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作者簡介

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。控制信息安全產業聯盟委員，中國自動化學會會員，中國土木工程學會、水工業分會機電委員會委員，成都自動化研究會常務理事、專家咨詢委員會副主任委員、《自動化信息》編委。1987年畢業于上海交通大學自動控制專業，畢業后一直從事自動化專業工作，工作經歷有設計、安裝調試、軟件開發、系統集成等，工作經驗豐富且較為全面，自動化專業技術方面在水處理行業內有一定的影響力。

1　水——充滿敬畏的取來 心懷感激的回饋

水是生命之源，水與我們每時每刻的生活息息相關。我們的飲用水、日常用水取自未被污染的水源，經過多級工藝凈化后，送入千家萬戶。我們用過的廢水，需要經過較為復雜的處理，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——擔負著這一責任，為人與自然架起和諧的橋梁。

2　自動化——默默無聞卻舉足輕重的角色

隨著經濟的快速發展，人們對生活品質的要求不斷提升，同時城市化進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成為焦點，受到廣泛的關注。如何確保水處理設施的安全穩定運行，事關整個城市和區域內的人民生命安全與社會穩定。

自來水是我們日常生活中接觸最多的水，現代的自來水工業發展歷史悠久，在中國可以追溯到19世紀下半葉，在歐美更早，這是一個發展非常成熟的行業，改革開放以后，在大量引入外資的同時，也將歐美的先進的水處理工藝和設備帶到中國，經過大約三十年的大規模建設和發展，中國的自來水廠的工藝技術水平與國外的差距已經越來越小，尤其是一些大中型城市的中大規模水廠，已與國外不相上下，其中自動化專業技術擔當著默默無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環節：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。

每一個工藝子過程都有不同的選擇，設備與自動化的水平是一個需要著重考慮的因素。

濾池是常規凈水工藝的最后一個環節，濾池的工作狀況直接影響水廠出水的水質，濾池的效率也會關系到能源和成本，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，由法國德利滿公司引入中國的，以其高效、穩定、出水水質優良而迅速推廣開來，但由于他的結構比之前的無閥濾池、虹吸濾池、移動罩濾池等都要復雜，設備種類和數量也多不少，單格運行時需要做到恒水位運行，反洗再生時又需要多格公用設備沖洗風機和水泵的聯動配合，過程也較為復雜，有一定規模的水廠濾格很多，如果完全由人工操作完成的話，不僅勞動強度大，而且很難滿足水質水量的要求，而自動控制系統作為V型濾池的標配，最初也是隨著整套工藝裝置和設備同時引進的。

凈水過程中，絮凝劑、助凝劑等藥劑的投加也是關鍵的環節，投加是為了去除水中的雜質，投加量不足起不到作用，投加量過大既很浪費，又使水中增添了新的物質，自動控制在這個過程中必不可少，加氯消毒過程的道理也是一樣。近年來，為了進一步的提高出水水質，國家還頒布了新的飲用水標準，對出廠水的水質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也增加了后端深度處理，如超濾膜、活性炭過濾的工藝過程等，其工藝設備和運行過程都對自動化有著更多地依賴。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途徑。

污水處理的過程也基本是這種情況，典型的處理過程有：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，每個環節都對自動控制有著各類的要求，尤其生化池，是整個污水處理過程中，最能決定效果的工藝構筑物，同時也是能耗最大的環節，集中了各類工藝設備和水質監測儀表的控制場合，曝氣量的控制決定了出水水質的主要指標是否達到排放標準，同時對提高效率降低能耗也起著重要作用。另外，污水廠的固體廢物，污水污泥的消化和焚燒是一個更為復雜的工藝過程，對自控的依賴性更強。

總之，現代水處理工藝過程與自動控制技術已經密不可分，在先進工藝的選擇上，起著決定性的作用。

3　自主的風格——消化、吸收、拓展、創新、提高

二十世紀九十年代隨著中國從國外引進各類新的水處理工藝技術的同時，世界各大著名控制設備廠商也著陸中國，以PLC控制器為控制主體，工業控制局域網為通訊鏈條的水廠控制系統，便由此逐漸形成并得到廣泛應用。現今看到的各控制站最初隨工藝設備全套引進，而整個系統和網絡的結構，是由國內的技術人員和國際知名控制設備生產廠家反復交流溝通，并吸收了化工、冶金、電力等自動化應用更為深入更為廣泛的行業經驗，經過消化吸收以后，結合水處理行業——大水量、大滯后、模糊性的特點，并對國外的控制模式做了相應的的改進，形成了自己的風格，到目前為止，就控制系統的合理性與先進性這一個方面來講，作為后來應用者，我們并不在歐美的水平之下。

市政水處理行業自動化的內容和范圍已經有較大的拓展，就凈水廠和污水處理廠而言，涵蓋了：生產過程自動化系統、過程控制儀表及在線水質監測儀表、全廠閉路電視監控安防系統、門禁、考勤與巡更系統、全廠網絡布線及信息化系統等。網絡結構也由原來的現場總線發展到多層次復雜結構的光纖環網，并通過無線通訊延伸至移動設備（如：吸泥行車、行走式刮泥機等）和廠外遠端控制站，水源地、取水泵站、加壓泵站、管網監測點、污水排放口收集水質流量監測、污水管網監測、污水中途提升泵站等等。閉路電視監控系統，也由原來的模擬系統逐步發展到了網絡數字系統，從部分關鍵點的設置發展到幾乎無死角的全面監控，自動化技術的應用在市政水處理行業已經發展到一個非常繁榮的階段了。

4　問題與困難——挑戰與機遇

從整體的行業發展水平來看，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量限制，外圍機械設備的故障較多，也與工廠自身的維護保養跟不上有關。總體說來，一線城市的中大規模的凈水廠、污水廠運行情況尚可，二線城市的次之，區縣一級的小規模水廠、污水廠的自動化很難正常運行起來，水處理的效果也很不穩定。隨著國家農村飲用水安全工程實施，這方面的需求也將進一步地提高和展開。

從目前的趨勢來看，水處理廠的建設往更多數量、更廣區域、更加小型化的方向發展，一方面在每個項目中自動化系統的投資額會受到限制，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，操作運行人員數量有限，一個管理人員有可能要兼顧數個處理廠，過程自動化與遠程監控成為必須考慮的工程內容。然而，有一定專業技術技能的維修人員更是缺乏，運行交付使用后自動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，或者未經有效處理的污水排入水體。如何解決這些問題呢？

建設時如何選擇最適合的系統結構與設備選型，是首先要考慮的問題，系統既不能象大型水處理廠那樣的高、大、全，也必須達到基本的自動化運行和管理的要求。從另一個角度出發，在行業內制定相對統一的標準，將單個工程內容轉化成成熟的批量產品，是一個降低工程成本、縮短工程進度的有效途徑，這需要建設方、使用方、設計方、設備生產廠家以及施工方共同努力、協調配合，才能得以推動，當然也會給一些行動在前的企業帶來優厚的商機。

生產運行過程中，逐步嘗試、推廣、完善設備和控制系統，社會化、專業化的維護保養服務體系，大幅降低水處理企業聘用專業維修技術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量水平。即使是一線城市的大中型水處理廠、要能留住有一定專業技術水平的維修人員，都是比較困難，雖然能勉強解決待遇問題，也缺少更多更廣的才能發揮空間，這與化工、冶金和電力等行業有一定的差距。而對于偏遠的、小規模的水處理企業，幾乎不可能有符合要求的專業技術人員能夠長期任職，這給專業化的區域運保公司帶來了新的機遇。當然，要形成一個良性互動的產業還有較長的路要走。

市政行業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，自動化的應用在這幾個方面還剛剛起步。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，自動化技術可以發揮的潛力巨大。

5　前景——努力向前推進

說到前景，信息化建設是熱門話題，是在各種場合都被反復提及的一個概念，去年我接受《自動化博覽》采訪時有一段概括性的描述，也有一些不同角度的詳細論述見諸各個媒體雜志，這里不再展開討論，我僅就如何有步驟推進市政信息化建設提一些個人的看法和建議。

首先，信息化的方案應與管理模式緊密結合。

從目前的情況來看，市政行業多數信息化的項目，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有發揮應有的作用。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相結合，信息化系統的運行與企業生產管理流程的運行互不相干，或者說關聯度不夠。現有的數據采集系統所能得到的信息遠遠大于過去的人工報表，其實時性非常強，可以用來指導和改進生產運行過程的手段非常豐富，國內外也有一些生產流程的模型可以借鑒，但目前多數水處理企業卻是將SCADA信息中心，僅僅作為一個集中的操作顯示界面，而更多的功能還遠遠沒有展示出來。

可以舉一個簡單形象的例子談一下信息化的作用。自動化系統少不了檢測儀表，水行業中普遍都要使用的就是水質分析儀表，這些儀表基本需要進口價格昂貴，且需要經常性定期與不定期維護，維護過程也會有多種不同的要求，當然日常維護的內容一般并不復雜，普通運行人員經過簡單培訓都能勝任，但是隨著時間的推移，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被逐漸的忽視和遺忘，維護人員也會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，儀表一經安裝，交付時可將其所有資料導入系統，同時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，也會根據參數曲線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，同時系統根據維護前后的實時參數曲線對比，給出評判的參考意見，并將流程推送給監督者予以確認。

在節能降耗方面，長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、物耗與出水水質之間實際的對應關系，不僅能為運營者隨時提供改進生產調度參數設置的參考和依據，同時也為今后的新項目建設與改造工程的設計，提供非常詳實可靠的經驗數據，是工藝改進與技術創新的基礎。

信息化就是通過融合自動化系統的實時數據與其他方式獲得的各種經驗數據，借助軟件工具發現和總結其運行規律，用于指導我們工程設計、建設以及生產運營，通過完善可靠的自動化系統去執行，以實現不斷改進、不斷降低能耗物耗、不斷降低勞動強度，持續提高自然資源和社會資源的利用率，進一步地提高出水水質，以滿足人們日益提高的生活水平要求。

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

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、供水管網、用水企業、排污企業、污水管網、污水泵站、污水處理廠、雨水管網、雨水泵站等，除了能對這些市政設施進行監控和管理以外，對所有排放主體的全面監管，量化這些企業的污染排放，完全杜絕偷排、亂排、超標排放，才是問題的關鍵。信息化管理和監控提供了行之有效的途徑和手段，所能發揮的作用將逐步顯現出來，并且會越來越不可缺少。

同時，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方面的功能：

（1）實現有效的預警。當一個地區的生活水源發生突發污染，或者出現一個對周邊及下游環境能造成嚴重污染的事件，現代工業通訊技術可以將遠端水源檢測的數據，或者突發污染點的數據，及時上報到生產指揮調度中心，使整個應對過程有盡量多的預反應時間。

（2）多機構的快速聯動。一個突發污染事件發生之后，需要多個行政部門、機構以及相關企業的綜合聯動，信息化以及通訊技術的應用，可以使這個過程變得更為快速、更為有效。

（3）相關實時信息的全方位收集與快速匯總，可以使整個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和機構，將責任落實到具體的人和具體的時間，實現最全面的整體聯動。

6　對“十三五”規劃的建議

市政行業直接關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，把所實現的功能，作為分步驟實施中每個階段的目標，把中心建設的規模和檔次作為指導性意見，把聯動運行的效果，以及系統長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，實際應用卻遲遲不能發揮作用。

信息中心的建設，應從以下幾個方面予以落實：

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

（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事件。

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

（4）逐步開放相應的門戶網站，讓更多的社會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業性很強，生產運營企業和相關的管理部門設立一個維護團隊，有較大的困難且專業水平會受到制約，同時系統需要根據實際的管理流程經常性地調整，以及不斷地升級改進，建立社會化的專業維護運行機制，是必然趨勢。鼓勵從事市政公共事業的企業以及相關管理部門，引入社會化、專業化的運行維護服務，提高系統的完好率，降低運營維護成本，從政策上扶持從事專業維護服務的企業，最終形成良性互動，促其健康發展，提高整個社會的資源利用效率。

信息化的發展帶來了巨大的效益，同時信息安全問題也逐步凸顯出來，市政公共事業的特點就是范圍廣涉及面寬，隨著信息化技術廣泛和深入的應用，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。

而作為自動化專業人員，與最前沿的科學技術相伴，在各個行業和領域內承擔著越來越舉足輕重的責任，要努力成為行業技術與社會進步的推動者和引領者。

摘自《自動化博覽》2015年11月增刊