基于互联网的村镇污水站集群中控模式的探索

信息技术与应用ChinaScience&TechnologyOverview322019年3月下第06期总第306期0引言传统污水处理项目建设的做法是设立一个项目运营公司，配备经理、工艺、设备、化验、财务等管理和技术人员，下设运行值班班组。但村镇污水站处理规模小、而且布点分散，其处理水量一般只有每天几百立方米，最大每天几千立方米，如果按照传统污水处理厂模式进行设计建造，会造成人工成本过高，恶化项目投资收益指标。而且这类点源往往地处偏远，难以吸引和留住高水平值守操作人员，给运行稳定造成挑战。探索推进村镇污水处理的无人化管理运营模式成为研究关注的方向。村镇污水排放的特点是排放的间歇性和水量波动大，污水处理工艺以生化过程为主的特点，决定了大量关键的和主要的工艺过程指标仍然需要依靠实验室化验的方式取得，目前并无成熟的自动化检测技术和传感器产品，也没有公认成熟的自动化控制算法模型。因此污水处理装置如果设计为完全自主的自动控制方式运行，没有人为干预操作，工艺指标的稳定是难以保证的，从而会带来出水水质频繁超标的问题。这对于出水直接排放至自然水体的项目从环保风险控制角度是不可接受的。这个也是污水处理行业自动化程度落后于制造行业的原因。这样就造成了村镇污水处理项目实际落地过程中，独立的村镇污水处理站面临负责任的运维方案收益指标难以吸引投资和低成本运维方案稳定达标排放风险难以接受的两难境地。为了突破这一难题，探寻村镇污水处理项目长期可持续的运营管理模式，受小流域治理点源监管和一些厂家利用互联网实现设备远程技术支持的启发，探索将现代工业自动化技术“集中管理、分散控制”的控制系统构建理念与当前快速发展日益成熟的互联网技术结合，设计构架“基于互联网的中央控制系统”方案，打破传统工厂级中央控制系统的地域空间限制，将若干个地理位置上分散分布的村镇污水处理站，通过互联网组成为一个虚拟的污水处理工厂，建设统一的中央控制系统，各个村镇污水处理站的就地控制系统作为中央控制系统的分布式控制站，虚拟工厂涵盖的地理空间范围为巡查人员利用交通工具每日巡回检查可以覆盖的几十公里区域。1基于互联网的集散型中央控制系统架构方案现代的污水处理工厂普遍使用DCS集散型中央控制系统提高过程控制的自动化水平和运行管理信息化水平，DCS系统采用“危险和控制分散、操作和管理集中”的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。基本组成部分包括过程控制层、过程管理层以及将它们连接起来的通讯网络。传统的工业集散型或分布型控制系统，依赖专门的工业现场总线网络。正是现场总线技术的不断发展，使得监控层和控制层实现了空间的上分离，更进一步发展出分布式就地控制站，这些空间上的分离还只是局限在工厂范围内。传统的远程监控即远程调度和遥控系统基于专线通讯网络实现，专线通讯网络建设需要巨额的投资和漫长的建设周期。工业以太网技术的出现和互联网技术的发展成熟，使得DCS系统监控层与控制层实现突破工厂围墙的空间分离，利用互联网构建低成本的工业以太网，实现远程中控室成为可能。实现“基于互联网的集散型中央控制系统”方案的关键就是解决利用互联网构建工业以太网的实时性和确定性、可靠性、安全性问题。包括互联网可能受到的非法入侵，网络攻击、病毒感染造成的网络堵塞，互联网使用高峰的网络拥堵问题等。以太网的实时性主要是由以下几点来保证:限制通信负荷、提高带宽、采用交换式以太网技术和全双工通信方式屏蔽固有的CSMA/CD机制。要集散型中央控制系统保证高可靠性主要靠三方面措施:一是应用高可靠性的硬件设备;二是广泛采用冗余技术;三是在软件设计上广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。污水处理工艺中最基本的生化过程其控制模型的特征是一个大延时系统，故其对于调节的响应没有很高的实时性要求，互联网的数据传送延时可以满足远程工艺调整对操作响应时间的要求。这是我们在风险可控的情况下探索污水处理远程中控新模式的根本条件。小型污水站集群“基于互联网的集散型中央控制系统”架构为:监控层(位于小型污水站集群区域服务中心的中控室上位机SCADA系统)、控制层(各污水站就地控制系统)和VPN工业以太网。收稿日期:2019-02-11作者简介:李广杰(1969—),男,山西阳泉人,本科,中信环境技术(天津)有限公司副总工程师,研究方向:环境工程工艺控制,运营信息化。基于互联网的村镇污水站集群中控模式的探索李广杰(中信环境技术(天津)有限公司,天津300020)摘要:为了探寻村镇污水处理项目长期可持续的建设运营模式,本文根据村镇污水站处理规模小、站点多、分布分散的特点,在污水站控制系统的架构方面进行了的探索尝试,将现代工业自动化技术与当前快速发展日益成熟的互联网技术结合,针对这类分散分布的小型污水站集群,提出了一种新的“基于互联网的集散型中央控制系统