基于自來水廠生產(chǎn)過程中自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉瑞林（桂林市自來水公司，廣西桂林541003）

基于自來水廠生產(chǎn)過程中自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉瑞林（桂林市自來水公司，廣西桂林541003）

自來水廠生產(chǎn)過程的自動化設(shè)計，有助于自來水生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。文中首先分析了目前我國自來水生產(chǎn)過程中自動化控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，主要涉及其發(fā)展情況、自動化控制系統(tǒng)的特點以及一些應(yīng)用?；谝陨线@些分析，進(jìn)行了具體的自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括具體的幾個方面，通過對這些設(shè)計點的說明進(jìn)一步解釋了設(shè)計項目的實現(xiàn)方式。

自來水廠；自動化；設(shè)計；實現(xiàn)

1 引言

自來水作為人們生活中不可缺少的一部分，它的提供就成為現(xiàn)在科學(xué)研究的重要一部分，因此這就涉及到自來水廠生產(chǎn)過程中。同時，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步與發(fā)展，無論在那些研究上我們都不能忽略自動化控制系統(tǒng)。目前的一個問題是，我國的一些制造廠商所制造出的儀器質(zhì)量與國外相同種類的產(chǎn)品還存在很大的差距，不能滿足自來水廠的要求，這促使新的設(shè)計方案需要提出。水廠始終以實用為出發(fā)點，在全面使用國產(chǎn)設(shè)備的前提下，關(guān)鍵要不斷加強(qiáng)水質(zhì)，盡可能地減少設(shè)備運行費用，健全、改善相關(guān)的生產(chǎn)工藝設(shè)備，與此同時，制作出為自身實際情況量身定做的監(jiān)控管理系統(tǒng)也是必不可少的一項任務(wù)。由于歷史和現(xiàn)實的原因，我國水廠自動化的總體發(fā)展水平還不高，發(fā)展也不平衡。在自來水廠的建立過程中，要處理好其綜合自動化系統(tǒng)，并能夠合理的對自來水生產(chǎn)過程中的管理和控制相互結(jié)合，從而更大可能地提高自來水生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低能耗，推動社會的可持續(xù)發(fā)展。有的自控系統(tǒng)從未運行過，一直處于閑置狀態(tài)；有的運行一段時間后變?yōu)榱耸謩樱踔撂幱诎c瘓狀態(tài)，造成了自動化系統(tǒng)和設(shè)備的極大浪費?；谶@些情況，一項合理有效的設(shè)計需要考慮好多細(xì)節(jié)性的問題。

2 自來水廠自動化現(xiàn)狀

受多種因素的影響，當(dāng)前我國自來水廠其生產(chǎn)過程的自動化發(fā)展水平還相對落后，許多地區(qū)的發(fā)展趨勢與效應(yīng)也不盡相同。自來水業(yè)的科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)較為落后，缺乏在供水技術(shù)領(lǐng)域的監(jiān)控管理崗位能力，人才少。我國自來水廠的自動化工作起步較晚，但發(fā)展很快。發(fā)展我國自來水行業(yè)的生產(chǎn)自動化應(yīng)當(dāng)按照自身所需，發(fā)展成為具備中國特色的發(fā)展路徑，隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，自來水廠生產(chǎn)過程的自動化設(shè)計要積極引進(jìn)先進(jìn)的控制技術(shù)和設(shè)備，在對國外的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備實施引入，汲取其經(jīng)驗的同時，也不可以“照單全收”，應(yīng)當(dāng)從我國國情出發(fā)，加強(qiáng)對自來水生產(chǎn)過程的管理和控制。

2.1 我國水廠自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展

我國水廠自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展起初是處于相對零散的控制階段，然后進(jìn)入自來水廠相對綜合的階段，最終發(fā)展為供水系統(tǒng)的系統(tǒng)化的協(xié)調(diào)階段。具體來說，首先是水廠各部分分別進(jìn)行自動控制，每個獨立系統(tǒng)之間沒有任何關(guān)系；進(jìn)入下一個時期，整個水廠作為一個綜合自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，同時各獨立子系統(tǒng)又可以獨立工作；在第三個階段要求在一個區(qū)域的供水企業(yè)共享信息，實現(xiàn)整個城市或地區(qū)供水系統(tǒng)的自動控制。

2.2 自來水廠自動化控制系統(tǒng)特點

自來水廠的自動化系統(tǒng)根據(jù)不同類型的變量設(shè)置不同的掃描時間，實時采集整個自來水廠各種設(shè)備的運行狀態(tài)，并根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)和工藝要求自動調(diào)節(jié)各種設(shè)備的運行參數(shù)和狀態(tài)。系統(tǒng)的設(shè)置具有一定的安全性，而且是針對系統(tǒng)的構(gòu)成和工藝流程要求來進(jìn)行合理安排。，這樣可以防止被別人隨意動用東西。系統(tǒng)還可運行在自動、手動啟動工藝流程和手工操作三種控制方式，使得系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)性和靈活性大大提高。當(dāng)然，由于系統(tǒng)之間各種設(shè)備交錯復(fù)雜，因此優(yōu)良的監(jiān)視系統(tǒng)也是很有必要的，這樣就可及時準(zhǔn)確地對各種異常情況給出報警信息。在計算機(jī)屏幕上相應(yīng)區(qū)域閃爍報警，并可在打印機(jī)上輸出。

2.3 目前自來水廠自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

建立一個對生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制來實現(xiàn)水廠控制系統(tǒng)管控一體化，同時還把現(xiàn)場信息和水廠管理信息結(jié)合起來形成具有水廠控制和企業(yè)管理功能的綜合自動化系統(tǒng)。

以此同時，PLC在自來水廠自動化系統(tǒng)的應(yīng)用也是很重要的。PLC是可編程邏輯控制器，是一種具有微處理機(jī)的數(shù)位電子設(shè)備。早期的PLC，主要用于實現(xiàn)原來由繼電器實現(xiàn)的順序控制、定時器、計數(shù)器等功能。軟件編程主要采用類似于繼電器控制邏輯的梯形圖語言。用于自動化控制的數(shù)位邏輯控制器，可以將控制指令隨時加載內(nèi)存內(nèi)儲存與執(zhí)行。

3 自來水廠生產(chǎn)過程自動化的設(shè)計與實現(xiàn)

具體的控制工作需要根據(jù)中央控制站點、配電室控制站點以及濾池公共部分控制站點等方面的共同作用，實現(xiàn)現(xiàn)代自來水廠的自動化控制系統(tǒng)運行的高效性。應(yīng)用自動控制系統(tǒng)可以有效地改善水質(zhì)和水體的渾濁程度，提升自來水廠的信譽度以及經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 現(xiàn)代自來水廠自控系統(tǒng)的要素

就自控方面來說，水廠自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式可以劃分為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)和集散型控制系統(tǒng)兩部分，也就是工業(yè)個人計算機(jī)與可編程邏輯控制器構(gòu)成的系統(tǒng)等。各水廠根據(jù)實際情況，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，在施工工藝應(yīng)用的過程中，包含的環(huán)節(jié)相對較為復(fù)雜。取水、藥劑的制備和加工等方面的重要性不言而喻。自來水廠通常是將整個工藝按控制單元劃分。自來水廠控制工作逐漸采用自動控制的方式已經(jīng)成為一種普遍的趨勢，在實際的工作中，需要相關(guān)的操作人員對不同的自動控制方式加強(qiáng)了解，保證操作的可實施性。自來水廠發(fā)展的特點各不相同，但是相互之間也存在著緊密的聯(lián)系。

圖1 水廠自動控制系統(tǒng)組成示意圖

3.2 自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)

常規(guī)意義上，可以按照設(shè)備的布點與功能執(zhí)行，將自動化系統(tǒng)分為幾個站點：中央站、取水站、加氯站、加藥站、沉淀池站、配電站、濾池的公共部分站、濾池站、送水站。結(jié)合自來水廠生產(chǎn)運行情況，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，構(gòu)建自來水廠生產(chǎn)過程的電氣自動化機(jī)械系統(tǒng)，推動自來水廠的快速發(fā)展。

3.2.1 水質(zhì)檢測系統(tǒng)的自動化設(shè)計

當(dāng)前，自來水廠生產(chǎn)過程中使用的自動化儀表主要包括壓力、溫度、水位、流量儀表和水質(zhì)檢測分析儀器。自動化水質(zhì)檢測系統(tǒng)是自來水廠生產(chǎn)過程中確保排水和供水水質(zhì)的重要模塊，也是自來水處理過程中一個關(guān)鍵工藝。當(dāng)前，傳統(tǒng)的控制手段和控制技術(shù)已經(jīng)難以滿足自來水廠的水處理要求，現(xiàn)代化自來水廠需要建立自動化水處理控制系統(tǒng)，應(yīng)用經(jīng)典控制理論，隨著機(jī)械制造技術(shù)、自動化技術(shù)的快速發(fā)展，各種現(xiàn)代化自動化檢測儀表不用涌出。構(gòu)建自動化水處理控制模型，全面控制加氯和藥劑投放過程，實現(xiàn)時變、非線性的水處理控制系統(tǒng)。

3.2.2 機(jī)電一體化設(shè)計

自來水廠生產(chǎn)過程的機(jī)電一體化設(shè)計，顧名思義，就是將機(jī)械工程和自動化進(jìn)行相互結(jié)合的一種方式，由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化、管控一體化等概念向自動化領(lǐng)域的滲透。機(jī)電一體化方面的研究與應(yīng)用雖然起步比較晚，但是面對全球經(jīng)濟(jì)競爭的市場，使得自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)面臨一場深刻的變革，這種變革也必將對水工業(yè)自動化產(chǎn)生重大影響。

關(guān)于形成的信息自動化管理系統(tǒng)，測控中心將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過匯總、統(tǒng)計、分析等進(jìn)行正常的運行，同時提供的數(shù)據(jù)等有用信息供管理中心操作人員實時掌握各部門的運行情況。更重要的是，在必要的時候，還可以通過機(jī)電一體化的作用實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，這樣更是極大地提高工作效率。

圖2 一般水廠網(wǎng)絡(luò)層次圖

4 結(jié)束語

水資源的缺乏以及水體污染是我們面臨的緊迫問題。隨著科技的不斷發(fā)展，自動化的功能已經(jīng)逐漸涉及到了信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域、智能領(lǐng)域、以及管理控制一體化領(lǐng)域，自動化的發(fā)展極大地促進(jìn)了我國當(dāng)前工業(yè)的發(fā)展力度，進(jìn)一步推動了自來水行業(yè)的步伐，特別小型的自來水廠。企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)是管控信息集成的基本條件，沒有信息網(wǎng)絡(luò)就不可能實現(xiàn)企業(yè)橫向和縱向信息的溝通和匯集，以及與外部世界的信息溝通，其科技能力的提高有目共睹。因此，自來水廠依然應(yīng)當(dāng)以自動化控制系統(tǒng)為主力方向發(fā)展，可以肯定的是，建網(wǎng)的目標(biāo)在于實現(xiàn)全企業(yè)范圍內(nèi)的信息資源共享，這也必然是我國水行業(yè)自動化控制技術(shù)發(fā)展的總趨勢。

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TP273.5

A

2095-2066（2016）33-0270-02

2016－10－28

劉瑞林（1982－），男，漢族，桂林人，工程師，本科，主要從事信息自動化管理工作。