环保设备中自动化技术的应用及发展

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【摘要】随着科技的不断进步，自动化技术在我国的应用尤其是在环保设备制造业中的应用越来越广泛，利用自动化技术可以使环保决策更加高效，因此将自动化技术应用于环保设备是今后环保设备发展的重要方向。为了使自动化技术在环境治理领域做出更大的贡献，我们有必要研究自动化技术的发展状况，以及自动化技术在环境治理中的具体应用和未来的发展方向。文章对自动化技术在环境保护设备中的应用现状和发展前景进行了深入的探讨，具有一定的现实意义。

【关键词】环保设备；自动化技术；应用发展

引言

自动控制技术是在设备无人值守的条件下，自动地对数据进行处理、传输、检测、误差估计及控制的一种技术。自动控制技术在20世纪70年代被发达国家广泛采用，20世纪80年代，微电子技术的兴起推动了自动化机械制造技术的迅速发展。以自动化技术为核心的电子系统和机械设备在国外十分流行，而在我国，自动化技术正处于快速发展的阶段。在国内，高性能自动化机械是一个非常具有发展前景的研究课题。

1自动化技术应用在环保设备中的意义

1.1低成本、准确性高

在环境保护设备中应用自动化技术，可大大降低环境管理成本，为环境污染治理与管理提供科学依据。传统的人工监测受人力、财力限制，不能长期、系统地监测各种污染源，其结果不符合实际情况，而自动检测系统能对污染源进行实时检测，并且监测结果更可靠。不仅避免了由人为因素引起的偏差，使监测数据更加准确、可靠，而且大大降低了监测成本。

1.2低风险、时效性高

对污染源进行分类采样、分析、检测，并进行统计计算，是传统的污染源监测工作中一项艰巨的任务，人工采样不但费时费力，而且会对工作人员的健康造成不利影响，而集成在线监测污染源的自动化技术实现了污染源在线监测数据的实时自动采集、存储和传输，以及各种在线监测数据的同步分析和处理，从而降低了一线人员的工作风险，提高了环境保护工作的效率。

1.3共享云、控制面广

近年来互联网技术的迅速发展，使远程管理、信息批量处理、资源共享成为可能。工业云和自动化技术的有机结合，能够扩大自动化应用场景。比如，过程经理和自动化工程师把应用软件和数据放入远程的服务器，这样的虚拟服务器对最终用户非常有吸引力，因为中控室地方有限，特别是在偏远的地区或者老旧厂区，大大降低了对终端设备的要求。在云平台中，已形成较为成熟的生态链，诸如将工程师站、历史数据、人机界面(HMI)和远程应用、供应链体系、管控体系、监控存储系统转移到云服务器上，这种云工作模式可以将资源共享最大化、控制设备应用范围最大化。

2自动化技术在环保设备中的应用

2.1在污水处理设备中的应用

废水处理系统是一个非常复杂的非线性时变系统。因此，有必要对污水处理厂进行自动化控制，这对提升废水处理质量和效率具有重要意义。目前，南京城南污水处理厂已经全面投入使用废水处理系统，该系统是由2个SPS站和1个中央控制室通过中央光纤网络，其余的SPS站以主交换机为中心形成星形结构。中控室接入各SPS站进行数据采集，实现污水处理厂的自动化处理和人机交互。各SPS站采集现场信号，并提供现场设备使用说明[1]。系统投入使用后简化了操作人员的操作流程，降低了废水处理成本，实现了污水处理的自动化控制，优化了资源配置，实现了污水处理厂的一体化管理。

2.2在空气除尘设备中的应用

静电除尘器和布袋除尘器是两种性能优良的空气污染控制设备。静电除尘器(ESP)是一种广泛应用于工厂的除尘装置，它对大颗粒尘土有显著的降尘效果，适用于高温、高压、高湿度的工作场所。静电除尘器由两个部分组成：一是主体系统，包括电除尘器本体；二是电源系统，包括高压直流和低压自动控制系统。升压变压器通过高压系统供电，除尘电极采用集尘极接地，低压电控控制电磁夹、卸灰电极、输灰电极等部件。静电除尘的基本工作原理是利用电力捕捉废气中的粉尘，主要包括4个相互关联的物理过程：气体的离子化；粉尘的荷电；粉尘在电极上的移动；荷电粉尘的捕集。对带电粉尘的分离过程是在两种弯曲半径差别很大的金属阳极和阴极上，利用高压直流电产生足够的电场使气体电离。气体电离后产生的电子、负离子和阳离子吸附在尘埃中，在流经电场的尘埃中形成电荷，在电场力的作用下，尘埃在不同极性的电极上移动，然后沉积在电极上，使尘埃与气体分离。布袋式除尘器具有除尘效率高、不受粉尘阻力影响及成本低等优点。感应器从各个存储单元收集数据，通过SPS传输到以太网，通过TCP/IP协议与计算机进行通信[2]。通过修改SPS的内部参数，微机可实时控制电除尘器的振动时间和频率始终处于最佳工作状态。采用模糊控制的除尘器能够有效地防止布袋被堵塞，不会对布袋造成粉尘层损伤，为布袋的正常运行提供了重要保障。该控制元件可根据袋内外压差施加喷射压力，控制脉冲喷射阀的喷射时间和压缩空气量，以最经济的方式达到最佳的除尘效果。通常情况下，运用布袋式除尘器除尘的进口质量浓度能降到200mg/m3，出口质量浓度能降到50mg/m3。相比传统设备，这两套自动化系统具有适用范围广、大颗粒尘土处理效果显著、除尘率高、成本低、操作简单等应用优势。

2.3在固废处理设备中的应用

垃圾焚烧技术具有无害化、减量化、资源化等特点，因此受到人们的重视和广泛使用。但近年来，固体废物的产生量不断增加，环境标准日益严格，迫切需要提高垃圾焚烧技术的燃烧效率，因此固体废物焚烧技术的优化利用已成为该领域的研究热点。各种自动化技术在固体废物处理工厂如垃圾焚烧厂内的DCS发电中得到广泛应用。垃圾处理场由燃料系统、炉膛压力控制系统、供气控制系统等多个子系统组成，采用自动化控制技术可以减少设备的使用量，科学地解决了“自动化孤岛”问题，实现了在不同子系统的相互关联下的垃圾实时焚烧，达到降低对周围环境污染程度的目的。

2.4在环境保护中的应用

2.4.1自动化技术在环境监测中的应用采用自动化技术监测获得的环境数据相比人工监测数据，更加客观和准确。因为每个人的监控方法或习惯不同，监控过程常常会出现一些细微的操作差别或主观错误，甚至同一人进行操作也难免会出现一些错误。自动控制技术能有效地控制由人为因素引起的误差。因为自动监测系统是严格按照既定的程序运行的，基本不存在测量误差，所以得到的监测数据对污染源监测实例具有较强的说服力。此外，采用传统的人工监测方法经常需要多人使用多种不同功能的监测仪器分别进行采集、测试、分析、计数和排序，这个过程非常复杂和烦琐，也很容易出错，而安装自动监测系统后，不仅能对污染源进行24h不间断的在线监测，而且具有自动监测、自动存储、自动上传监测数据及环境污染统计分析等功能，大大减轻了工作人员的日常工作量和劳动强度，有效地避免了人为因素造成的数据错误。此外，当源数据超出某一范围时，自动化检测系统可以立即发出警报，帮助环境监测人员及时采取措施，防止事态的进一步恶化[2]。

2.4.2自动化技术能提高环境保护工作的安全性从现行环境保护制度来看，在许多情况下，环境管理人员必须及时监测某些特定区域的排放限值和地质水文不稳定区域。通常，这些地区的环境和工作条件较差，对环保管理人员的身体素质和工作经验提出了较高的要求。采用传统的人工监测方法可能会出现一些安全问题，例如工作人员打滑摔倒或中毒等，对监测人员的人身安全构成了重大威胁。采用自动化监测技术后，环境管理人员不需要亲自进入这些危险的检测地点，可由自动监测系统自动完成对危险区域的实时监控，有效地避免安全事故的发生，优化了环境保护工作条件，保护了监测人员的人身安全。

2.4.3提供的数据信息全面、系统及可靠自动化技术还可为污染控制和环境管理提供科学的依据。受以往人力、物力条件的限制，监测单位不能保证对每一个污染源进行长期、全面的监测，导致最终得到的数据缺乏代表性，监测结果的可信度也受到一定的影响，这就给环境政策的后续实施带来很大的隐患。采用自动化技术后，可将污染源自动监控装置安装在合适的位置，实现污染源的全覆盖监测，使监测数据更加全面、系统、准确，为污染源的监控和环保部门工作的开展提供了科学的依据[3]。

2.5在空气治理设备中的应用

近年来，空气治理设备被广泛地应用于公共场所和家庭等相对封闭的空间，目的是去除空气环境中存在的各种物理、化学、微生物等空气污染物，空气治理设备是在自动化技术的基础上结合应用静电吸附、紫外线循环风、气相干分子重合等技术对空气进行全面净化处理。空气治理设备中自动化控制技术的工作原理是在设备风口位置安装分子和颗粒物传感器，传感器采集数据信息后，回传数据处理和识别单元，识别单元发送指令给控制系统，进行功率、功能、报警等自动化控制。在整个信号指令传输过程中，采用PLC回传自检。对于基于云平台的空气治理设备，具有很好的设备控制、监测、大数据分析、故障诊断等功能，有利于开展多终端、大范围区域的空气治理。

3发展前景

3.1在废水处理系统中的发展方向

目前，在环保领域广泛使用的自动化技术都属于常规技术，随着导流系统规模的扩大和对污水处理要求的提高，常规技术已经不能满足污水处理的要求，比如需要完善自动控制系统的性能，提高自动控制系统的精确度和可靠性；采用更加智能的控制策略；加强控制系统的通信网络功能，使环境保护部门能够更及时地掌握废水处理数据。3.2在空气除尘设备中的发展方向布袋式除尘器有取代静电除尘器的趋势，它具有更广阔的应用前景，但布袋式除尘器在运行过程中布袋阻力大、损耗大，以及不适合处理高温、高压和腐蚀性气体等问题，因此需要进一步研究予以解决。研究人员通过实验将袋式除尘器与静电除尘器相结合，实现二者的优势互补，实验结果得出总除尘效率可提高至99.98%。因此，未来可将布袋式除尘器和静电除尘器结合应用于空气除尘设备，该设备能根据除尘环境的不同，自动选择适合的除尘技术，并实时调整参数，有效地提高设备的除尘效率。

3.3在固废处理设备中的发展方向

采用垃圾焚烧炉发电技术，可以把过去的固体废物转化为能源，能提高系统的可靠性和稳定性，有利于解决固废处理机组运行不稳定、波动大、影响电网的直接并网等问题。风机流量等参数采用PID算法、模糊控制等智能控制技术能实现自适应控制，达到降低燃烧室温度和蒸汽压波动的问题，尤其可以通过改变垃圾的热值调节整个系统的净化参数，减少二噁英的产生。因此，在未来一段时期，自动化技术将在固废处理方面取得较广泛的应用。

3.4在环境监测设备中的发展方向

自动化技术在环境监测设施中的应用已经非常成功，但是检测系统对复杂的工业废水COD、废水流量、悬浮物、胶体物质的检测准确性还不够。下一步的发展方向是保证监控系统的运行稳定性，提高系统的可靠性。例如，可以将dspic33f单片机作为系统的控制模块，用线性回归法确定COD值与电压值的关系，测定范围为30~1500mg/L，基线误差不超过±5.0%，重复性误差不超过5%，溶液颜色、胶质物质及悬浮物对COD检测器无影响，可以提高检测系统的准确性。

4结语

自动化技术相比人工操作具有更高的调节精度，可以防范安全隐患。环保设备的自动化程度越高，操作人员的劳动强度越低，处理效率越高，经济效益越好。在实际应用中，环保设备的工作状态非常复杂，具有多变量、非线性、时变、随机性等特点，在一些特殊的环保领域，自动化技术的应用范围相对较小，局限性也很大。目前，许多环保设备的自动控制研究仅限于实验室或模拟实验，在实际应用中还存在许多问题。智能化、精细化是环保装备自动化的重要发展方向。神经网络算法、退火算法、遗传算法等智能算法各有优缺点，如何将两种或两种以上的智能算法结合起来，形成一个综合型的智能控制系统，是今后重要的研究方向。

参考文献

[1]张瀛．基于PLC技术的自动化环保监测设备功能优化设计[J]．百科论坛电子杂志，2020(7)：1438．

[2]袁晓君．自动化技术在环保设备中的应用发展研究[J].百科论坛电子杂志，2020(13)：1776-1777.

[3]楼国志，杜桥梁．基于PLC技术的自动化环保监测设备功能优化设计[J]．百科论坛电子杂志，2020(7)：40-41．

作者：朱卫兴 单位：江苏环保产业技术研究院股份公司