水处理自动化：优势、技术和智能解决方案

在水利行业中，妥善管理水资源对发展至关重要。人口增长、工业活动和气候变化都使水资源管理变得更加重要。用于污水处理过程的过时人工系统存在可靠性、成本和效率问题。因此，水系统的自动化解决方案不再是可有可无的，而成为了必需品。自动化对于创建经济、可靠和持久的污水处理系统至关重要。

本文将讨论水处理自动化的各个方面。我们将讨论的问题包括水处理自动化的原理、关键技术、水处理自动化的实际效益、实施步骤以及预测中的注意事项。

为什么要实现水处理过程自动化？

水处理行业的自动化为何重要？这不仅仅是采用现代先进技术的问题。这与真正的需求有关。

首先，水质管理和环境保护服务越来越严格。目前已有政策对市政水处理以及工业和城市废水处理进行监控。对于复杂的问题，人的力量是有限的；但是，连续自动调节系统可以控制一切。这就保证了在水处理过程自动化期间，即使是最苛刻的限制条件也能得到遵守。它还能确保系统符合严格的法规要求。

其次，提高工艺效率和降低成本至关重要。水处理厂的能耗通常很高。化学药剂用量的适当与否直接关系到水的处理效果、质量和成本。泵、风扇、阀门和类似设备可以通过自动化系统实现最佳运行。这可以提高能源效率。此外，实时数据可用于添加适当的化学品剂量。这将大大减少化学品的使用。自动化减少了对人工操作的需求，降低了人为错误。这样，人们就可以专注于监控、维护和改进流程，从而更好地工作。

第三，自动化几乎可以为包括企业运营在内的所有行业提供帮助，保证各种系统内工作流程的顺畅和安全维护。需要人工检查的流程需要大量时间来处理，这就有可能造成数小时的运行停机或设备故障。另一方面，自动化系统可以即时检查设备状态。它们会在规定时间内对异常情况发出警告，并发出监管警报。一些先进的系统甚至可以预测问题可能发生的时间。对一线系统的实时远程监督大大减少了危险的现场工作。用于各种废水处理和淡水供应的水处理厂对城市运营至关重要。不能有任何中断，而自动化有助于提高可靠性。

最后，自动化有助于复杂的工作流程和数据处理。现代水处理方法正变得越来越复杂。它们融合了众多物理、化学和生物过程。自动化系统可以协调系统中的各个组成部分，使其协同发挥作用。这就提高了整个系统的性能。此外，此类系统会产生大量数据，必须以最佳方式对其进行收集、存档、分析和展示。这有助于改进流程、排除故障并为未来的管理决策提供依据。

推动水务自动化的关键技术

在水处理自动化中，不同技术的集成至关重要。这些技术是当代水处理设施的 "智能骨骼 "和 "神经系统"。了解核心技术的功能，可使自动化系统发挥最佳作用。

整体监督和控制，以及全面系统控制，实现了现场信息收集、逻辑应用、决策、自动化管理、验证和检查、监测、综合监督和全面系统控制的自动化。每一种系统控制都依赖于一定的技术：

• 传感器和仪器 是系统的 "耳目"。它们能获取水质（如 pH 值、浊度、溶解氧、氯）、流量、压力和水位的实时数据。它们将现场信号转化为数字数据。
• 致动器 是系统的 "肌肉"。它们接收控制信号并使物体运动。例如，它们可以改变阀门位置、启动或停止泵（如化学计量泵）或改变电机速度。
• 可编程逻辑控制器 (PLC) 是现场的 "大脑"。它们利用传感器的数据和内置逻辑快速做出决策，并向执行器发送指令。这使得本地自动控制和安全系统得以运行。
• 监控与数据采集 (SCADA) 系统 是整个水厂或区域的 "中枢神经系统"。它们从 PLC 和现场仪器中收集数据。它们保存、处理和查看数据，并以可视化方式显示数据。操作员还可以通过人机界面 (HMI) 远距离检查和管理。
• 人机界面 (HMI) 是操作员使用自动化系统工作的 "窗口"。它们显示实时数据、流程图片和警告信息。操作员还可以通过它们下达指令。
• 通信网络 是连接所有部件的 "桥梁"。它们确保数据和命令在现场设备、PLC 和 SCADA 系统之间快速、可靠地传输。
• 自动化软件 是编写复杂控制规则、仔细查看数据、制作报告、处理警告和设置整个系统的基础。

每一种技术都有其功能，即对水处理过程进行控制、监测和管理。每项技术都是自动化水厂的基石。IIoT、云计算、大数据等新技术已将上述核心技术发挥得淋漓尽致，并简化了它们的接口。

自动化水处理厂的优势

自动化给水厂带来的优势是可以量化的。

其主要优势在于提高运营效率。自动化通过精确控制流程，最大限度地减少了水、电和化学品等资源的浪费。例如，可以根据出厂水的质量或流量自动调整化学品的用量，从而避免过度使用化学品。这样可以减少开支，并减少产生不必要的副产品。这类似于一个非常谨慎的管理者对资源使用的密切监控。

水标准保持不变，政策得到很好的遵守。自动化系统根据确定的算法和流程模型运行。人为因素不复存在。合规性和细致的记录保存为控制提供了有力的证据。对于阀门等关键控制部件，控制精度的高低对水质和洁净水的供应有很大影响。对于关键液体控制而言，高质量的自动化阀门可确保控制精度，例如 VINCER，该公司专门从事液体控制系统，并获得了 FDA 和 SIL 认证。这对可靠的处理和水标准至关重要。VINCER 曾在海水淡化等具有挑战性的环境中工作，这增强了其在不同水质条件下保障可靠性的能力。

降低运营成本是另一个关键优势。这不仅仅是节省材料。它还包括人员和修理费用。自动化系统可以完成大量重复任务和基本检查。这样，人们就可以专注于观察事物，做出明智的选择，并对设备进行保养。通过使用系统警告和查看数据，可以更快地发现设备问题。这样就可以在设备完全损坏之前进行修复。这就避免了在没有预警的情况下进行昂贵的维修和停止运行。此外，选择既节省成本又可靠的自动化部件，如 VINCER 提供的高性价比自动化阀门，有助于降低项目的初始成本，并随着时间的推移节省成本。在污泥处理阶段等特定领域应用自动化也能产生显著的效益。

整个系统更加可靠，处理问题的能力也更强。自动化系统可实时检测工艺和设备问题，并通过预设的应急协议进行处理，从而将对系统的影响降至最低。通过远程监控，系统专家可以在任何地点提供帮助，从而减少现场出差，加快问题的解决。实施预测性维护有助于实现这种可靠性。最终，这些优势将通过可靠的服务和优质的水质为客户带来更好的体验。

此外，自动化系统还能提供大量数据。通过对这些信息进行仔细评估，管理人员可以更深入地了解运行情况，并发现改进机会。甚至还可以优化流程。这有助于实现可持续发展，促进节水。水处理过程就是这样逐步变得更加智能和高效的。

实施自动化：逐步指南

要实现水处理自动化，需要精心策划，循序渐进。这不是一蹴而就的。

1. 检查需求并制定计划： 首先，您需要仔细研究当前的工厂、处理流程、想要实现的目标、面临的问题以及可以花费的资金。明确自动化的目标。主要是为了节约能源、更好地工作、符合规定，还是其他？在此基础上，制定系统结构的初步计划。
2. 系统设计和部件选择 根据计划，决定自动化系统结构的类型（如集中式或分散式）。选择合适的 PLC、SCADA 软件、传感器、执行器以及其他硬件和软件。在这一阶段，您需要了解不同产品的技术细节、它们的可靠性、与其他部件的配合程度，以及供应商的技术能力和支持水平。
3. 安装和布线： 按照设计图在现场安装设备，为控制柜布线，连接传感器和执行器。这是确保硬件正常工作的关键。
4. 编程和设置： 自动化硬件安装完毕后，编写 PLC 程序、设置 SCADA 系统并设计人机界面屏幕。将过程规则、控制数学、警报级别和数据点输入软件。
5. 测试和启动： 连接所有自动化部件并一起进行测试。检查系统的所有功能、控制规则、警报系统以及数据收集情况。确保系统按计划稳定运行。
6. 员工培训： 对运行和维护水厂的人员进行全面培训。他们需要知道如何使用自动化系统、检查系统、进行日常维护以及解决简单的问题。这是自动化系统取得良好效果的关键。
7. 奔跑与进步 系统开始实际运行后，你需要不断检查它的运行情况。获取反馈意见，并根据实际运行情况进行微小改动，使其达到最佳效果。
8. 持续维护和更新： 自动化系统不是一次性的。它们需要定期检查、软件更新，有时还需要新硬件，以跟上新技术和流程的变化。

每个人都必须密切协调：业主、设计公司、系统制造商和设备供应商。这样才能保证每个环节的质量。

阀门：自动化的关键部件

在自动化水处理系统中，各种类型的阀门作为终端执行器至关重要。在管理受控液体时，它们是自动化的 "手"。无论是流量控制还是加压系统维护、管道开启/关闭或流量调节，每个自动化阀门都必须精确执行所需的功能。

与电动阀门一样，自动化液压动力、气动甚至液体动力机械也能通过自动化促进运动。这些组件接收来自自动化控制系统的信号。因此，阀门可根据要求被指令打开、关闭或中途停止。

水处理中常用的自动阀门包括

阀门类型	主要职能/作用
自动球阀/蝶阀/闸阀	用于打开或关闭管道（停止或允许流动）。
自动控制阀	用于精确控制流量、压力等。
电磁阀	用于小型管道的快速开关控制。

这类阀门的功能直接影响整个自动化系统的速度和精度。自动化阀门的速度慢或不精确都会影响自动化系统的整体性能。因此，为任何特定任务选择的自动化阀门都必须能够经受住各种条件的考验，可靠校准，并与整个系统无缝集成。像 VINCER 这样的优秀自动化阀门制造商了解不同的工作条件，如液体、温度、压力、防锈等。他们还提供特殊的解决方案。他们提供的解决方案的灵活性会随着产品质量和类型的增加而增加，这也会影响控制精度。此类制造商能够提供海水淡化、食品生产、采矿等其他行业的紧急订单。

自动化应用的挑战与解决方案

尽管水处理自动化有很多优点，但将其付诸实施也存在挑战。但我们有办法应对这些挑战。

初始成本高

购买每件硬件、软件及其各自的安装和集成服务都需要大量资金。预算较少的企业或对投资回报率较为谨慎的企业可能会发现这完全是可望而不可及的。

解决方案：考虑逐步实现自动化。优先考虑对提升业务价值至关重要或投资回报率最高的关键系统。同时，选择能以较低价格提供优质自动化部件（如自动化阀门）的供应商。确保自动化投资和管理资本项目投标是这一挑战的关键部分。

与传统系统集成

许多水厂已运行多年。它们的设备和控制系统可能来自不同的制造商，并采用不同的通信协议。这就使新系统与旧系统的集成变得复杂。

选择支持互操作性并有成功合作记录的可自由配置的自动化系统。寻找在复杂系统集成方面拥有丰富经验的领域系统集成合作伙伴。

网络安全风险

自动化系统已与外部网络连接，以优化流程和工作流程。这种连接尤其对针对水利基础设施的网络攻击构成巨大威胁，因为它们对确保公共安全至关重要。

解决方案：启动网络安全防火墙、虚拟专用网络、系统隔离和入侵检测系统，将自动化系统划分为限制访问的区域，以减少漏洞造成的后果。定期进行审计和评估，加强主动防御能力。选择具有内置安全功能的自动化产品，以减少漏洞。

对技术人员的需求

操作和控制复杂的自动化系统需要电力、自动化、仪器仪表和计算机方面的专家。

解决方案：加强对现有员工的培训。同时，雇佣那些拥有多学科专业知识的员工。利用承包商提供的专业技术援助和维护服务。

水处理自动化的未来趋势

水处理自动化正朝着更智能、更互联、更注重持久性的方向发展。

云计算和工业物联网（IIoT）将进一步优化远程监控、数据管理和系统集成。将现场设备与云技术相结合，可实现水资源的远程管理以及地区或大洲之间的数据传输。

人工智能和机器学习将推动水处理技术取得重大进展。预测水质、优化工艺（空气使用、智能化学品注入等）、预测设备故障以及自主解决问题都是人工智能可以实现的目标。这就实现了从合规驱动的机器人流程向主动、会思考的自动化系统的转变。

今后，水处理厂将越来越多地采用数字孪生技术。虚拟副本可以测试不同的控制方法、系统优化、培训操作员和模拟问题情景。在模拟环境中进行测试可大大减少与物理测试相关的危险。

保护隐私将继续成为自动化进步的重要因素。未来，随着系统之间的互联性越来越强，全面的安全措施将成为常态。

选择正确的自动化合作伙伴

水处理自动化既复杂又重要，因此选择合适的合作伙伴非常重要。一个好的自动化合作伙伴不仅仅是销售设备的人。他们是能够在整个项目中提供技术帮助和建议的专家。

在选择合作伙伴时，要仔细观察这些方面：

• 行业经验： 合作伙伴是否拥有丰富的水处理经验？他们是否了解水处理的特殊工艺和规则？
• 技术能力和产品： 他们能否提供一整套可靠的自动化产品和解决方案，并能很好地协同工作？这包括主要控制系统、仪器和自动化阀门等重要部件。
• 服务与支持： 从规划、系统组装、安装、测试到后期维护和培训，他们能否提供帮助？
• 产品质量和可靠性： 他们提供的设备和系统质量高吗？能否在恶劣的水处理条件下长期稳定工作？
• 创新： 合作伙伴是否关注新技术？他们能否为未来提供智能解决方案？
• 成本效益： 价格是否公道，同时还能提供良好的质量和服务？

找到一个具备扎实行业专业知识的合作伙伴，了解您的具体需求，提供物美价廉的定制解决方案，并在自动化阀门等关键领域拥有过硬的技术和优质的产品，是项目取得成功的基础。例如，VINCER 是一家专注于自动化阀门的公司。他们拥有十多年的经验，产品众多（电动和气动控制阀），可以针对不同的工作进行特殊定制（多达 50 种材料选择），并通过了 ISO9001、CE 和 FDA 等国际认证。这有助于他们在保持产品质量和满足复杂需求的同时，提供比其他国家公司更优惠的价格。他们技术精湛的团队和快速的答复（如在 24 小时内为简单的解决方案报价）也有助于确保客户的项目顺利进行。选择这样的合作伙伴，可以帮助客户用更少的钱获得有效、可靠的水处理自动化。

结论

水处理系统自动化既能管理水资源，又能解决当前和未来的水资源挑战。这些系统在提高效率的同时，还能降低运营成本，简化合规流程，并提高工厂的可靠性和安全性。从传感器、SCADA、PLC 到自动控制阀，每项技术和每个组件都有其重要功能。

在实施自动化系统时，必须克服一些障碍。选择合适的自动化合作伙伴、循序渐进的方法和周密的规划可以解决这些问题。展望未来，人工智能和物联网的发展前景将进一步提高水处理过程的自动化水平。

使用自动化系统处理水是一种积极的投资，以保障未来更健康的供水系统。这就好比对地球重要动脉的关键指挥系统进行优化指挥和智能强化，以保障强劲的脉动。