團隊，有較大的困難且專(zhuān)業(yè)水平會(huì )受到制約，同時(shí)系統需要根據實(shí)際的管理流程經(jīng)常性地調整，以及不斷地升級改進(jìn)，建立社會(huì )化的專(zhuān)業(yè)維護運行機制，是必然趨勢。鼓勵從事市政公共事業(yè)的企業(yè)以及相關(guān)管理部門(mén)，引入社會(huì )化、專(zhuān)業(yè)化的運行維護服務(wù)，提高系統的完好率，降低運營(yíng)維護成本，從政策上扶持從事專(zhuān)業(yè)維護服務(wù)的企業(yè)，最終形成良性互動(dòng)，促其健康發(fā)展，提高整個(gè)社會(huì )的資源利用效率。

信息化的發(fā)展帶來(lái)了巨大的效益，同時(shí)信息安全問(wèn)題也逐步凸顯出來(lái)，市政公共事業(yè)的特點(diǎn)就是范圍廣涉及面寬，隨著(zhù)信息化技術(shù)廣泛和深入的應用，系統一旦遭遇攻擊、或者被盜用，其危害結果無(wú)法想象，極有可能是災難性的。我們希望新的規劃能對信息安全建設給予足夠的重視，未雨綢繆。

而作為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人員，與最前沿的科學(xué)技術(shù)相伴，在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域內承擔著(zhù)越來(lái)越舉足輕重的責任，要努力成為行業(yè)技術(shù)與社會(huì )進(jìn)步的推動(dòng)者和引領(lǐng)者。

摘自《自動(dòng)化博覽》2015年11月增刊