淺談電氣自動化控制系統(tǒng)在水廠中的應(yīng)用

文/王向武 濟(jì)南泓泉制水有限公司 山東濟(jì)南 250118

淺談電氣自動化控制系統(tǒng)在水廠中的應(yīng)用

文/王向武 濟(jì)南泓泉制水有限公司 山東濟(jì)南 250118

由于供水工程建設(shè)大多處于傳統(tǒng)形式，自動化程度較低，導(dǎo)致水廠運(yùn)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(shù)在供水中的應(yīng)用，并提出切實(shí)可行的解決對策。

電氣；自動化控制；水廠；應(yīng)用

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國民生活水平的不斷提高，自來水的普及面越來越廣，人們對于自身健康意識也越來越強(qiáng)，所以對于自來水的質(zhì)量要求也更加越嚴(yán)格，這就迫使自來水廠必須拋棄傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)控制，提高自來水處理的技術(shù)，保證高質(zhì)量的自來水供給。下面，筆者主要對電氣自動化控制系統(tǒng)在水廠中的應(yīng)用問題進(jìn)行了分析。

1、現(xiàn)代自來水廠自控系統(tǒng)的主要內(nèi)容

1.1當(dāng)前水廠采用自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

水廠自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，從自控的角度可以劃分為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)和集散型控制系統(tǒng)，即個(gè)人計(jì)算機(jī)與可編程邏輯控制器構(gòu)成的系統(tǒng)等。SCADA系統(tǒng)組網(wǎng)范圍大，通訊方式靈活，但實(shí)時(shí)性較低，對大規(guī)模和復(fù)雜的控制實(shí)現(xiàn)較為困難。DCS系統(tǒng)則采用分級分布式控制，在物理上實(shí)現(xiàn)了真正的分散控制，且實(shí)時(shí)性較好，但應(yīng)用軟件的編程工作量較大，對開發(fā)和維護(hù)人員要求較高，開發(fā)周期較長。IPC+PLC系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)分級分布控制，又可實(shí)現(xiàn)集中管理分散控制。而且PLC本身可靠性高，組網(wǎng)、編程和維護(hù)很方便，開發(fā)周期很短，系統(tǒng)內(nèi)的配置和調(diào)整又非常靈活，可與工業(yè)現(xiàn)場信號直接相連，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。因此，IPC+PLC系統(tǒng)成為當(dāng)今水廠自動控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式。自來水廠主要的控制技術(shù)與核心組成基本相同，主要有水質(zhì)檢測技術(shù)、水處理控制技術(shù)、變頻節(jié)能技術(shù)與綜合自動化系統(tǒng)四個(gè)方面。

1.2水廠自控系統(tǒng)組成以及制水工藝流程

1.2.1水廠自控系統(tǒng)組成

自來水廠是將整個(gè)工藝按控制單元?jiǎng)澐?，主要包括：取水泵房自動控制系統(tǒng)、送水泵房自動控制系統(tǒng)、加礬自動控制系統(tǒng)、加氯自動控制系統(tǒng)、格柵配水池控制系統(tǒng)、反應(yīng)沉淀池控制系統(tǒng)、濾池氣水反沖洗控制系統(tǒng)、配電控制系統(tǒng)、水廠中央控制室自動化調(diào)度系統(tǒng)，這些工藝單元內(nèi)設(shè)備相對集中。根據(jù)這些特點(diǎn)，自控系統(tǒng)較多采用PLC＋I(xiàn)PC的集散控制系統(tǒng)（DCS）模式。采用PLC+IPC系統(tǒng)的水廠自動化控制設(shè)計(jì)，一般是采用多主站加多從站結(jié)構(gòu)，能夠較好的滿足水廠自動化的監(jiān)控、保護(hù)要求?？刂泣c(diǎn)分布在水廠內(nèi)不同的位置，采用就近控制原則，在設(shè)備集中區(qū)分別設(shè)置不同的PLC站對該區(qū)域設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，再通過通訊網(wǎng)絡(luò)，各PLC站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)水廠的自動化控制。

1.2.2水廠制水工藝流程

各水廠根據(jù)實(shí)際情況，其工藝流程千差萬別，設(shè)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(dá)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(jìn)行反應(yīng)，并排出反應(yīng)后沉淀的污泥；平流沉淀：與混凝劑反應(yīng)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(zhì)（石英砂）以去除其中懸浮雜質(zhì)使水澄清，并定時(shí)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(wǎng)。

2、電氣自動化控制系統(tǒng)及其水廠中的應(yīng)用情況

2.1水處理控制技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自來水廠的電氣自動化程度不斷加深。水廠內(nèi)的自動化控制系統(tǒng)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(zhì)量要求越來越高，人工的水處理技術(shù)已經(jīng)不能達(dá)到人們對于健康飲水的標(biāo)準(zhǔn)。水處理自動控制技術(shù)的根據(jù)水質(zhì)數(shù)據(jù)的變化，快速實(shí)現(xiàn)濾池的沖洗，及時(shí)控制藥劑的投加頻率和投加量，達(dá)到水質(zhì)指標(biāo)要求。

2.2水質(zhì)檢測自動化技術(shù)

水處理中的自動檢測技術(shù)，即水質(zhì)檢測技術(shù)是保證供水和排水水質(zhì)的重要手段，也是指導(dǎo)水處理工藝運(yùn)行過程的重要依據(jù)，隨著自動化技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)等的發(fā)展，出現(xiàn)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(zhì)測量分析儀表，如pH測量儀、流動電流檢測儀、漏氯報(bào)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(tǒng)的電磁流量計(jì)外，還出現(xiàn)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(shí)現(xiàn)水廠自動化的基礎(chǔ)，在日本等發(fā)達(dá)國家除大面積使用現(xiàn)有成熟儀表外，還不斷開發(fā)出新的檢測儀表并發(fā)展相關(guān)的檢測技術(shù)，不斷擴(kuò)大檢測范圍，提高檢測精度。

2.3自動變頻控制技術(shù)

在水處理行業(yè)中，普遍存在著用水量變化較大的問題，在不同的季節(jié)、不同的時(shí)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(tǒng)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(shí)，如果水泵機(jī)組按高峰期的用水量運(yùn)行，雖可通過調(diào)節(jié)閥門來滿足用水需求，但供水能量損耗大，而且還會影響機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，根據(jù)用水需求自動控制水泵機(jī)組運(yùn)行，且實(shí)現(xiàn)節(jié)能，是水廠自動化技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。變頻調(diào)速是一項(xiàng)有效的節(jié)能降耗技術(shù)，其節(jié)電效率很高，幾乎能將因設(shè)計(jì)冗余和用水量變化而浪費(fèi)的電能全部節(jié)省下來。變頻調(diào)速控制技術(shù)，是指以變頻調(diào)整原理為基礎(chǔ)，在保證供水可靠性的前提下，根據(jù)供水系統(tǒng)用水量的變化情況，自動調(diào)整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，以達(dá)到降低能耗、提高效率的目的。這一技術(shù)是比較科學(xué)，可靠性較高的一種調(diào)節(jié)水泵工況的方式。變頻器是一種以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)通過改變頻率來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的工業(yè)裝置。作為一種先進(jìn)的調(diào)速裝置，變頻器不但調(diào)速范圍廣、可靠性高、操作與維護(hù)方便，而且節(jié)電效果明顯。應(yīng)用變頻器來實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能供水，可以通過采用恒壓變量或變壓變量兩種方式來實(shí)現(xiàn)。恒壓變量供水系統(tǒng)通過調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供水流量）來保證供水壓力不變，該系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，應(yīng)用廣泛。變壓變量供水系統(tǒng)則根據(jù)用戶用水量的變化同時(shí)調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供水流量）和供水壓力，很明顯該方案節(jié)能效果更好。但是由于水頭損失等受各種因素影響，難以準(zhǔn)確確定，實(shí)際應(yīng)用的很少。

結(jié)語：

總而言之，經(jīng)過長期的實(shí)踐證明，電氣自動化控制系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用具有極大的商業(yè)潛力，主要是因?yàn)樗瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、高效率、高安全系數(shù)以及低能耗，這種自動化處理系統(tǒng)在保證水質(zhì)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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