自動化控制系統(tǒng)在自來水廠節(jié)能降耗中的應用

摘 要：當前城市自來水廠十分重視自動化控制系統(tǒng)構(gòu)建，通過合理對制水各個工藝進行自動化控制，不斷挖掘水廠的節(jié)能降耗潛力，會給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益，本文對自動化控制系統(tǒng)在自來水廠節(jié)能降耗中的應用進行了闡述，希望為我國城市自來水廠成功構(gòu)建自動化控制系統(tǒng)提供參考。

關鍵詞：PLC 自動化控制 節(jié)能降耗

自來水廠應用自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)取水、制備和添加藥劑、沉淀及送水，可提高取水工作效率，減小藥耗與能耗，并降低工作強度，有效加強自來水廠的管理水平，顯著提高自來水水質(zhì)，使企業(yè)獲取最大的經(jīng)濟效益與社會效益。本文綜合分析自來水廠的自動化控制系統(tǒng)中多個控制站，選取一級控制站進行研究，重點研究PLC自動化控制系統(tǒng)在控制站軟件和硬件方面的設置。

1、制水工藝流

當前我國城市自來水廠的制水工藝流程采用最先進的深度處理工藝，自來水廠的自動化控制儀表設備主要采用分布式的集散控制系統(tǒng)，且融合互聯(lián)網(wǎng)控制技術與網(wǎng)絡技術，可完成自來水廠制水工藝自動化管控，有效提高自來水廠的制水工作效率與送水速率。自來水廠的制水工藝流程比較復雜，具體如下：取水→制備和添加藥劑→前加氯→混凝→平流沉淀與過濾沉淀→后加氯→清水池→補氯→送水。水廠主要的能源消耗包括電量、水量、加藥量及消毒氯氣消耗量等，為更好地控制能源的消耗，必須對水廠各工藝進行相應的節(jié)能控制。

2、自來水廠取水泵節(jié)能控制系

2.1取水泵站自動化控制系統(tǒng)設計

通常取水泵站應設計4臺取水泵，實現(xiàn)自來水廠原水的有效供應，其是自來水廠能源消耗的關鍵。由于取水泵消耗電量比較大，因而應將取水泵分成兩組，其中運行的變頻泵應設置成變頻泵組，而變頻泵和定速泵要設定成定速組。這樣每次運行過程中至少需開啟一臺變頻器，如果運行的變頻泵達到預定時間，同時另一變頻泵未運行，就會自動切換到另一變頻泵。而自動化控制系統(tǒng)就會依照清水池的水位變化相應的調(diào)節(jié)水泵運行數(shù)量。

2.2取水泵節(jié)能降耗的控制方法

科學調(diào)節(jié)取水變頻泵頻率。其中原水變頻泵工作頻率應該控制在最小與最大頻率區(qū)間，并運用SCADA系統(tǒng)完成設定。自來水廠原水變頻泵頻率要依照清水池水位具體設定值進行調(diào)整。通過PLC來調(diào)節(jié)變頻泵頻率，而變頻泵頻率和頻率閾值一般用百分比進行表示。通過PLC記錄變頻泵工作停止之前的相應頻率，利于變頻泵啟動之后可以維持之前的工作頻率。

定速泵啟動數(shù)量調(diào)節(jié)。需定義兩個限定值：（Ⅰ）是一臺定速泵在啟動后的變頻泵頻率，（Ⅱ）是一臺定速泵在停止之后變頻泵的頻率。自來水廠定速泵啟動數(shù)量應根據(jù)變頻泵具體工作頻率進行設定，同時為有效管控定速泵數(shù)量。

3、加藥劑系統(tǒng)的自動化設計方法

3.1加藥系統(tǒng)自動化設計

自動化控制的目的是控制藥物消耗量。自來水廠的加藥系統(tǒng)自動化設計目的是管控聚合氯化鋁的添加，實現(xiàn)加藥系統(tǒng)的節(jié)能與降耗。因而自來水廠應設定3臺加藥計量泵，且計量泵速度應利用PLC進行計算，然后通過通信實現(xiàn)速度的給定有效控制。而聚合氯化鋁的加藥泵速度PLC設計需綜合分析下述幾方面因素：首先，計算聚合氯化鋁的投加泵額定相應投加流量、其次計算聚合氯化鋁的具體濃度、其主要在配藥完成之后利用系統(tǒng)進行自動計算，最后是沉淀池的進水流量，用PLC進行計算，若是投加濃度和原藥濃度以及泵沖程不變，而投加泵頻率與沉淀池進水量就會呈現(xiàn)現(xiàn)行關系。另外為確保節(jié)能降耗效果，設計過程中要依照各種原水濁度實現(xiàn)投加比例的科學調(diào)節(jié)。

3.2加氯消毒站自動化程序設計

自來水廠中加氯系統(tǒng)主要由氣源系統(tǒng)、真空加氯系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)以及電氣檢測儀表系統(tǒng)等構(gòu)成。為能夠了解加氯是否處于手動或者是自動加氯狀態(tài)，應在加氯機中設置加氯機手動/自動選取信號。自來水廠的加氯控制設計分成前加氯控制設計與后加氯控制設計，其中前加氯控制設計功能是去除藻類與破壞膠體，因此前加氯通常要依照遠水流量的比例進行投加，如果加氯機發(fā)生故障，就會在SCADA中發(fā)出警報，同時自動切換到備用前加氯機狀態(tài)。而后加氯控制設計，其功能是確保出廠水中的氯含量控制在合理區(qū)域內(nèi)，能夠?qū)η逅嘏c出水管道完成消毒。而控制原理與前加氯控制基本相同，若是加氯機發(fā)生故障，也會在SCADA中發(fā)揮警報，同時自動切換到備用前加氯機工作狀態(tài)。可設2臺加氯機，一用一備。當加氯機產(chǎn)生故障時，在SCADA上發(fā)出警報，并自動切換至另一臺備用前加氯機。

4、沉淀池排泥系統(tǒng)的自動化控制設計

自來水廠中沉淀池排泥系統(tǒng)包含排泥閥與排泥車。實現(xiàn)沉淀池排泥的節(jié)能與降耗核心是保證排泥時排水的科學應用，且污泥排放過程中盡可降低排水。

4.1沉淀池排泥閥的管控

自來水廠中沉淀池排泥閥通常是進行周期性排泥，而排泥周期與排泥閥的具體開閥時間要根據(jù)實際情況進行設置。排泥周期設置時，用戶要依照原水水質(zhì)科學設定排泥周期，盡量降低排泥時間。設定各個排泥閥的具體開閥時間時，用戶應分析平流沉淀池特點，合理設定相應的開閥時間。

4.2排泥車控制

因沉淀池一般為100m長，根據(jù)沉淀池相關沉淀特點，自來水廠沉淀池進水至出水過程中，池底沉積的厚度規(guī)律是由多至小，呈現(xiàn)逐級遞減的特點。為保證排泥車排泥效果，實現(xiàn)節(jié)能與降耗，自來水廠排泥車中行走電機應該選擇變速電機，且沉淀池進水端應慢速行走，但沉淀池出水端應快速行走，或是排泥車中行走電機選擇定速電機，這樣排泥車就能實現(xiàn)節(jié)能。

5、送水泵站的自動化控制

5.1送水泵站的控制系統(tǒng)設計

自來水廠中送水泵房常設置4臺清水泵 2臺變頻泵與2臺定速泵。正常運行中是3用1備。但自來水廠送水泵工作狀態(tài)下至少一臺變頻器要運行，若是運行變頻泵的設定工作時間到時，同時另一變頻泵未運行，這樣就會自動切換到另一變頻泵。送水泵站系統(tǒng)分成兩個小組，一組為運行變頻泵設計成變頻泵組（P401A/C），另一組定速泵（P401B/D）設定成定速。另外變頻泵具體工作頻率需依照出水廠壓力的設定數(shù)值進行調(diào)整，而定速泵啟動數(shù)要依照變頻泵的工作頻率設定啟動臺數(shù)。

5.2送水泵站節(jié)能降耗控制方法

提高變頻泵的工作頻率，送水泵站變頻泵的工作頻率主要根據(jù)用戶設計的壓力值和實際管道壓力計進行設定，而PLC可應用PID運算實現(xiàn)變頻泵工作頻率的調(diào)整，如果管道的壓力未達到用戶所設定的壓力，就要提高變頻泵的工作效率；合理調(diào)節(jié)加壓變頻泵工作頻率，進行加壓變頻泵工作頻率設計時，應依照SCADA進行設定壓力值，且完成PID恒溫控制，通過PLC實現(xiàn)變頻泵工作頻率的調(diào)節(jié)；合理確定定速泵啟動臺數(shù)，送水泵站中定速泵啟動臺數(shù)，主要根據(jù)變頻泵的工作頻率設定；為加強定速泵工作臺數(shù)的管控，應定義兩個限定值：限定值（Ⅰ）增加一臺定速泵時變頻泵頻率限定值，（Ⅱ）停止一臺定速泵時變頻泵頻率，合理確定啟動單臺送水的定速泵，如果變頻泵的工作頻率超過限定值（Ⅰ），同時至少一臺定速泵運行，就要啟動一臺定速泵。降低變頻泵的工作效率，PLC應用PID運算實現(xiàn)變頻泵工作頻率的調(diào)節(jié)，如果管道壓力超過用戶設計的壓力，就應該合理降低變頻泵的工作效率；

6、結(jié)束語

隨著智能化管理模式的應用和推廣，電氣自動化控制系統(tǒng)展現(xiàn)極大的商業(yè)潛力，主要是因它同時實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、高安全系數(shù)以及低能耗，在滿足供水需求的同時，保證供水質(zhì)量及水廠的經(jīng)濟效益，該技術在自來水廠中具有很好的推廣前景。

參考文獻

[1]丁寶忠.自動化控制系統(tǒng)在自來水廠中的應用淺析[J].科技資訊，2014（29）.

作者介紹：邵流坤，1981年7月，男，大學本科，從事水廠自動化技術工作。