作者：張蓉 文章來源： 發布時間：2011-05-20
圖1 Wolfgang Babel博士 科隆德國KROHNE Water Solution GmbH 咨詢顧問，二十余年水分析儀表行業經驗
編者按：智能化已經進入了我們生產生活的各個領域，那么被人類視為“生命之源”的水行業智能化的現狀如何？水工業領域的企業對于自動化儀器儀表的應用情況怎樣？有哪些亟待解決的問題？本期“智能水廠”的專題中，我們特別邀請了關注水行業的自動化儀器儀表企業，共同探討如何幫助企業實現“智能化水廠”。
目前中國水處理領域的自動化技術應用情況如何？有哪些亟待解決的問題？
科隆公司*：因為不同的國家有不同的儀表標準，所以不同的國家有不同自動化水平。我們認為中國整體的分析儀表的自動化水平還處在中等偏下的水平。
1.儀表使用上的問題。
有些水廠/污水廠幾乎沒有任何儀表，所有的處理都只是依靠經驗和慣例在進行。有的水廠裝了很多自動化的儀表，但是這些儀表經常出錯，顯示錯誤的測量值。
究其原因，通常是因為：
（1） 探頭或測量回路沒有正確維護，比如探頭經常被綠藻等覆蓋，而得不到及時的清潔。再例如濕式化學法分析儀經常會遇到試劑用完而沒有及時補充的情況。再或者轉換器沒有得到足夠的防護，受到過多的高溫日曬或低溫冷凍。
（2） 還有很多儀表的安裝位置是不合適的甚至是錯誤的。例如將溶解氧探頭安裝在曝氣池的角落，沒有足夠的流量來接觸探頭。有時候探頭的安裝還會出現另一個問題：就是安裝的角度或沉入的深度不夠，導致測量會受水流表面氣泡的干擾。同樣不合適的安裝還會受到外界光線的干擾，比如日光。
圖2 Thomas Roemer 科隆德國KROHNE Water Solution GmbH 產品經理，十年儀表行業經驗
2.儀表設計和選型的問題。
在儀表選型時，同樣也要根據所需的精度和相關規范來進行，比如測量銨氮、硝氮的離子選擇性電極法和化學法。還有一個更嚴重的問題是，很多水廠/污水廠使用的探頭表現出來的靈敏性與廠家樣本上所描述的相差很多。樣本上所體現出來的數據可能是在非常理想的狀態下測試出來的。而真正用戶現場的條件卻沒有被測試過。另外一些轉換器和附件的設計也稍顯多余。試想，在一個特定的處理流程中，一個單獨的測量點（如曝氣池、二沉池、出口、進口等）
怎么會需要一個可以連接16個探頭的轉換器呢？
3.各個不同的供應商的產品協調問題。
各個供應商的儀表操作界面差異很大，儀表的連接也各不相同，缺少通用性和標準化。另一方面，真正水工業市場上通用的總線連接形式卻很少。儀表廠家通常有廠家專用的總線，如IQ網和不同的Modbus協議。4~20mA、HART、Profibus DP、以太網等是非常通用的連接。但是沒有任何一個供應商可以提供一個帶完整的開放的標準協議的產品系列。每一個轉換器都只是一個孤立的回路。給操作者的使用帶來了很大的不便。
針對上述問題，我們認為可行的解決辦法主要有如下幾個：
1. 在污水處理廠/水廠里面的分析儀表測量需求各不相同。因此根據客戶理化性質測量的需求來合理的安裝測量探頭是十分重要的。同時保證測量回路的穩定性和一致性也是非常重要的，因為如果僅僅為了使用儀表而安裝一個儀表，那么只會對水處理過程帶來干擾而不是幫助。操作人員應當對儀表的使用接受相關的培訓，尤其是日常維護，維修和備件更換方面。學習如何使用自動化儀表的知識是現階段急需解決的，否則僅僅花錢買儀表，而不進行維護，是不負責的花錢方式。
2. 儀表連接到PLC或DCS上應當有一個通用的通信策略，這是非常有必要的，因為對于化學分析的參數來說，有那么多不同的參數需要測量和監控，上傳數據的穩定性必須得到保證。而其他的工業行業都有重要的通信指導方針。不同供應商產品的人機操作界面應該遵循一個標準的規則，這樣對于實際操作者來說可以減少操作這些儀表時帶來的困擾和困難。
3. 樣本和廣告中產品的性能和精度的表述應該嚴肅認真地對待，不應該出現誤導客戶的情況。
陳凱：中國水處理行業領域的自動化技術應用還處于起步階段。現在行業中領先的清一色都是進口品牌和歐美的設備集成商。中國集成商要想進入高端市場還需要在系統穩定性和工藝上進一步提高。否則僅僅以價格優勢只能在低端市場徘徊。
樊慧芳：現在新建的水廠都采用SCADA/DCS系統，分散控制，集中管理的方案。在現有SCADA/DCS的基礎上，針對水處理行業的特點，不同的工藝流程，集成計算機技術、信息技術、自動化技術、網絡技術的方案，極大地促進了污水處理廠運行管理效率，污水處理效率，大大降低運行費用。
您如何看待水處理領域智能化的發展趨勢及自動化技術的市場前景？
科隆公司：水行業中的儀表市場的需求在未來會不斷增長，因為節能的需要和最優化的處理流程的需要，量身定做的儀表是水行業必須的。同樣由于污染不斷加重，出于保護環境的目的，所以我們需要細心地保護我們的資源。
水資源是未來最重要的資源之一，已經成為全世界和全行業都關注的重點。有效地進行水處理需要先進的儀表來檢測，因此分析儀表的需求會隨時間的增長而成比例地增長。之所以分析儀表的增長將會超過物理參數測量儀表（如流量，壓力），是因為物理參數測量儀表的市場已經趨于飽和了。水廠/污水廠的工作人員若想提升工廠處理流程的效率，必定選擇使用在線分析儀表來進行檢測。
圖3 陳凱 歐智博德儀器儀表（上海）有限公司總經理
另外對所有用戶和代理商的培訓也是必須的，他們需要了解儀表的原理和操作，因為畢竟儀表供應鏈的最后一步是操作者，只有操作者才能控制所有的高科技產品。如果最終用戶不懂原理或者不會進行控制，那么無論再高端的技術都是一文不值的。
綜上所述，未來的自動化市場必定是分析儀表高速發展的市場，也是水行業最終用戶的技術水平突飛猛進的一個時期。
陳凱： 隨著國家節能減排的政策力度越來越強，水處理行業對于自動化控制技術的需求正迅速提升。
在吸取國外先進理念和技術的同時，國內的企業不斷研發具有自主知識產權的系統設備，在控制成本的同時更加放眼于系統的穩定和高效。中國水處理的智能化發展已近在眼前。通過通信協議和無線通信實現的無人值守模式將是發展趨勢。
樊慧芳：水處理行業智能化的趨勢是必然的，這不僅提高水廠運行的效率，同時智能設備的自診斷功能，能實現系統故障的快速定位，給及時排除問題提供了條件，大大降低了維護的成本。
水務局對于水廠和相關泵站的信息需要統一監測，這就需要將水廠及供水管網的監控信息統一到一個平臺下。隨著信息技術的不斷集成，整個水廠以及無人值守的泵站，不再有信息的孤島，現場設備的信息都能集成到統一的信息平臺下。在這個統一的信息平臺下，不僅在PC上可以實現網頁的發布，在控制器上也能實現簡單網頁的發布，計算機、智能手機都能通過INTRANET/INERNET隨時訪問到網頁服務器發布的信息和數據。
貴公司有哪些產品可以應用于水處理行業，為企業解決哪些實際問題？
科隆公司：科隆公司現在可以給水行業和污水行業提供一個完整的產品線。其中包含了一款通用型的轉換器MAC100，它是一款科隆標準的轉換器，與科隆的流量和液位產品有著相同外觀，相同的操作平臺，相同的人機界面，相同的服務概念和相同的通信方式，如HART 4~20mA，Profibus DP，FF，PA和Modbus。所以那些熟悉科隆流量儀表的客戶使用科隆的分析儀表時就會覺得非常熟悉，容易上手。因此前面提到的一些問題就已經迎刃而解了。
在水行業我們可以提供：用于監控過濾情況和出廠水情況的濁度儀；用來檢測飲用水消毒效果的余氯測量系統；檢測水質的pH/ ORP電極；電導率測量——包括感應電導率和接觸式電導率測量；其他消毒參數，例如：二氧化氯、臭氧、過氧化氫等。
在水廠的任何一個處理流程，進口、反應池、沉淀池、砂濾池、臭氧化或氯化消毒和出口，我們都能提供相應的分析測量系統，包括探頭，安裝支架，和高性價比的轉換器。
圖4 樊慧芳 貝加萊工業自動化（上海）有限公司PA技術部經理
在污水處理廠中我們可以提供：進口處的pH和電導率檢測；耐污染的pH探頭用于工業污水的中和；二沉池中光學法污泥液位計，測量不受漂浮層影響，使污泥處理更高效；在出口，可測量pH值，并且可用90°散射光法測量出廠水濁度，符合ISO和EPA標準。曝氣池中我們可以提供：光學法和極譜法的溶解氧探頭，同時探頭可以再生；180°吸收光測量原理的固體懸浮物探頭，測量不受污泥顏色影響；曝氣池中銨氮和硝氮的測量，用于減少能耗，優化污泥質量。我們還可以提供精確的電導率探頭用于冷卻水測量，ORP測量用于反滲透的質量控制。
科隆提供的測量儀表的優勢包括：最優化的擁有成本；自清潔作用可以顯著的延長維護周期（余氯AAM1100，濁度OAM1050，固體懸浮物探頭，溶解氧探頭等）；電極壽命極長（如無膜的余氯探頭壽命最長可達3年）；用戶的維護成本減少；流量儀表和分析儀表采用一樣的設計理念，使用戶在使用、維護時更加簡便；在節約成本和保護健康的前提下，提供方便而安全的校驗，如濁度儀OAM1050的校驗標準瓶可重復使用；減少能源消耗，使生產成本節省最優化；保護環境，減少試劑消耗；一站式購物，減少中間環節和多個供應商。
陳凱：我們的平齊式壓力變送器DMP331P，各類LMK/LMP系列的投入式液位計以及經濟型壓力變送器26.600G都可以在水處理行業中的前處理、罐體液位測量、開放水域液位監控等多種工況下應用。穩定的產品性能、高性價比受到行業用戶的一致好評。
樊慧芳：貝加萊公司提供的自控系統整體的解決方案：從生產工藝流程和工藝環節來考慮，全廠自控系統由取水自控子系統、配投藥自控子系統、沉淀排泥自控子系統、濾池自控子系統、消毒自控子系統、送水泵房自控子系統、高低壓配電監控子系統、水廠中心控制室等子系統組成。
現場的水處理設備越來越智能，與這些設備的互連，不是簡單通過數字量信號，模擬量信號來交互，往往這些智能設備需要通過開放的現場總線互連，貝加萊產品的開放性在這方面應用得游刃有余，主流的現場現線，如MODBUS，CAN，DEVICENET，PROFIBUS DP，自由的通信接口RS232/RS485，主流的工業實時以太網總線，如POWERLINK，MODBUS UDP/TCP，ETHERNET IP等，都能很方便靈活地接入貝加萊的控制系統中。
在取水泵機組、回收泵機組、提升泵機組采用變頻的控制方式，大大降低了能耗，加入了流量的調節，也大大提高了不同水處理工藝的控制要求和水處理的效率。
