電氣自動化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用和發(fā)展

紀 巍

（中海油天津化工研究設(shè)計院有限公司，天津 300000）

0 引 言

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，電氣自動化技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的核心力量。由于地球上的水資源匱乏，如何將生活污水、工業(yè)廢水等不合格的水經(jīng)過一系列的處理變成合格的水，進行二次利用是非常重要的。因此，電氣自動化技術(shù)在水處理的工藝中扮演著重要的角色。在保障產(chǎn)水合格的同時，提高了生產(chǎn)效率，并且在降低人力成本、資源能耗等方面起到了重要的作用。

1 電氣自動化技術(shù)的概況及特點

1.1 電氣自動化技術(shù)的概況

電氣自動化技術(shù)融入了電子技術(shù)、微機控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、信號處理技術(shù)等相關(guān)知識。電氣自動化技術(shù)是一門具有對各種電氣設(shè)備進行監(jiān)測、診斷、控制等功能的綜合學科。在水處理工藝中有大量的電氣設(shè)備投入使用，電氣設(shè)備的性能和自動化控制水平的高低會直接影響到產(chǎn)水的效率和產(chǎn)水的品質(zhì)。在水處理的工藝中引入國際和國內(nèi)先進的電氣自動化技術(shù)，可以提高脫鹽率等一系列的指標，同時，在生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)對設(shè)備進行實時監(jiān)督與控制，對設(shè)備的平穩(wěn)運行起到了有效的保障。因此，在水處理領(lǐng)域中，電氣自動化發(fā)揮了不可忽視的作用。

1.2 電氣自動化技術(shù)的特點

1.2.1 有利于提高供電的質(zhì)量

電氣自動化中的自動電壓控制功能，將電子通信技術(shù)、計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)等應(yīng)用于改善電能質(zhì)量。當外界出現(xiàn)電壓波動或者出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)變化自動調(diào)節(jié)補償裝置，從而保障電能質(zhì)量，防止電氣設(shè)備保護的誤動作和拒動作。

1.2.2 有利于提高設(shè)備的平穩(wěn)運行

電氣自動化技術(shù)具有自診斷的功能。將每臺設(shè)備都引入到DCS系統(tǒng)，通過DCS系統(tǒng)可以對電氣設(shè)備進行遙控、遙測、遙信等。當電氣設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)會及時發(fā)現(xiàn)并且把故障設(shè)備快速的從系統(tǒng)中切除出去，保障了其他設(shè)備的平穩(wěn)運行，不會擴大事故范圍。

1.2.3 經(jīng)濟效益顯著

電氣自動化技術(shù)集成化程度高，其優(yōu)勢體現(xiàn)在功能強大，結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，節(jié)省空間，大大減少了占地面積。由于微處理器和集成芯片的市場相對成熟，價格方面占優(yōu)勢，這樣大大減少了前期的投資費用和后期的維護費用。其次，采用電氣自動化技術(shù)可以少人或者無人操作完成生產(chǎn)，節(jié)約人力資源，降低人工成本。

2 電氣自動化技術(shù)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)內(nèi)涵和系統(tǒng)配置

水處理的工藝比較多樣化，根據(jù)原水的水質(zhì)和產(chǎn)水的要求所需要的技術(shù)也多種多樣。其中有代表性的技術(shù)措施有MBR技術(shù)、雙模處理技術(shù)、EDI離子交換技術(shù)等。以某項目為例，該污水項目的自動控制系統(tǒng)采用了德國西門子公司的S7-200系列產(chǎn)品。在電量采集、流量采集、加藥、加氯等的CPU為CPU226。這個項目已經(jīng)形成了一整套電氣自動化控制系統(tǒng)，這套電氣自動化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)控、感應(yīng)、自動化處理與數(shù)據(jù)采集記錄的處理等功能，從而對整個污水項目進行全程監(jiān)控，無論哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可以及時發(fā)現(xiàn)并解決，有效防止了事故的發(fā)生。工作原理是自動檢測現(xiàn)場各個設(shè)備和儀表的數(shù)據(jù)，進行實時反饋，將信號反饋到現(xiàn)場PLC和中心控制室，由控制室的計算機屏幕顯示出來。同時，在PLC和計算機程序上進行工藝參數(shù)設(shè)定，自動對某臺設(shè)備進行操作，從而滿足安全高效的生產(chǎn)需求[1]。例如：在線加藥，在線洗膜等，無需人工調(diào)節(jié)。

2.2 加氯控制系統(tǒng)的應(yīng)用

有的水處理工藝中，只用過濾前加氯。即在原水過濾之前進行加氯控制，其中一個目的是要清除原水中含有的藻類等雜質(zhì)；還有一個目的是殺菌，防止細菌滋生附著在設(shè)備上。有的水處理工藝中不但在原水過濾前加氯，在過濾之后也進行加氯控制，是為了對過濾后的水進行消毒。加氯控制要根據(jù)水的指標進行自動控制，一般使用方式是根據(jù)水處理工藝的流程按順序控制。原水過濾之前的加氯控制技術(shù)一般是按流量比控制，按照原水的指標和流量以固定的量進行加氯。當原水的水質(zhì)反生變化時，加氯的量也會發(fā)生相應(yīng)的變化。在水過濾之后進行的加氯控制技術(shù)，大多是采用復合環(huán)路的方法進行控制。原理就是在對水進行過濾之后對流量進行投加的控制，經(jīng)過充分混合后對余氯進行檢測，根據(jù)檢測的數(shù)值控制投加的量，由此形成環(huán)路。這種控制方式相對于過濾前的加氯控制是比較復雜的。該污水項目為過濾前加氯，因此采用的控制方式為流量比方式[2]。

2.3 加藥控制系統(tǒng)的應(yīng)用

在進行加藥工作時，自動控制系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)水的相關(guān)數(shù)據(jù)，按比例或者按時間自動使用阻垢劑、非氧化殺菌劑、還原劑等相關(guān)藥劑，從而保證產(chǎn)水合格。該自動控制系統(tǒng)的方式為復合環(huán)投加控制的方式，其控制原理是對原水流量進行相應(yīng)比例調(diào)節(jié)，再根據(jù)產(chǎn)水的參數(shù)和加藥系統(tǒng)的設(shè)定值作系統(tǒng)比較，從而對原水量變化實現(xiàn)快速反應(yīng)，并及時對投藥量進行調(diào)整。

2.4 電氣自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

在水處理項目中，可以根據(jù)泵的液位計量將信號反饋到中央控制系統(tǒng)。通過自動控制系統(tǒng)對供水泵、高壓水泵、反洗水泵等的啟動和停止進行控制。例如：在RO裝置的反滲透高壓泵進出口裝有低壓保護開關(guān)和高壓保護開關(guān)。該電機的容量較大，一般選用變頻調(diào)速。當供水量不足使進入高壓泵的水壓低于某一設(shè)定值（一般為0.1 MPa），系統(tǒng)會發(fā)出信號，與此同時，高壓泵停止運行，保護高壓泵的使用壽命。當系統(tǒng)因誤操作或者其他原因使高壓泵的出口壓力超過某一設(shè)定值時，高壓泵的保護動作跳閘回路接通，高壓泵停止運行，保障系統(tǒng)內(nèi)的其他設(shè)備不受影響，從而有效提高了產(chǎn)水的效率。這套系統(tǒng)采用先進的西門子工業(yè)控制系統(tǒng)，主要用于遠程控制、在線監(jiān)測、在線加藥等。這套控制系統(tǒng)不僅有高性能低能耗的硬件，還有操作簡單、運行可靠、功能強大的軟件，并利用軟件進行在線編程和后臺監(jiān)控等。該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)遠方操作和就地操作的切換，在緊急狀態(tài)或非正常狀態(tài)下，對設(shè)備和閥門進行就地手動操作[3]。

3 結(jié) 論

隨著我國電氣自動化技術(shù)的迅猛發(fā)展，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在水處理行業(yè)中更是發(fā)展迅速。先進的電氣自動化技術(shù)既能降低運營成本，又能保障甲乙雙方的利益，真正實現(xiàn)了雙贏。水作為人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)中必不可少的重要資源，產(chǎn)出合格的水是非常重要的。通過電氣自動化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用，不僅能提高水質(zhì)提高產(chǎn)水量，還能有效降低能耗。隨著水處理工藝的不斷發(fā)展，電氣自動化也在不斷的發(fā)展，充分合理的利用先進的電氣自動化技術(shù)，既創(chuàng)造了社會效益又創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

[1] 張 峰.智能控制在水處理工業(yè)中的研究和應(yīng)用[D].長沙：中南大學，2009.

[2] 王鐵軍.水處理電氣自動化技術(shù)應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導報，2012，（11）：71.

[3] 賀彥峰.電氣自動化的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017，（36）：2169-2170.