電氣自動化控制系統在自來水行業中的應用

李新燕

摘要：隨著科學技術的不斷發展與創新，自動化的應用已經應用于各個領域，并且在此基礎上推動了計算機智能自動化控制系統，使水廠的電氣自動化有了長足的發展，但要真正實現電氣自動化的自來水行業目前還存在經濟、技術因素等差距?，F代化自來水行業不再是一個獨立的個體，還要與外界共享水廠信息，便于上級部門的管理和監控?；诖?，本文就電氣自動化控制系統在自來水行業中的應用進行分析與研究。

關鍵詞：電氣自動化控制；自來水行業；應用

中圖分類號： F407 文獻標識碼： A

引言

現階段，供水問題不僅與人民日常生活與工作息息相關，也與經濟發展密不可分。在社會經濟高速發展的時期，國家及社會對經濟發展水平和居民生活質量的重視程度日益提高。而供水建設和管理中出現的問題日益突出，使其成為群眾迫切希望得到解決的主要問題之一。由于供水工程建設大多處于傳統形式，自動化程度較低，導致水廠運行管理成本日益提高。因此，本文對供水模式展開討論，分析電氣自動化技術在供水中的應用，并提出切實可行的解決對策。

一、現代自來水廠自控系統的主要內容

（一）當前水廠采用自動控制系統的結構形式

水廠自動控制系統的結構形式，從自控的角度可以劃分為數據采集與監視控制系統和集散型控制系統，即個人計算機與可編程邏輯控制器構成的系統等。SCADA 系統組網范圍大，通訊方式靈活，但實時性較低，對大規模和復雜的控制實現較為困難。D C S系統則采用分級分布式控制，在物理上實現了真正的分散控制，且實時性較好，但應用軟件的編程工作量較大，對開發和維護人員要求較高，開發周期較長。IPC+PLC系統既可實現分級分布控制，又可實現集中管理分散控制。而且PLC本身可靠性高，組網、編程和維護很方便，開發周期很短，系統內的配置和調整又非常靈活，可與工業現場信號直接相連，易于實現機電一體化。因此，IPC+PLC系統成為當今水廠自動控制系統的主要結構形式。

自來水廠主要的控制技術與核心組成基本相同，主要有水質檢測技術、水處理控制技術、變頻節能技術與綜合自動化系統四個方面。

（二）水廠制水工藝流程及自控系統組成

1.水廠制水工藝流程

各水廠根據實際情況，其工藝流程千差萬別，設備有增有減，但基本的流程都相似。其主要工藝過程大都是：取水：通過多臺大型離心泵將江、河、地表等處的水抽入凈水廠；藥劑的制備與投加：按工藝要求制備合適的混凝劑，并投入混凝劑及氯氣，達到混凝和消毒的目的；混凝：包括混合與絮凝，即源水投入混凝劑后進行反應，并排出反應后沉淀的污泥；平流沉淀：與混凝劑反應后的水低速流過平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出沉淀的污泥；過濾沉淀：水通過顆粒介質（石英砂）以去除其中懸浮雜質使水澄清，并定時反沖洗石英砂；送水：多臺大型離心泵將自來水以一定的壓力和流量送入供水管網。

2.水廠自控系統組成

自來水廠是將整個工藝按控制單元劃分，主要包括：取水泵房自動控制系統、送水泵房自動控制系統、加礬自動控制系統、加氯自動控制系統、格柵配水池控制系統、反應沉淀池控制系統、濾池氣水反沖洗控制系統、配電控制系統、水廠中央控制室自動化調度系統，這些工藝單元內設備相對集中。根據這些特點，自控系統較多采用PLC＋IPC的集散控制系統(DCS)模式。

采用PLC+IPC 系統的水廠自動化控制設計，一般是采用多主站加多從站結構，能夠較好的滿足水廠自動化的監控、保護要求?？刂泣c分布在水廠內不同的位置，采用就近控制原則，在設備集中區分別設置不同的PLC站對該區域設備進行監控，再通過通訊網絡，各PLC站之間進行數據通訊，實現整個水廠的自動化控制。

二、電氣自動化控制技術及在水廠中的應用情況

（一）水質檢測自動化技術

水處理中的自動檢測技術，即水質檢測技術是保證供水和排水水質的重要手段，也是指導水處理工藝運行過程的重要依據，隨著自動化技術、機械制造技術等的發展，出現了越來越多的新型自動化檢測儀表。目前使用的水處理自動化儀表包括流量、水位、溫度、壓力儀表以及水質測量分析儀表，如pH測量儀、流動電流檢測儀、漏氯報警儀、余氯分析儀、高低濁度在線檢測儀等。在流量測量方面，除了傳統的電磁流量計外，還出現了大量非接觸式儀表。水位測量儀表是水處理中另一類使用廣泛的檢測儀表，濾池、清水池、格柵配水井、配礬等處都要用到，主要有差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、靜電電容式、以及超聲波等類型。檢測儀表是實現水廠自動化的基礎，在日本等發達國家除大面積使用現有成熟儀表外，還不斷開發出新的檢測儀表并發展相關的檢測技術，不斷擴大檢測范圍，提高檢測精度。

（二）水處理控制技術

隨著科學技術的不斷發展，自來水廠的電氣自動化程度不斷加深。水廠內的自動化控制系統的不斷完善，大大提升了水廠對水的處理能力。人們對于水的質量要求越來越高，人工的水處理技術已經不能達到人們對于健康飲水的標準。水處理自動控制技術的根據水質數據的變化，快速實現濾池的沖洗，及時控制藥劑的投加頻率和投加量，達到水質指標要求。

（三）自動變頻控制技術

在水處理行業中，普遍存在著用水量變化較大的問題，在不同的季節、不同的時段，用戶用水的需求量有很大的差別，存在著明顯的用水高峰特征，因此水處理廠供水系統的給水壓力需要隨用戶的用水需求量變化而變化。在低峰時，如果水泵機組按高峰期的用水量運行，雖可通過調節閥門來滿足用水需求，但供水能量損耗大，而且還會影響機組的正常運行。因此，根據用水需求自動控制水泵機組運行，且實現節能，是水廠自動化技術的一項重要內容。變頻調速是一項有效的節能降耗技術，其節電效率很高，幾乎能將因設計冗余和用水量變化而浪費的電能全部節省下來。變頻調速控制技術，是指以變頻調整原理為基礎，在保證供水可靠性的前提下，根據供水系統用水量的變化情況，自動調整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區間內運行，以達到降低能耗、提高效率的目的。這一技術是比較科學，可靠性較高的一種調節水泵工況的方式。變頻器是一種以變頻調速技術為基礎通過改變頻率來調整電機轉速的工業裝置。作為一種先進的調速裝置，變頻器不但調速范圍廣、可靠性高、操作與維護方便，而且節電效果明顯。應用變頻器來實現變頻節能供水，可以通過采用恒壓變量或變壓變量兩種方式來實現。恒壓變量供水系統通過調整變頻器轉速（即供水流量）來保證供水壓力不變，該系統技術比較成熟，應用廣泛。變壓變量供水系統則根據用戶用水量的變化同時調整變頻器轉速（即供水流量）和供水壓力，很明顯該方案節能效果更好。但是由于水頭損失等受各種因素影響，難以準確確定，實際應用的很少? 。

（四）水廠電氣自動化控制系統的發展趨勢

隨著電氣自動化技術的發展不斷加深，未來的自動化系統應該向智能化、網絡化、信息化、一體化等方向發展，擴大自動化系統對水廠的影響程度，促使自來水廠的生產效率不斷提升。智能化的發展方向體現在智能化設備、智能化的控制技術，自動化控制系統具有自身采集數據和傳遞信息的智能化的表現；網絡化的表現為自來水廠的數字化，信息化，遠程監控等多方面；一體化表現為管理、監控、現場控制三個空間的一體化，對我國水資源的統籌規劃和充分利用等。

結束語

經過長期的實踐證明,該電氣自動化系統在自來水廠中的應用具有極大的商業潛力,主要是因為它同時實現了高質量、高效率、高安全系數以及低能耗,這種自動化處理系統在保證水質的前提下大大提高了自來水廠的處理能力,所以值得在水廠中大力推廣。

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