灵活的过程自动化优化了生物膜污水净化设备生产流程——基于Simatic PCS 7的定制式过程自动化技术改造使Erftverband水资源管理服务公司的污水处理厂实现了节约能源的目标。这种模块化结构、灵活性极高的控制系统可简化污水处理设备的操作流程，方便在生物膜污水净化设备中尝试新工艺，从而使整个污水净化过程得到进一步的优化。

Erftverband公司坐落在德国Kaarst市的Nordkanal河畔，拥有一套大规模生物膜污水净化设备，且自2004年投产运行以来一直运行。“这也生动地证明了：只要操作方法对路，大型生物膜污水净化设备可以长久地正常工作。”Erftverband公司生物膜污水净化设备生产负责人Andreas Janot先生说：“在这里，我们不断书写着新的记录，努力对污水净化工艺流程进行优化。当前，节能是我们的工作重点，在过去的两年里，我们采取了一些自动化的技术并取得了不错的效果。”

图1 利用Simatic PCS7，污水处理厂的人员可实时控制污水净化过程，在提高水质的前提下实现减少能源消耗的目标

灵活的污水净化过程控制

现代化技术改造的核心就是把现有的过程控制系统升级到Simatic PCS7。“我们需要的过程控制系统不仅要满足特殊的生物膜污水净化设备的要求，而且还要有足够高的控制灵活性，能够实现污水净化过程控制，并可快速集成新的设备。在这些需求下，我们原来的污水净化设备控制系统显得有些过时了。”Janot先生说。

Erftverband公司污水处理厂负责人与Veolia集团旗下的Aquantis公司一起决定采用Simatic PCS 7进行自动化技术改造。“Simatic PCS 7提供了很好的结构化编程基础，可以简单实现污水净化设备的扩充和改造。”Aquantis公司自动化技术负责人、北运河工程项目新控制系统负责人Norbert Wegmann先生解释说：“我们针对污水净化设备利用PCS-7 Styleguide专门开发了所需的程序块，为污水净化设备的各个组成部分编制了样板模块，以便集成到整体解决方案中，这种方法也方便我们日后修改控制程序。这样，我们拥有了执行起来畅通无阻的控制程序，方便集中控制和修改，大大减轻了我们的工程量。”

图2 有着3个Simatic嵌入式控制器的Simatic PCS 7系统在安装了Somatic WinAC RTX操作软件后，是大型污水处理设备理想的控制解决方案

专业技术支持

Aquantis公司是生物膜技术的专业公司，在这一项目的实施过程中，它们也把自己丰富的经验融入到自动化改造方案中了，正如Janot先生所说的那样：“生物膜技术在当地的污水净化设备中应用还不够广泛，还没有丰富的使用经验。而Aquantis公司则在生物膜污水净化设备领域中有着深厚的功底，因此能够出色地满足过程控制系统的种种要求。”

除了软件系统外，Aquantis公司还选择了生物膜污水净化设备控制系统所需的硬件，准确满足了污水净化的要求。项目总共使用了3套Simatic嵌入式控制器，用Simatic WinAC RTX软件承担了污水净化设备的控制任务。Aquanits公司自动化技术负责人Wegmann先生说：“基于嵌入式解决方案的过程控制系统具有在工业计算机中运行的可能性，这恰恰是这种大型污水净化设备所需要的理想控制方式。到目前为止，我们总共完成了大约1500个过程控制项目，我们能够利用这种嵌入式技术为Erftverband公司提供了性价比最高的解决方案，也充分显示Simatic PCS 7优秀的灵活性和多样性。”

新系统在过程数据结构、操作数据系统和故障报警系统的集成方面非常简单，在向Acron文档系统传输数据时，Aquantis公司使用了标准的数据接口，利用西门子的Sinaut系统实现了与Erftverband公司中央控制系统的通信。

图3 “我们利用这一控制系统对污水净化过程进行优化，尽可能地实现高效运行。”——Andreas Janot先生，Erftverband公司污水处理厂负责人

高效的设备运行

Erftverband公司污水处理厂与Aquantis公司合作1年，完成了北运河污水净化设备的过程控制系统优化工作。在项目进展过程中，不断出现了一些新的要求，在Norbert Wegmann先生的带领下，工程技术人员利用模块化的程序结构把新增内容轻松集成到已有方案中。在正式安装时，由于此前完成了大量的准备工作和测试，因此设备停止运行的时间只有10min。“对于连续流入、流出的污水处理设备而言，花费一天的时间停运设备来进行系统调试会造成巨大的损失，因此我们尝试让污水净化设备尽可能正常运行。我认为，我们已成功地做到了这些。”Wegmann先生说。

现在，设备已经在新系统的控制下运行了几个月，运行情况非常乐观，正如Andreas Janot先生所说的那样：“我们利用这一新系统对污水处理过程进行优化，并实现了高效运行。我们从西门子Simatic PCS 7系统及Aqauntis公司的专业技术中获益匪浅。在PCS 7控制系统的出色控制下，我们实现了先前制定的节能目标，现在我们使用的能源比原来减少了20%，同时我们也坚信，通过设备扩容和其他措施我们还可以节约更多的能源。”

从其他方面来讲，这一性能强大的新系统也起着关键性的作用，如Janot先生所述：“生物膜污水净化技术是一种相对复杂的工艺过程，靠人工手动控制和调节常常不能满足要求，只有在最好的过程监控下才能减少生物膜的工作负荷，相应延长生物膜的使用寿命，这就需要很高的自动化程度。”

图4 “Simatic PCS 7提供了良好的结构化编程基础，这个一目了然、执行起来畅通无阻的控制程序，使我们可以方便集中地控制和修改。”——Norbert Wegmann先生，Aquanits公司自动化技术负责人

技术研发还在继续

如今，北莱茵—威斯法轮州中部北运河的污水处理厂已多次接待来自美国、日本和中国的客人，成为他们参观学习的目的地，并将成为未来污水净化处理领域的样板。生物膜污水净化技术是传统污水净化技术最好的替代解决方案，生物膜能够留住生物降解污水的细菌，不使它们随着排出的废水流失，并使它们在曝气池中达到很高的浓度，曝气池只需常规面积的1/3。

生物膜过滤可以留住大量的颗粒物，其中包括了大量具有潜在危害的细菌和病毒。一般情况下，处理后废水中的固体物质不利于活性炭及臭氧的卫生清洁，因生物膜过滤后不含颗粒物的废水，因此卫生清洁将更加有效。

“我们的设备也是不同科研项目最好的试验场地。”Erftverband公司负责污水净化技术研发的Kinga Drensla女士说道：“例如，目前我们正在进行一个政府资助的试验项目，测试生物膜污水净化设备能够在多大程度上截留住悬浮物，并应满足哪些卫生要求，从而确定，生物膜污水过滤技术是否是一种普遍适用的技术。”在这样的试验中，模块化的控制系统具有非常重要的作用，Andreas Janot先生强调说：“利用西门子的Simatic PCS7系统，我们能够简单、快捷地完成系统参数的改动。”

图4 “Simatic PCS 7提供了良好的结构化编程基础，这个一目了然、执行起来畅通无阻的控制程序，使我们可以方便集中地控制和修改。”——Norbert Wegmann先生，Aquanits公司自动化技术负责人

除了特殊的试验项目之外，Erftverband公司的工作人员还不断尝试着对“普通”污水净化过程进行优化。“例如我们当前也在检查利用PCS7采集能源消耗详细数据的可能性，实现能源利用的优化。”Norbert Wegmann先生介绍说。对此，Andreas Janot先生补充说：“对于传统的污水净化设备而言，详细的能源消耗数据采集是一个全新课题。而恰恰在能源消耗检查中，互不相关的单独检查是没有太多说服力的，因为得到的始终是某一瞬间的情况。我们也想采集污水处理过程中的能源消耗数据，例如鼓风机的能源消耗数据，这样就可以确定更换老设备以节省运营成本的最佳时间点，例如，我们在污水净化设备生产运行中同时从能源消耗、维护保养和投资及资产利用率等3个方面进行优化。”

Kinga Drensla女士说：“这一新系统的重要成果就是能够证明：水质更高的卫生清洁程度不一定要付出更高的能源消耗，干净的水和节约能源并不是对立的矛盾，在好的过程控制下，可以鱼和熊掌兼得。”

下一个目标是污水处理设备的远程维护保养，Erftverband公司也将与Aquantis公司、西门子公司展开密切的合作，以便实现污水处理设备高效、可靠的运行。Andreas Janot先生说：“在远程遥控方面，要更好地做到人与技术的相互协调、配合，因为这是污水处理厂工作方式的变革。在这一领域中，我们有许多技术和方案要向西门子公司和Aquantis公司咨询，我们也想成为这一潮流中的代表企业。”Andreas Janot先生说。