溫州市東向水廠的自動化改造方案及效果淺析

【摘要】因為設(shè)備老化、處理技術(shù)不高、設(shè)施設(shè)計不科學(xué)等原因，必須對水源的轉(zhuǎn)變、凈水的具體效果提出更高的要求，因此，必須對老水廠實行整體性的改進(jìn)或者局部的改造修繕。

【關(guān)鍵詞】老水廠；自動化改造；效果

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市水資源受到了普遍的污染，人們對飲用水的安全問題越來越重視了?，F(xiàn)階段，很多凈水廠因設(shè)備老化、處理技術(shù)不高、設(shè)施設(shè)計不科學(xué)等原因，必須進(jìn)行全方位的改善和提高。

1.自動化技術(shù)改造方案

1.1系統(tǒng)組成

溫州市東向水廠分一廠區(qū)和二廠區(qū)，一廠區(qū)建于1982年，二廠區(qū)建于1996年，由于建成時間早，當(dāng)年沒有自動化運行設(shè)計理念。在2011年結(jié)合水廠設(shè)備更新改造和運行管理升級，同步實施了水廠自控系統(tǒng)改造，具體分布如下：

4臺監(jiān)控計算機(jī)分別安裝于水廠中央控制室及水廠辦公室，各計算機(jī)內(nèi)分別安裝以太網(wǎng)絡(luò)通訊卡，與各下位PLC組成Profinet工業(yè)以太網(wǎng)；配置2臺打印機(jī)，實現(xiàn)水廠監(jiān)控數(shù)據(jù)報表及監(jiān)控界面的打印功能；配置2臺UPS電源對計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行斷電保護(hù)。按工藝處理過程不同設(shè)立5套PLC工作總站系統(tǒng)及1套分布式遠(yuǎn)程I/O從站系統(tǒng)及1套PLC子站，分別監(jiān)控廠區(qū)各設(shè)備及儀表，5個主站通過光纖以太網(wǎng)組成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。1#PLC工作站設(shè)立在二廠投藥間，其主要功能是負(fù)責(zé)原水水質(zhì)監(jiān)測、自動加藥控制，并下設(shè)二廠加氯間PLC子站控制次氯酸鈉自動制備和投加系統(tǒng)，實現(xiàn)自動消毒；CPU模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位組態(tài)監(jiān)控計算機(jī)進(jìn)行實時通訊。2#PLC和3#PLC站工作站設(shè)立在二廠一期、二期濾池控制室，其主要功能是負(fù)責(zé)采集及監(jiān)控濾池液位、反沖洗高位水池液位、各閥門狀態(tài)及濾后水在線儀表等設(shè)備的運行數(shù)據(jù)；并對各格濾池進(jìn)行自動恒液位控制及遙控反沖洗；CPU模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位組態(tài)監(jiān)控計算機(jī)進(jìn)行實時通訊。4#PLC工作站設(shè)立在二廠二級泵房控制室，其主要功能是負(fù)責(zé)出水泵機(jī)組控制、10KV高壓配電系統(tǒng)及出廠水在線儀表數(shù)據(jù)檢測。CPU模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位組態(tài)監(jiān)控計算機(jī)進(jìn)行實時通訊。5#PLC站設(shè)立老廠，主要功能是采集原水?dāng)?shù)據(jù)、加藥系統(tǒng)控制和濾池恒水位控制、遙控反沖洗，并通過下設(shè)一廠二級泵房分布式遠(yuǎn)程I/O從站系統(tǒng)實現(xiàn)水泵機(jī)組遙控和出廠水質(zhì)數(shù)，CPU模塊通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位組態(tài)監(jiān)控計算機(jī)進(jìn)行實時通訊。在中央控制室配置工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)一臺，負(fù)責(zé)將各以太網(wǎng)CPU處理器、遠(yuǎn)程I/O以太網(wǎng)接口模塊及上位組態(tài)監(jiān)控計算機(jī)組成以太網(wǎng)，對各處理站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

1.2改造后凈水工藝控制方式

自動投藥系統(tǒng)：采用SCD反饋控制模式，以游動電流測量反饋控制對投藥量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，通過改變計量泵變頻器的頻率，動態(tài)改變投藥量，進(jìn)行藥量的投加。自動消毒系統(tǒng)：前消毒采用原水流量作為前饋參數(shù)進(jìn)行自動比例控制；后消毒采用氯水接觸10分鐘后的清水池余氯作為反饋參數(shù)，由PLC控制器通過改變加氯計量泵變頻器的頻率，動態(tài)改變次氯酸鈉投加量，實現(xiàn)閉環(huán)控制，并可以對出廠水進(jìn)行應(yīng)急補加氯。濾池自動控制濾池控制過程分為正常過濾及反沖洗兩部分。正常過濾時PLC通過PID原理對濾池采用恒水位自動控制，通過檢測的濾池液位信號控制濾池清水閥的開度；當(dāng)濾池液位高于設(shè)定液位時，增大清水閥的開度；當(dāng)濾池液位低于設(shè)定液位時，減小清水閥的開度，最終達(dá)到恒水位過濾。由于濾池結(jié)構(gòu)為虹吸快濾池，反沖洗時只能通過人為觀察虹吸形成和破壞情況，所以只能實現(xiàn)遙控采而無法全部自動化運行，PLC通過液位和閥門開度判斷濾池反沖洗條件并提示，實現(xiàn)人工遙控反沖洗。二級泵房自動控制系統(tǒng)：根據(jù)中心調(diào)度室指令通過設(shè)定出廠水流量自動控制高壓水泵機(jī)組的開停，同時采集出廠水壓力信號和流量信號。高壓配電系統(tǒng)：對高壓配電系統(tǒng)改為無人值守工作方式，功率因數(shù)電容補償采用機(jī)組就地一對一補償。各配電柜通過四西門子綜合繼電保護(hù)裝置和電力參數(shù)檢測儀表檢測系統(tǒng)各參數(shù)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)傳送泵站PLC站。在線儀表監(jiān)測：對水處理各工藝環(huán)節(jié)配備相應(yīng)的在線水質(zhì)檢測儀表，實時監(jiān)視水處理過程中水質(zhì)的變化，根據(jù)各在線儀表的檢測，可保證自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

2.改造效果分析

經(jīng)過一年多的實際運行證明，該廠自動化技術(shù)改造基本達(dá)到了預(yù)期目的，取得了明顯的效果：基本解決了混合工藝、反應(yīng)沉淀池、濾池的在新水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下的設(shè)計缺陷，實現(xiàn)了水質(zhì)的在線監(jiān)測。有效解決了反應(yīng)沉淀池等構(gòu)筑物內(nèi)滋生青苔等有機(jī)污染物的問題。沉淀水濁度基本控制在3NTU 左右，往濾池大量跑礬花的現(xiàn)象得到了有效遏止。濾池集配水布水均勻，反沖洗效果好，濾池的過濾周期延長，同時延長了濾料使用周期。出廠水水質(zhì)（濁度、余氯等）穩(wěn)步提高，其中出廠水濁度被嚴(yán)格控制在了0.5NTU 以內(nèi)，年平均濁度達(dá)到0.2以內(nèi)，余氯按國家要求被穩(wěn)定控制規(guī)定的范圍間，保障了供水水質(zhì)安全。工藝運行穩(wěn)定可靠，減輕了運行人員的勞動強(qiáng)度，使該廠的水廠工藝運行管理上了臺階。

水廠的生產(chǎn)工藝過程是一個較為復(fù)雜的連續(xù)過程，在水廠自動化技術(shù)改造中，對于其自動化系統(tǒng)的設(shè)計要求較高，同時涉及眾多技術(shù)和設(shè)備。因此，確定符合實際的改造方案尤為重要，避免因片面追求高標(biāo)準(zhǔn)，致使功能設(shè)置過于復(fù)雜，而忽略了水廠的實際工藝情況和管理水平，使系統(tǒng)的故障率增高，而維護(hù)管理又跟不上，導(dǎo)致關(guān)鍵工藝的自動控制得不到保證。同時也應(yīng)避免工藝過程的功能設(shè)置過于簡單，達(dá)不到控制要求，特別是關(guān)鍵工藝的控制要求，造成雖有自動化系統(tǒng)，但關(guān)鍵工藝仍由手動完成的現(xiàn)象，失去了實現(xiàn)自動化的實際意義。設(shè)備方面存在的問題是影響水廠自動化改造后系統(tǒng)正常運行的一個主要因素之一。因此，必須建立設(shè)備的正常的保養(yǎng)、調(diào)校和檢修制度，避免因設(shè)備精度不夠或穩(wěn)定性達(dá)不到系統(tǒng)要求而影響了自動化系統(tǒng)的正常運行。

水廠自動化系統(tǒng)建立后，管理水平滯后是影響自動化功能正常發(fā)揮的一個重要因素。因此需要在管理方面進(jìn)行及時的調(diào)整和改革，完善自動化生產(chǎn)需要的管理規(guī)程，同時對操作人員及管理人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)，以適應(yīng)水廠自動化的發(fā)展需要。

3.結(jié)語

運用現(xiàn)代化的科技方法對自來水廠的生產(chǎn)過程實施有效管控，切實提升設(shè)施的運作效率以及安全性，最終實現(xiàn)供水過程的安全高效、高質(zhì)高量，這也是老舊水廠實施技術(shù)創(chuàng)新、系統(tǒng)改造的必然趨勢。自來水廠的技術(shù)管控過程是一個長期的、系統(tǒng)的過程，必須利用可靠的數(shù)據(jù)和同行的經(jīng)驗，同時聯(lián)系水廠自身的特征，爭取實現(xiàn)對老水廠的有效改造。

參考文獻(xiàn)

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