自動(dòng)控制系統(tǒng)在企業(yè)水處理過程中的研究與應(yīng)用

一、研究的意義

現(xiàn)代水廠自動(dòng)化系統(tǒng)主要有水質(zhì)檢測技術(shù)、水處理技術(shù)、變頻節(jié)能技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)四個(gè)方面。在結(jié)合中石化長嶺分公司水務(wù)作業(yè)部水處理車間自動(dòng)化系統(tǒng)新建工程的基礎(chǔ)上，主要研究了其中三個(gè)方面，即水處理控制技術(shù)、變頻節(jié)能技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。

水處理控制技術(shù)是保證供水水質(zhì)的關(guān)鍵，供水水質(zhì)的影響深遠(yuǎn)，是城市經(jīng)濟(jì)良好運(yùn)行和居民安全用水的重要保障；變頻節(jié)能技術(shù)是水廠降低電耗的關(guān)鍵，它根據(jù)供水系統(tǒng)用水量的變化情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵工況，使之運(yùn)行在高效率區(qū)間，同時(shí)也能減少機(jī)械噪音，改善勞動(dòng)條件；網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是現(xiàn)代企業(yè)對生產(chǎn)管理的一個(gè)重要手段，它能把現(xiàn)場信息與管理信息結(jié)合起來，使得更加安全、穩(wěn)定、可靠地管理好整個(gè)企業(yè)的供水系統(tǒng)。

總之，希望通過研究，將幾種先進(jìn)的控制理論和控制方法應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去，研制出相應(yīng)的新工藝，建立一整套水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)裝置，從而使得企業(yè)的供水安全可靠、節(jié)能環(huán)保和高效管理。

二、研究的現(xiàn)狀

1.我國水處理自動(dòng)控制的現(xiàn)狀

我國自來水廠的自動(dòng)化工作起步較晚，但發(fā)展較快。從六十年代簡單的水位控制發(fā)展到七十年代采用熱工儀表和集中巡檢裝置，八十年代隨著國家工業(yè)水平的整體提高，使水廠進(jìn)入了大規(guī)模的發(fā)展年代，特別是大量國外先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)與設(shè)備進(jìn)入我國，是我國水廠自動(dòng)化進(jìn)程大大加快，自動(dòng)化水平也快速提高。

2.國外水處理自動(dòng)控制的現(xiàn)狀

在國外，如加拿大、德國等發(fā)達(dá)國家基本實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的全自動(dòng)化，而且開始進(jìn)行分質(zhì)供水，同時(shí)對水廠內(nèi)部的自控系統(tǒng)也在不斷地進(jìn)行改進(jìn)和提高。主要的自動(dòng)控制系統(tǒng)有DCS（Distributed Control System）系統(tǒng)，即集散控制系統(tǒng)、IPC+PLC（Industrial Personal Computer Programmable Logic Controller）系統(tǒng)，即工業(yè)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。前者采用分級分布式控制，控制實(shí)時(shí)性好，但編程工作量大，對開發(fā)和維護(hù)人員要求高，開發(fā)周期長。后者既可實(shí)現(xiàn)分級分布式控制，也可集中管理控制，工作量小，開發(fā)周期短，特別是可與工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)直接相連，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。這些先進(jìn)的控制理論和控制方法為我們項(xiàng)目的研究提供了一個(gè)很好基礎(chǔ)，其應(yīng)用前景令人鼓舞。

三、研究目標(biāo)與內(nèi)容

1. 研究目標(biāo)

通過項(xiàng)目組成員及企業(yè)分析技術(shù)人員的技術(shù)攻關(guān)，在中石化長嶺分公司水處理車間供水生產(chǎn)過程幾個(gè)關(guān)鍵部分中，改進(jìn)現(xiàn)有的自動(dòng)控制體系構(gòu)成和自動(dòng)控制策略，如送水泵站的自動(dòng)控制、濾池的自動(dòng)控制等；同時(shí)通過比較分析幾種先進(jìn)的自動(dòng)控制方法，找出與企業(yè)實(shí)際條件相適應(yīng)的最優(yōu)控制方法；提出一種供水系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)方案。為水處理裝置開工后提供高效的技術(shù)保障，為企業(yè)產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提供有力的保障。

2. 研究內(nèi)容

本項(xiàng)目具體的研究內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：

①自動(dòng)加礬子控制系統(tǒng)的最優(yōu)化控制方法設(shè)計(jì)與應(yīng)用；

②加氯自動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施；

③建立和應(yīng)用變頻供水系統(tǒng)；

④建立和應(yīng)用供水網(wǎng)絡(luò)通訊體系；

3. 擬解決的關(guān)鍵問題

項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵問題如下：

①尋找出與生產(chǎn)實(shí)際相適應(yīng)的自動(dòng)加礬/加氯子控制系統(tǒng)的控制方法。

化工企業(yè)對于水質(zhì)指標(biāo)的控制與水處理效率的要求非常高，這就要求一方面新設(shè)備、新工藝必須投入使用，另一方面必須找出最優(yōu)的控制方法，在現(xiàn)代控制理論中，有智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、遺傳算法等先進(jìn)的控制理論。我們首先要做的是比較這幾種控制理論，得到最有效的控制效果。

②解決水處理裝置節(jié)能問題

在可持續(xù)發(fā)展的大背景下，企業(yè)要進(jìn)行節(jié)能減排，就必須考慮裝置的節(jié)能問題。在水處理行業(yè)中，普遍存著用水量變化較大的問題，并且不同季節(jié)、不同時(shí)段都有著持續(xù)的變化。高峰期按低峰時(shí)段供水量供水，顯然就供水不足；低峰期按高峰時(shí)段供水量供水，顯然能量損耗，資源浪費(fèi)。因此，根據(jù)用水量自動(dòng)控制水泵機(jī)組的運(yùn)行，是本項(xiàng)目的一個(gè)重要問題。

③供水車間的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)通訊問題

現(xiàn)代化的企業(yè)管理包括：企業(yè)內(nèi)部各環(huán)節(jié)之間和企業(yè)內(nèi)部與外部之間高效的信息交換。而車間現(xiàn)狀是系統(tǒng)各自獨(dú)立，互不相關(guān)，這必須得到改變。引入社會(huì)服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，如自來水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS），自動(dòng)抄表系統(tǒng)（AMR），辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS）等，實(shí)現(xiàn)整個(gè)供水系統(tǒng)的信息交流，管理調(diào)度，現(xiàn)場控制等的綜合管理體系。

四、研究方法及可行性分析

本項(xiàng)目的研究方法主要是調(diào)研法、查閱資料法、實(shí)驗(yàn)法等。一是調(diào)研法。深入相關(guān)行業(yè)企業(yè)一線調(diào)查研究，對中石化長嶺分公司水處理車間進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，研究、確定項(xiàng)目成果的真實(shí)性和時(shí)效性；二是查閱資料法。閱讀相應(yīng)的分析標(biāo)準(zhǔn)，如國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，研究國內(nèi)外相關(guān)方面的專著和論文，收集相關(guān)文獻(xiàn)資料，借鑒他人研究成果；三是實(shí)驗(yàn)法。分析方法的開發(fā)必須建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，只有通過反復(fù)地實(shí)驗(yàn)，得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，才能做出正確的說明和判斷，才能定出操作規(guī)程。

五、研究的創(chuàng)新之處

①研究的對象為化工企業(yè)（重污染，高危險(xiǎn)，省支柱產(chǎn)業(yè)）中的水供給與處理系統(tǒng)；

②在設(shè)計(jì)改進(jìn)型的最優(yōu)自動(dòng)加礬/加氯子系統(tǒng)控制方案時(shí)，利用現(xiàn)代先進(jìn)的控制理論；

③分析了變頻供水的節(jié)能原理，在建立工程模型的基礎(chǔ)上，投入實(shí)際生產(chǎn)；

④在中石化長嶺分公司大檢修階段，接觸到了工業(yè)生產(chǎn)一線的資料，項(xiàng)目是在充分實(shí)踐的基礎(chǔ)上，利用水務(wù)作業(yè)部現(xiàn)有的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行研究與分析的。

基金項(xiàng)目：本文為2014年湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目《中石化長嶺分公司水務(wù)作業(yè)部水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用》（項(xiàng)目編號(hào)：14C0737）階段性研究成果.

（作者單位：湖南省石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院）