作者简介

刘卫民，男，现任中国市政工程西南设计研究总院有限公司第十设计研究院总工程师。控制信息安全产业联盟委员，中国自动化学会会员，中国土木工程学会、水工业分会机电委员会委员，成都自动化研究会常务理事、专家咨询委员会副主任委员、《自动化信息》编委。1987年毕业于上海交通大学自动控制专业，毕业后一直从事自动化专业工作，工作经历有设计、安装调试、软件开发、系统集成等，工作经验丰富且较为全面，自动化专业技术方面在水处理行业内有一定的影响力。

1　水——充满敬畏的取来 心怀感激的回馈

水是生命之源，水与我们每时每刻的生活息息相关。我们的饮用水、日常用水取自未被污染的水源，经过多级工艺净化后，送入千家万户。我们用过的废水，需要经过较为复杂的处理，达到排放标准以后，才能重新回到自然的水体中。我们从大自然获取资源，滋养着我们的生命，我们回馈给自然的，也应该是感激和敬畏之心。市政水处理行业——担负着这一责任，为人与自然架起和谐的桥梁。

2　自动化——默默无闻却举足轻重的角色

随着经济的快速发展，人们对生活品质的要求不断提升，同时城市化进程促使大量的人口聚集，对水的集中需求也使市政水处理行业成为焦点，受到广泛的关注。如何确保水处理设施的安全稳定运行，事关整个城市和区域内的人民生命安全与社会稳定。

自来水是我们日常生活中接触最多的水，现代的自来水工业发展历史悠久，在中国可以追溯到19世纪下半叶，在欧美更早，这是一个发展非常成熟的行业，改革开放以后，在大量引入外资的同时，也将欧美的先进的水处理工艺和设备带到中国，经过大约三十年的大规模建设和发展，中国的自来水厂的工艺技术水平与国外的差距已经越来越小，尤其是一些大中型城市的中大规模水厂，已与国外不相上下，其中自动化专业技术担当着默默无闻却举足轻重的角色。

传统的净水工艺主流程一般有这几个环节：取水泵站、配水井、预沉池、沉淀池、滤池、清水池、送水泵房，配合主工艺流程的辅助设施有：加氯消毒（设备）间、药剂投加（设备）间、污泥浓缩脱水（设备）间等。

每一个工艺子过程都有不同的选择，设备与自动化的水平是一个需要着重考虑的因素。

滤池是常规净水工艺的最后一个环节，滤池的工作状况直接影响水厂出水的水质，滤池的效率也会关系到能源和成本，目前用的最主流的工艺形式就是V型滤池，这是80年代后期，由法国德利满公司引入中国的，以其高效、稳定、出水水质优良而迅速推广开来，但由于他的结构比之前的无阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池等都要复杂，设备种类和数量也多不少，单格运行时需要做到恒水位运行，反洗再生时又需要多格公用设备冲洗风机和水泵的联动配合，过程也较为复杂，有一定规模的水厂滤格很多，如果完全由人工操作完成的话，不仅劳动强度大，而且很难满足水质水量的要求，而自动控制系统作为V型滤池的标配，最初也是随着整套工艺装置和设备同时引进的。

净水过程中，絮凝剂、助凝剂等药剂的投加也是关键的环节，投加是为了去除水中的杂质，投加量不足起不到作用，投加量过大既很浪费，又使水中增添了新的物质，自动控制在这个过程中必不可少，加氯消毒过程的道理也是一样。近年来，为了进一步的提高出水水质，国家还颁布了新的饮用水标准，对出厂水的水质监测和控制有了更加严格的要求，一些应对水源污染的措施比如活性炭、高锰酸钾的投加，有需求且有条件的大中城市的水厂也增加了后端深度处理，如超滤膜、活性炭过滤的工艺过程等，其工艺设备和运行过程都对自动化有着更多地依赖。另外，取水泵和供水泵的合理调度与控制，也是确保供水安全，提高能源效率的一个途径。

污水处理的过程也基本是这种情况，典型的处理过程有：粗格栅、污水提升泵房、细格栅、沉沙池、初沉池、生化曝气池、二沉池、污泥处理（设备）间等，每个环节都对自动控制有着各类的要求，尤其生化池，是整个污水处理过程中，最能决定效果的工艺构筑物，同时也是能耗最大的环节，集中了各类工艺设备和水质监测仪表的控制场合，曝气量的控制决定了出水水质的主要指标是否达到排放标准，同时对提高效率降低能耗也起着重要作用。另外，污水厂的固体废物，污水污泥的消化和焚烧是一个更为复杂的工艺过程，对自控的依赖性更强。

总之，现代水处理工艺过程与自动控制技术已经密不可分，在先进工艺的选择上，起着决定性的作用。

3　自主的风格——消化、吸收、拓展、创新、提高

二十世纪九十年代随着中国从国外引进各类新的水处理工艺技术的同时，世界各大著名控制设备厂商也着陆中国，以PLC控制器为控制主体，工业控制局域网为通讯链条的水厂控制系统，便由此逐渐形成并得到广泛应用。现今看到的各控制站最初随工艺设备全套引进，而整个系统和网络的结构，是由国内的技术人员和国际知名控制设备生产厂家反复交流沟通，并吸收了化工、冶金、电力等自动化应用更为深入更为广泛的行业经验，经过消化吸收以后，结合水处理行业——大水量、大滞后、模糊性的特点，并对国外的控制模式做了相应的的改进，形成了自己的风格，到目前为止，就控制系统的合理性与先进性这一个方面来讲，作为后来应用者，我们并不在欧美的水平之下。

市政水处理行业自动化的内容和范围已经有较大的拓展，就净水厂和污水处理厂而言，涵盖了：生产过程自动化系统、过程控制仪表及在线水质监测仪表、全厂闭路电视监控安防系统、门禁、考勤与巡更系统、全厂网络布线及信息化系统等。网络结构也由原来的现场总线发展到多层次复杂结构的光纤环网，并通过无线通讯延伸至移动设备（如：吸泥行车、行走式刮泥机等）和厂外远端控制站，水源地、取水泵站、加压泵站、管网监测点、污水排放口收集水质流量监测、污水管网监测、污水中途提升泵站等等。闭路电视监控系统，也由原来的模拟系统逐步发展到了网络数字系统，从部分关键点的设置发展到几乎无死角的全面监控，自动化技术的应用在市政水处理行业已经发展到一个非常繁荣的阶段了。

4　问题与困难——挑战与机遇

从整体的行业发展水平来看，我们与国外的差距还是相当大的，主要表现为管理水平较为落后，人员职责不清晰，受到国内的制造水平和质量限制，外围机械设备的故障较多，也与工厂自身的维护保养跟不上有关。总体说来，一线城市的中大规模的净水厂、污水厂运行情况尚可，二线城市的次之，区县一级的小规模水厂、污水厂的自动化很难正常运行起来，水处理的效果也很不稳定。随着国家农村饮用水安全工程实施，这方面的需求也将进一步地提高和展开。

从目前的趋势来看，水处理厂的建设往更多数量、更广区域、更加小型化的方向发展，一方面在每个项目中自动化系统的投资额会受到限制，另一方面，在投入运行以后的矛盾也很突出。这些分散的、小规模的水处理厂，操作运行人员数量有限，一个管理人员有可能要兼顾数个处理厂，过程自动化与远程监控成为必须考虑的工程内容。然而，有一定专业技术技能的维修人员更是缺乏，运行交付使用后自动化系统由于缺乏日常的维护保养，甚至是缺乏正确的运行常识，陆陆续续的退出，最终全部瘫痪。结果就是，水处理的质量得不到保证，紧缺的水资源、能源的利用率下降，水处理的成本得不到合理的控制，致使饮用水的安全存在隐患，或者未经有效处理的污水排入水体。如何解决这些问题呢？

建设时如何选择最适合的系统结构与设备选型，是首先要考虑的问题，系统既不能象大型水处理厂那样的高、大、全，也必须达到基本的自动化运行和管理的要求。从另一个角度出发，在行业内制定相对统一的标准，将单个工程内容转化成成熟的批量产品，是一个降低工程成本、缩短工程进度的有效途径，这需要建设方、使用方、设计方、设备生产厂家以及施工方共同努力、协调配合，才能得以推动，当然也会给一些行动在前的企业带来优厚的商机。

生产运行过程中，逐步尝试、推广、完善设备和控制系统，社会化、专业化的维护保养服务体系，大幅降低水处理企业聘用专业维修技术人员及其配套设施设备的成本，提高设备和系统维护保养的质量水平。即使是一线城市的大中型水处理厂、要能留住有一定专业技术水平的维修人员，都是比较困难，虽然能勉强解决待遇问题，也缺少更多更广的才能发挥空间，这与化工、冶金和电力等行业有一定的差距。而对于偏远的、小规模的水处理企业，几乎不可能有符合要求的专业技术人员能够长期任职，这给专业化的区域运保公司带来了新的机遇。当然，要形成一个良性互动的产业还有较长的路要走。

市政行业范围还包括城市防涝系统、市政道路交通、城市地下综合管廊等等，自动化的应用在这几个方面还刚刚起步。雨水收集、初级雨水处理、雨水排的利用、雨水泵站等设施的监控，市政道路的监控与智能化交通管理，地下综合管廊的各项参数的监测与监控，自动化技术可以发挥的潜力巨大。

5　前景——努力向前推进

说到前景，信息化建设是热门话题，是在各种场合都被反复提及的一个概念，去年我接受《自动化博览》采访时有一段概括性的描述，也有一些不同角度的详细论述见诸各个媒体杂志，这里不再展开讨论，我仅就如何有步骤推进市政信息化建设提一些个人的看法和建议。

首先，信息化的方案应与管理模式紧密结合。

从目前的情况来看，市政行业多数信息化的项目，停留在信息采集和集中显示与储存上，大量的信息数据并没有发挥应有的作用。主要原因就是未能将信息化的建设与现有管理模式的改进相结合，信息化系统的运行与企业生产管理流程的运行互不相干，或者说关联度不够。现有的数据采集系统所能得到的信息远远大于过去的人工报表，其实时性非常强，可以用来指导和改进生产运行过程的手段非常丰富，国内外也有一些生产流程的模型可以借鉴，但目前多数水处理企业却是将SCADA信息中心，仅仅作为一个集中的操作显示界面，而更多的功能还远远没有展示出来。

可以举一个简单形象的例子谈一下信息化的作用。自动化系统少不了检测仪表，水行业中普遍都要使用的就是水质分析仪表，这些仪表基本需要进口价格昂贵，且需要经常性定期与不定期维护，维护过程也会有多种不同的要求，当然日常维护的内容一般并不复杂，普通运行人员经过简单培训都能胜任，但是随着时间的推移，人员岗位的变化，以及设备众多管理维护量大，某些设备或者仪表的日常维护可能会被逐渐的忽视和遗忘，维护人员也会常常记不起基本的维护流程，失去日常维护的仪表，其可靠性、准确性及使用寿命大幅降低，这种现象在大多水处理企业非常普遍。

而信息化的管理模式可以改变这种状况，仪表一经安装，交付时可将其所有资料导入系统，同时将指定的维护责任人和监督人一并输入系统，系统定期将需要维护的提示信息推送到责任人和监督人的终端上，并告知其维护所需的材料和流程，也会根据参数曲线不定期的给出建议性维护提示，维护人完成相应的工作后，上传维护前后的照片，同时系统根据维护前后的实时参数曲线对比，给出评判的参考意见，并将流程推送给监督者予以确认。

在节能降耗方面，长期记录的所有历史数据，结合嵌入系统内的各种信息化工具，找出能耗、物耗与出水水质之间实际的对应关系，不仅能为运营者随时提供改进生产调度参数设置的参考和依据，同时也为今后的新项目建设与改造工程的设计，提供非常详实可靠的经验数据，是工艺改进与技术创新的基础。

信息化就是通过融合自动化系统的实时数据与其他方式获得的各种经验数据，借助软件工具发现和总结其运行规律，用于指导我们工程设计、建设以及生产运营，通过完善可靠的自动化系统去执行，以实现不断改进、不断降低能耗物耗、不断降低劳动强度，持续提高自然资源和社会资源的利用率，进一步地提高出水水质，以满足人们日益提高的生活水平要求。

当然要实现这些功能，有大量的具体工作要做，一方面信息化专业人员应详细深入地了解企业或职能部门运行管理的过程，作出清晰合理的整体解决方案，提出必要的建议，另一方面生产运营企业或部门的管理者也要从自身的角度出发，积极调整内部的管理体制适应信息化管理的方向，同时在之后的管理应用过程中，始终坚持不懈地改进和推动。

在城市或区域性供、排水和城镇防涝方面，范围包括：水源地、净水厂、供水管网、用水企业、排污企业、污水管网、污水泵站、污水处理厂、雨水管网、雨水泵站等，除了能对这些市政设施进行监控和管理以外，对所有排放主体的全面监管，量化这些企业的污染排放，完全杜绝偷排、乱排、超标排放，才是问题的关键。信息化管理和监控提供了行之有效的途径和手段，所能发挥的作用将逐步显现出来，并且会越来越不可缺少。

同时，信息中心的建设是保障安全性的必要支撑，城市或区域信息化管理中心在保证安全性方面有一下几个方面的功能：

（1）实现有效的预警。当一个地区的生活水源发生突发污染，或者出现一个对周边及下游环境能造成严重污染的事件，现代工业通讯技术可以将远端水源检测的数据，或者突发污染点的数据，及时上报到生产指挥调度中心，使整个应对过程有尽量多的预反应时间。

（2）多机构的快速联动。一个突发污染事件发生之后，需要多个行政部门、机构以及相关企业的综合联动，信息化以及通讯技术的应用，可以使这个过程变得更为快速、更为有效。

（3）相关实时信息的全方位收集与快速汇总，可以使整个应对策略与具体措施更为正确更为合理。

（4）多种应急预案可供调用，指挥中心下达的指令可以最快速、最有效、最准确地到达所有的执行部门和机构，将责任落实到具体的人和具体的时间，实现最全面的整体联动。

6　对“十三五”规划的建议

市政行业直接关系到民生与城市安全，希望在新的“十三五”规划中，加快研究和实施，各大中城市以及区域性，市政综合信息化管理中心的建设，把所实现的功能，作为分步骤实施中每个阶段的目标，把中心建设的规模和档次作为指导性意见，把联动运行的效果，以及系统长期运行的完好率作为考核指标，避免投资上去了、平台建立了，实际应用却迟迟不能发挥作用。

信息中心的建设，应从以下几个方面予以落实：

（1）对主要的污染排放企业，实施全面的实时监控，包括用电量、用水量、污水排放量、污水排放水质，实现有效的数据模型比对，一旦出现异常情况，可以进行突击检查。

（2）建立健全应急反应机制，利用信息中心平台快速有效处理所有涉及安全的突发事件。

（3）利用信息平台的大数据，得到工艺过程各参数之间关联，用于指导今后的规划与技术革新。

（4）逐步开放相应的门户网站，让更多的社会人士了解和参与市政规划与建设。

当然，信息平台的运行与维护的专业性很强，生产运营企业和相关的管理部门设立一个维护团队，有较大的困难且专业水平会受到制约，同时系统需要根据实际的管理流程经常性地调整，以及不断地升级改进，建立社会化的专业维护运行机制，是必然趋势。鼓励从事市政公共事业的企业以及相关管理部门，引入社会化、专业化的运行维护服务，提高系统的完好率，降低运营维护成本，从政策上扶持从事专业维护服务的企业，最终形成良性互动，促其健康发展，提高整个社会的资源利用效率。

信息化的发展带来了巨大的效益，同时信息安全问题也逐步凸显出来，市政公共事业的特点就是范围广涉及面宽，随着信息化技术广泛和深入的应用，系统一旦遭遇攻击、或者被盗用，其危害结果无法想象，极有可能是灾难性的。我们希望新的规划能对信息安全建设给予足够的重视，未雨绸缪。

而作为自动化专业人员，与最前沿的科学技术相伴，在各个行业和领域内承担着越来越举足轻重的责任，要努力成为行业技术与社会进步的推动者和引领者。

摘自《自动化博览》2015年11月增刊