電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水廠中的實(shí)踐分析

康銘銘

摘要：一些水廠采用傳統(tǒng)工藝建設(shè)，運(yùn)行管理成本相對(duì)比較高，且故障頻發(fā)。結(jié)合水廠日常生產(chǎn)需求，將電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用到水廠建設(shè)中，提高自動(dòng)化水平，降低運(yùn)行成本。文章簡(jiǎn)要論述水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)特點(diǎn)及內(nèi)容，對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水廠中的實(shí)踐應(yīng)用加以探討。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;控制系統(tǒng);水廠;工藝流程

前言：水資源污染對(duì)人們的日常生活產(chǎn)生了不良影響。自來(lái)水廠要結(jié)合國(guó)民需求，進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，選用先進(jìn)的工藝手段，對(duì)自來(lái)水進(jìn)行清潔、處理，提高飲用水質(zhì)量，保障國(guó)民健康及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性、靈活性、報(bào)警功能等，將其應(yīng)用到自來(lái)水廠工藝生產(chǎn)中，效果非常好。

1 水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)特點(diǎn)

實(shí)時(shí)性。該系統(tǒng)掃描時(shí)間依據(jù)各類(lèi)型變量而定，采用專(zhuān)業(yè)技術(shù)手段和方法，對(duì)自來(lái)水廠各類(lèi)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行采集，結(jié)合設(shè)備狀態(tài)、工藝要求等，對(duì)各個(gè)設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行靈活調(diào)整。

可靠性。水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)為組態(tài)結(jié)構(gòu)，具備集中監(jiān)視、分布式控制特征，每個(gè)控制單元都具備獨(dú)立特征，互不影響，任一位置發(fā)生故障，其余部位仍處于正常運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)還能夠?qū)Ω鱾€(gè)分站的PLC模板進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，能夠在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障，繼而報(bào)警，然后依據(jù)要求對(duì)故障模板進(jìn)行更換[1]。設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟、硬件時(shí)，還要添加保護(hù)功能，一旦自動(dòng)控制失效，在第一時(shí)間改變控制方法，用手動(dòng)控制替代，使設(shè)備保持穩(wěn)定運(yùn)行。

安全性。依據(jù)該系統(tǒng)構(gòu)成、工藝流程等，對(duì)各操作級(jí)別進(jìn)行靈活設(shè)置和區(qū)分。不同操作人員操作權(quán)限也存在差別，可對(duì)非法操作進(jìn)行有效禁止。與此同時(shí)，這一系統(tǒng)還能夠?qū)Ω黝?lèi)設(shè)備狀態(tài)、相互聯(lián)鎖關(guān)系等，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使手動(dòng)操作更加安全，規(guī)避危險(xiǎn)操作的同時(shí)，還具備報(bào)警功能。

靈活性。這一系統(tǒng)控制方法靈活，細(xì)分為自動(dòng)、手動(dòng)、手工操作三類(lèi)。倘若采用手動(dòng)方式，操作人員能夠?qū)Ω髟O(shè)備運(yùn)行進(jìn)行直接控制，并對(duì)各類(lèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效采集。例如，手動(dòng)機(jī)旁控制，使生產(chǎn)檢修工作、調(diào)試等相關(guān)操作更加便利。

易用性。用戶(hù)界面為人機(jī)友好界面，具備圖形化特征。以圖形、曲線等方式，在大屏幕上，把設(shè)備狀態(tài)、工藝流程、參數(shù)等各指標(biāo)直觀顯示出來(lái)。該過(guò)程中，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖形，便能夠把各類(lèi)控制操作直觀讀取出來(lái)。

報(bào)警功能。水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠?qū)Ω髟O(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)生異常情況，立即報(bào)警，電腦屏幕上出現(xiàn)閃爍報(bào)警信號(hào)，在打印機(jī)輸出即可。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，會(huì)有報(bào)警信息記錄，便于后續(xù)查詢(xún)，使故障分析工作更加簡(jiǎn)潔、方便[2]。

2 水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)容

2.1 當(dāng)前水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

多元信息環(huán)境下，全自動(dòng)化控制方式在自來(lái)水廠應(yīng)用普遍，數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、集散型控制共同組成自控流程。該系統(tǒng)中，除了個(gè)人計(jì)算機(jī)外，還包括可編程邏輯控制器。各個(gè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)和缺陷兼而有之。以SCADA系統(tǒng)為例，組網(wǎng)范圍大，通訊方式靈活、簡(jiǎn)便，然而控制效果不佳，很難大范圍應(yīng)用。再比如，DCS系統(tǒng)以分級(jí)分布式控制為主，雖可大范圍控制，但時(shí)效性差，而這個(gè)系統(tǒng)也比較復(fù)雜，對(duì)開(kāi)發(fā)、維護(hù)工作提出了非常高的要求，操作難度大。近年，IPC+PLC控制系統(tǒng)因其先進(jìn)性和優(yōu)越性，備受青睞，在各水廠應(yīng)用普遍，控制方式靈活，不僅能夠分級(jí)分布控制，集中控制效果也非常好[3]。加之，PLC可靠性強(qiáng)，應(yīng)用方式靈活，在較短時(shí)間內(nèi)便可開(kāi)發(fā)出來(lái)，不會(huì)耗費(fèi)太多成本，連接現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，使機(jī)電呈現(xiàn)一體化特征。故而，選定IPC+PLC控制系統(tǒng)，推廣至各個(gè)自來(lái)水廠。

2.2 水廠自控系統(tǒng)構(gòu)成及制水工藝

自控系統(tǒng)構(gòu)成：自來(lái)水廠單元構(gòu)成復(fù)雜，類(lèi)目多，各單元都有與之相對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)。諸如，加礬、加氧、反應(yīng)沉淀池、配電控制控制系統(tǒng)及水廠中央控制室自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)。上述系統(tǒng)均選用PLC控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)形式是多主站+多從站，便于自動(dòng)化監(jiān)控、保護(hù)水廠?？刂泣c(diǎn)分布也非常特殊，在水廠各點(diǎn)位就近監(jiān)控，繼而發(fā)揮通訊網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，在PLC站點(diǎn)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使這項(xiàng)工作更加便利，使水廠呈現(xiàn)自動(dòng)化控制特征。該監(jiān)控方式的優(yōu)點(diǎn)在于自動(dòng)化程度高，無(wú)需耗費(fèi)太多人力資源，規(guī)避了各類(lèi)不良問(wèn)題，使水廠運(yùn)作更加有序，經(jīng)濟(jì)成本低。

制水工藝流程。自來(lái)水廠遍布各個(gè)城市，不同地區(qū)，不同水廠的制水工藝流程存在差別，需要結(jié)合外部環(huán)境、水廠情況，把制水流程確定下來(lái)。這個(gè)過(guò)程中，無(wú)論取水，還是制備藥劑都非常關(guān)鍵。在取水過(guò)程中，使用數(shù)臺(tái)大型離心泵，抽取江、河等地表水，使之進(jìn)入凈水廠，開(kāi)始制水工作。依據(jù)自來(lái)水生產(chǎn)要求，適當(dāng)投放藥劑，完成制水工作，提高自來(lái)水質(zhì)量[4]。

3 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水廠中的實(shí)踐分析

3.1 水處理控制技術(shù)

受科學(xué)技術(shù)影響，自來(lái)水廠電氣設(shè)備呈現(xiàn)自動(dòng)化特點(diǎn)?，F(xiàn)如今，水廠中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)非常完備，使自來(lái)水處理能力不斷提高。多元城市背景下，人們對(duì)水質(zhì)要求非常高，人工水處理技術(shù)存在諸多限制，甚至不能夠滿(mǎn)足健康飲水標(biāo)準(zhǔn)。水處理自動(dòng)化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù)變動(dòng)情況，在較短時(shí)間內(nèi)，沖洗濾池，對(duì)藥劑的投加頻率、投加量進(jìn)行控制，提高水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為用戶(hù)供應(yīng)高質(zhì)量自來(lái)水。

3.2 水質(zhì)檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)

自來(lái)水廠在供水之前，需要嚴(yán)格檢測(cè)水的質(zhì)量。自來(lái)水檢測(cè)工作相對(duì)比較專(zhuān)業(yè)，水質(zhì)檢測(cè)工具是自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀。發(fā)揮這一設(shè)備優(yōu)勢(shì)，科學(xué)監(jiān)測(cè)水位、溫度、流量、壓力等各個(gè)指標(biāo)。該過(guò)程中，還會(huì)用到pH測(cè)量?jī)x、漏氯檢測(cè)儀、流動(dòng)電流檢測(cè)儀等各類(lèi)設(shè)備。檢測(cè)設(shè)備不同，作用也存在差別。以水流量測(cè)量為例，既要使用傳統(tǒng)電磁流量計(jì)，還會(huì)用到一些非接觸儀表，通過(guò)這種方式，使水流量測(cè)量工作更加科學(xué)、準(zhǔn)確[5]。水質(zhì)測(cè)量過(guò)程中包含的各類(lèi)指標(biāo)比較多。比如，水位、溫度等，儀表精密度比較高，能夠?yàn)橛脩?hù)提供安全用水。在水廠中，檢測(cè)儀表非常關(guān)鍵，其作用不容忽略，需要通過(guò)創(chuàng)新，使自來(lái)水監(jiān)測(cè)工作更加精確，保證人民群眾用水健康。

3.3 自動(dòng)變頻控制技術(shù)

水廠在水的供應(yīng)方面非常講究，不僅要關(guān)注季節(jié)變化，還會(huì)對(duì)居民用水需求進(jìn)行考量。用水需求受地域、季節(jié)等因素影響，存在高峰期和低峰期之分。水廠在自來(lái)水供應(yīng)過(guò)程中，一定要靈活調(diào)整水壓。處于用水高峰時(shí)，將供水壓力增大，保證充足的自來(lái)水供應(yīng)量，滿(mǎn)足居民用水需求。反之，在用水低峰期，對(duì)供水水壓進(jìn)行適當(dāng)控制，對(duì)水資源浪費(fèi)問(wèn)題加以規(guī)避，以免對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾。在水廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，依據(jù)用水需求，對(duì)水泵機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行靈活控制。該過(guò)程中，自動(dòng)變頻控制技術(shù)備受青睞，除了控制水廠能耗外，還可節(jié)省因設(shè)計(jì)、用水量變化等引發(fā)的電能浪費(fèi)[6]。該技術(shù)依托變頻調(diào)整原理發(fā)展而來(lái)，正常供水的同時(shí)，還需要結(jié)合供水系統(tǒng)用水量變化，對(duì)水泵工作狀況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，不斷提高供水效率，滿(mǎn)足供水需求的同時(shí)，減少不必要的能源消耗。

4 水廠電氣自動(dòng)化控制方案

反沖洗和濾池沖洗。結(jié)合處理方式，將該控制方案細(xì)分為定時(shí)、定量處理兩種類(lèi)型。前者在控制過(guò)程中，把時(shí)間作為執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，后者則是依據(jù)自來(lái)水濾池中的實(shí)際流量，對(duì)反沖洗和沖洗控制加以確定。當(dāng)自來(lái)水處于穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，任一處理方式，都能夠在一定程度上提高自來(lái)水質(zhì)量。

漏氯和加氯控制方法。其中，加氯控制方法非常關(guān)鍵，可細(xì)分為前加氯系統(tǒng)和后加氯系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)工作內(nèi)容、職責(zé)存在差別。前者將氯添加到原始水源中，能夠消除微生物，完成第一階段清雜工作，后者對(duì)加氯過(guò)程的控制非常嚴(yán)格，將濾池剩余氯量、出水量、監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)PLC作為參考標(biāo)準(zhǔn)。濾池中自來(lái)水含氯量在預(yù)定值以上，在第一時(shí)間啟動(dòng)漏氯控制系統(tǒng)，使之發(fā)揮作用，吸收掉超量氯氣，為自來(lái)水生產(chǎn)工作提供保障，使之質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

單閉環(huán)自動(dòng)控制方式。結(jié)合自來(lái)水情況、特征，選擇自動(dòng)加藥方式，發(fā)揮自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)藥品進(jìn)行處理，使之處于攪拌混合狀態(tài)，達(dá)到良好的自動(dòng)化控制效果。正確的操作流程是：以中央控制系統(tǒng)為界面，把標(biāo)準(zhǔn)SCD值設(shè)定出來(lái)，繼而發(fā)揮SCD檢測(cè)儀優(yōu)勢(shì)，全面檢測(cè)自來(lái)水水質(zhì)，以4-20MA信號(hào)形式，把檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化出來(lái)，信號(hào)轉(zhuǎn)化工作結(jié)束后，傳遞至PLC。將其與預(yù)先設(shè)定的預(yù)測(cè)值、實(shí)際檢測(cè)數(shù)值結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到良好的自動(dòng)化控制效果，使水廠生產(chǎn)全過(guò)程均屬于自動(dòng)化控制狀態(tài)[7]。依托二者之間差異考量，采用專(zhuān)業(yè)技術(shù)方法，科學(xué)調(diào)整自動(dòng)化控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)性能，為水廠生產(chǎn)工作提供便利。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水廠生產(chǎn)工藝復(fù)雜，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，優(yōu)選電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使之為自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程提供輔助，實(shí)施效果非常好，使自來(lái)水生產(chǎn)質(zhì)量、效率不斷提高，生產(chǎn)過(guò)程也更加安全，并對(duì)各類(lèi)能耗問(wèn)題進(jìn)行有效控制。該系統(tǒng)不僅能夠滿(mǎn)足供水需求，還可確保供水質(zhì)量達(dá)標(biāo)，有效保證了自來(lái)水廠經(jīng)濟(jì)效益，提高水處理能力。依據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，明確其內(nèi)容、構(gòu)成、制水工藝，同步應(yīng)用各類(lèi)技術(shù)，把水廠電氣自動(dòng)化控制方案制定出來(lái)，使自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程更加規(guī)范。

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