“现代化的水处理工业如果脱离了自动化技术，可以说根本无法有效运转，更无法达到安全、智能等方面的高要求。”
——孙柏林，中国自动化学会专家咨询工作委员会主任委员，研究员

进入20世纪50年代，随着人口的增长和经济的发展，世界水资源的需求量不断加大，而水资源的污染也不断加重、水环境不断恶化，水资源紧缺与恶化已成为世界性问题。在水资源日益匮乏的今天，如果国家在建设过程中能够利用先进的水处理技术与方法，就可以有效地节约水资源。最大效率地利用有限的水资源，并且可以创造生态的、低碳的、节能的、可持续发展的、适合人与城市和谐发展的宜人环境。在这一发展进程中，自动化技术越来越多地深入到水处理行业中去，并发挥其控制、监测等作用，提高了行业的效率和先进性。本文即是针对着“水处理与自动化技术”问题展开述评。

水处理行业中自动化技术应用的现状

水资源系统是一个复杂的大系统，包括监测、控制、执行、调度、管理、诊断等多种功能和任务。水处理过程是典型的过程控制，具有大时滞、大惯性等特点。现代化的水处理工业如果脱离了自动化技术的话，可以说根本无法有效运转，更无法达到安全、智能等方面的高要求。水处理与自动化技术是个很广泛的领域，涉及水处理自动化设备和仪器仪表的发展、自动化系统结构和网络的发展、处理工艺和控制模型的发展、计算机、软件技术、现场总线技术等的发展等等。

人们通常所说的水处理，主要包括污水处理和净水处理，而污水处理又分为工业废水处理和生活用水处理。现代自来水厂自动化控制系统主要有水质检测技术、水处理控制技术、变频节能技术与综合自动化系统等四个方面。专家指出：给排水系统运行的随机特性适合于采用自动化技术节能。

净水处理

通常净水处理是指水厂的处理过程。来自水源的原水首先进入水泵房，经格栅排泥、加氯、投药，进入沉淀池，再进入滤池和净化池，最后生产出净水。净水厂控制系统通常分为水厂调度系统、加药间（加氯间）PLC控制站、滤站PLC控制站、送水泵房PLC控制站等。各个控制站相对独立工作，通过有线网络进行通信，将所有的数据信息送到水厂调度室进行处理，或将一部分数据通过调度系统以无线（或有线）通信的方式送到城市的调度中心。

自20世纪80年代以来，我国水厂自动化开始进入大规模发展时期，发展速度较快。特别是随着外资的引入，大量国外先进的自动化控制技术与设备进入我国，建成了一批引进的水厂，使我国水厂自动化进程大大加快，自动化水平也快速提高。已建成了一大批自动化水厂，在这些水厂中，极大部分采用集散式控制系统，且在早期普遍采用DCS结构模式，而在后期则广泛采用工业计算机和可编程控制器的结构模式，成为目前水厂自动化的主流结构模式。

近年来，在我国一些发达地区已建成了少量基于现场总线的水厂自动化系统。这对提高我国水厂自动化水平、实现水厂综合自动化功能起了积极的促进作用。

污水处理

至20世纪七、八十年代，随着社会经济的不断发展，人民生活水平逐渐提高，我国污水的污染程度及污水量逐渐增加，促进了污水处理技术的进一步研究。到20世纪末和21世纪初，国家在污水处理业技术研究取得了突破性进展，使我国的污水处理技术水平大大提高，有些项目已达到了国际先进水平，国外污水处理新技术、新工艺、新设备也被引进到我国，在传统的活性污泥法应用的同时，ABF法、A/O法、UASB法、CASS法、SBR法、氧化沟法、生物稳定塘法、废水的土地处理系统等也在污水处理厂的建设中得到了广泛的应用。2000年以来，为应对快速城市化进程中突出的水环境问题，国家先后在“十五”和“十一五”启动了水污染控制重大专项，为城市污水处理新技术开发和应用添加了新的驱动。目前，“十二五”也同样将水污染控制列为重大专项。

目前，我国生产的水污染治理设备大约有110个类别，5000余个品种。其主导产品主要有城市污水处理机械设备与生活污水处理成套装置、各种用于工业废水处理的分离设备、过滤设备、化学氧化与消毒设备、生物处理设备以及用于工业供水处理和特种工业用水处理设备等。随着社会经济的发展，这一潜在市场是十分巨大的。随着信息技术、计算机技术、网络技术和电子技术的发展，污水处理行业的自动化程度已全面提高。目前，大多数新建的城市污水处理厂已经采用以PLC为控制设备的数据采集与监视控制SCADA（supervisory control and data acquisition）系统。

在节能减排的新形势下，污水处理对于自动化产品提出了更高的要求。为保证水厂高效稳定运行，污水处理对控制系统的高可靠性要求，要求PLC支持多种冗余方式，能够更好地提高系统的可靠性，提高水厂、污水厂的运行效率，为更严格的水质达标提供保证。

据悉，为解决制约我国经济社会发展的水污染治理瓶颈问题，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》将“水体污染控制与治理”列入16个国家科技重大专项，中央财政投入逾百亿元，涉及10大流域相关省市，数百家高等院校、科研单位和企业，上万名科研人员。随着水专项的实施，一批关键技术取得突破。

水处理自动化技术的热点问题

高科技支撑着健康水环境，水处理自动化的发展是与水处理工程设备、检测仪表、处理工艺的发展紧密相关的，又随自动化技术、计算机软/硬件技术、网络技术、通信技术、信息化技术的发展而发展，其当前的主要热点如下。

网络控制系统日益受到重视

21世纪的控制系统将是网络与控制结合的系统。随着通信网络作为一个系统环节嵌入控制系统，很大地丰富了工业控制技术，使工业控制系统在体系结构、控制方法以及人机协作方法等方面都发生了较大的变化，与此同时也带来了一些新的问题，如控制与通信的耦合、时间延迟、信息调度方法、分布式控制方式与故障诊断等。这些新问题的出现，使得自动控制理论在网络环境下的控制方法和算法需要不断地创新。随着计算机技术、通信技术和网络技术的不断发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。进入21世纪，水处理自动化技术进入了管控一体化综合集成阶段，管控一体化系统将所有底层现场的电气控制、过程控制、运动控制和数以万计的仪器仪表测试系统都高度、有机地融合在综合自动化网络上。这一发展趋势必然会影响水处理自动化技术的发展。

无线通信技术进入水处理行业

工业通信无线化也是当前自动化领域探讨比较热烈的问题。特别是在有线无法使用的场合，无线显得更具优势。但是这要求无线技术本身性能的完善，通信的可靠性、准确性、实时性、兼容性等有待加强。近期，工业无线技术仍将是传统有线技术的延伸，大多数仪表以及自动化产品会嵌入无线传输的功能。无线传感网络以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。在水处理中，可以利用无线传感网络实现对水质的无线远程监测。利用无线传感及无线网络技术并采用ZIGBEE无线通信和GPRS远程通信技术相结合的方式来实现水质的远程监测。这也必然会给水处理自动化技术带来影响。

工业触摸屏及PLC技术的应用

触摸屏是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面产品，适用于现场控制，可靠性高，编程简单，使用维护方便。在工艺参数较多又需要人机交互时使用触摸屏，可使整个供水的自动化控制的功能得到极大的加强。

PLC有着运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、编程灵活、使用方便、抗干扰能力强等特点。

近年来，触摸屏结合PLC在闭环控制的供水系统中的应用是一种自动控制的趋势。PLC和触摸屏均预留以太网接口，系统信息可以通过Internet发布到网络上，通过网络进行系统的远程诊断和控制。

现场总线技术与工业以太网技术进一步融合

我国水厂自动化采用现场总线技术是目前的主要发展方向，并将成为水厂自动化的主流结构模式，且现场总线将以ControlNet和ProfBus的应用为主。但是，这种集成技术仅仅是一种过渡性策略。随着水厂设备智能化程度的不断提高和现场总线及相关技术的快速发展，水厂自动化将会走向FCS。随着智能节点仪表的不断发展，现场总线必将成为自来水厂生产控制的主流。

工业以太网控制系统是集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）的一种新型的工业控制系统。由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展，开放的、透明的通信协议是必然的要求。随着网络技术的发展，工业以太网进入了控制领域，形成了新型的以太网控制网络技术。现场总线技术与工业以太网技术进一步融合将是未来发展方向。

组态软件的作用越来越大

水处理行业中，尤其是污水处理行业，对安全性、远程控制、水质实时监测、数据采集/汇总/远程传输、成本控制、信息化管理的要求越来越高，使组态软件在水处理行业中发挥的作用越来越大。

国产组态软件经过若干年的发展，在技术领先性、稳定性、多功能、易学易用性等方面都有长足的发展，与国外品牌的差距在不断缩小。虽然目前在大部分行业中，市场仍由国外组态软件品牌主导，但水处理行业由于其自身的特点，使国产组态软件的优势得以发挥，更容易在竞争中胜出。这是由水处理行业中自动化系统的运行环境相对宽松，工程项目对成本控制严格，各项目对软件功能的使用类似，市政工程的特点等诸多原因促成的。

其主要优点是：（1）在稳定性相当、功能完备的情况下，国产组态软件成本更低。（2）国产组态软件对硬件支持面广，并可为客户定制驱动水软件。（3）国产组态软件界面美观大方、数据展示生动，更能满足市政工程需要。（4）国产组态软件售后服务更加灵活。（5）国产组态软件易学易用，更贴近中国人的使用习惯。

当然，也应当关注外国厂商的组态软件的动态。例如，目前，市场上德国三S软件公司首推的最新版本CoDeSys V 3.4软件（基于CoDeSys平台下的嵌入式系统软PLC）。倡导以“可复用”为宗旨的“开放式、可重构的自动化”理念。该软件是靠IEC61131的开发环境，支持梯形图、流程图、结构图、高级ST语言等自动控制工业标准的几种语言。总之，国产品牌与国外品牌各有千秋。

管控一体化综合集成阶段

进入21世纪，管控一体化系统将所有底层现场的电气控制、过程控制、运动控制和数以万计的仪器仪表测试系统都高度、有机地融合在综合自动化网络上。从自动化控制和生态管理到企业全方位管理的信息数据全部集成，再不是过去的PLC、DCS、FCS的自动化孤岛，实现了管理信息系统、生产监控系统和生产决策系统的有机融合。

毫无疑问在线状态监测系统、无线传感器和无线网络技术、决策支持技术等被相关自动化企业胜利应用到水处理当中。随着两化融合的深入推进、物联网等新兴技术的兴起。水处理自动化技术将会更加向智能化方向发展。