吳中水廠電氣自動(dòng)化應(yīng)用與生產(chǎn)管理思考

楊建峰

(蘇州吳中供水有限公司 江蘇蘇州215100)

蘇州吳中供水有限公司下屬吳中水廠建于1996 年，供水能力為15×104m3/d，取用太湖水作為水源水。2019 年吳中供水公司對(duì)吳中水廠實(shí)施臭氧-生物活性炭深度處理工藝改造，出廠水水質(zhì)優(yōu)于GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合改造工程將電氣自動(dòng)化控制應(yīng)用到水廠各車(chē)間全流程，進(jìn)一步提高了制供水安全保障能力和生產(chǎn)效率，提升了水廠生產(chǎn)管理水平。

1 吳中水廠自來(lái)水生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

1.1 太湖水源地取水口

吳中水廠水源地位于蘇州吳中區(qū)太湖寺前村，太湖水通過(guò)湖底2 根直徑為1.2 m 的管道流至取水泵站，湖體水質(zhì)指標(biāo)常年符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類(lèi)水要求。

1.2 取水泵站

取水泵房建造有電壓等級(jí)35/6 kV 的變電所和一級(jí)泵房，將由取水口流入的太湖水加壓提升，通過(guò)16.5 km 原水管道壓送到吳中水廠進(jìn)行凈化處理。

1.3 水廠折板絮凝平流沉淀池

吳中水廠建有4 組折板絮凝平流沉淀池，其前端安裝靜態(tài)混合器與原水管道串聯(lián)，加入混凝劑和消毒劑后，經(jīng)過(guò)折板反應(yīng)池絮凝進(jìn)入沉淀池沉淀，最后通過(guò)集水槽收集上清液至濾池過(guò)濾。

1.4 污泥脫水車(chē)間

吳中水廠沉淀池及絮凝池排水通過(guò)管道流入污泥脫水處理車(chē)間，經(jīng)尾水收集、加藥濃縮、推流均質(zhì)，最后進(jìn)入脫水設(shè)備進(jìn)行泥水分離。

1.5 砂濾池

吳中水廠有8 組普通快濾池、6 組V 型濾池。沉淀池出水流入砂濾池，過(guò)濾后的水再流到深度處理車(chē)間進(jìn)一步凈化，濾池反沖洗水回用到原水管道。

1.6 加藥間

加藥間包括混凝劑和消毒劑投加系統(tǒng)兩個(gè)部分，運(yùn)用計(jì)量泵將配制好的液態(tài)凈水劑和次氯酸鈉投加到靜態(tài)混合器內(nèi)。

1.7 深度處理車(chē)間

采用臭氧-生物活性炭吸附深度處理技術(shù)，砂濾池過(guò)濾后的水匯總進(jìn)入深度處理車(chē)間，首先進(jìn)行3 階段臭氧曝氣反應(yīng)，然后進(jìn)入活性炭濾池凈化處理。經(jīng)過(guò)深度處理的水再經(jīng)全面消毒后進(jìn)入水廠清水庫(kù)儲(chǔ)存，炭濾池反沖洗水回用到原水管道。

1.8 二級(jí)泵房

二級(jí)泵房與10 kV 變電所合建。水泵機(jī)組將儲(chǔ)存在清水庫(kù)的凈水加壓，通過(guò)輸水管道輸送至城市供水管網(wǎng)的各個(gè)用戶(hù)。

2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

吳中水廠中控室與二級(jí)泵房控制室合建，在取水泵站、沉淀池、砂濾池、深度處理車(chē)間、加藥間、脫水機(jī)房、臭氧制備車(chē)間設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)PLC(可編程控制器)站，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制。各PLC 站配有人機(jī)界面，方便巡檢操作。PLC 站獨(dú)立于中控室進(jìn)行本區(qū)域及相關(guān)工藝過(guò)程的監(jiān)控，并帶有不同級(jí)別的訪(fǎng)問(wèn)保護(hù)。廠區(qū)所有機(jī)電設(shè)備設(shè)三級(jí)控制模式：就地、現(xiàn)場(chǎng)PLC 控制、水廠中控室。現(xiàn)場(chǎng)PLC 控制、水廠中控室級(jí)均設(shè)有“手動(dòng)/自動(dòng)”兩種控制方式，就地控制級(jí)設(shè)有“就地/遙控”兩種方式?，F(xiàn)場(chǎng)控制單元與中控室控制優(yōu)先權(quán)，以“申請(qǐng)優(yōu)先”的方式通過(guò)程序確定，為無(wú)擾動(dòng)切換。當(dāng)上級(jí)中控室監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障，不影響泵站的運(yùn)行，操作人員可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)PLC 站按預(yù)先設(shè)置的運(yùn)行模式來(lái)監(jiān)控水泵機(jī)組的運(yùn)行。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)PLC 站發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)就地機(jī)旁箱上的“就地/遙控”選擇開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)就地手動(dòng)操作，機(jī)組仍能正常操作運(yùn)行。

對(duì)取水泵站及二級(jí)泵站這兩個(gè)泵站，主要是通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)水質(zhì)、水量、電量的數(shù)據(jù)傳輸和人機(jī)交互、自動(dòng)控制。水源地建立有水源水質(zhì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，對(duì)耗氧量、氨氮、DO 等指標(biāo)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。取水泵站建有原水預(yù)處理裝置，與水質(zhì)預(yù)警體系聯(lián)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)高錳酸鉀、粉末活性炭自動(dòng)投加。二級(jí)泵房建有出廠水在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，對(duì)出廠水水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)在線(xiàn)水質(zhì)儀表數(shù)據(jù)均與政府監(jiān)管部門(mén)共享。泵房機(jī)組能自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率或者增、減泵，而且保持分時(shí)恒壓或分時(shí)恒流量供水狀態(tài)。變電所高壓開(kāi)關(guān)柜采用微機(jī)綜保裝置及網(wǎng)絡(luò)儀表，直接安裝在開(kāi)關(guān)柜上，實(shí)施繼電保護(hù)、電量參數(shù)測(cè)量、狀態(tài)信號(hào)采集和數(shù)據(jù)變送，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上傳自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

在濾池的每個(gè)濾格設(shè)PLC 控制臺(tái)，可獨(dú)立完成恒水位、反沖洗的自動(dòng)控制，操作面板上可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于PLC 的手動(dòng)操作控制。濾池的自動(dòng)反沖洗由濾池PLC 控制單元和濾格PLC 子站共同完成。

沉淀池排泥閥及排泥機(jī)具備時(shí)間周期、排泥機(jī)運(yùn)行距離、往返頻次等可調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)排泥。加藥間次氯酸鈉、硫酸鋁、聚氯化鋁藥劑的稀釋、投加均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，自動(dòng)加藥系統(tǒng)與水源地水質(zhì)、過(guò)程水水質(zhì)、出廠水水質(zhì)實(shí)現(xiàn)多參數(shù)聯(lián)動(dòng)，根據(jù)各工藝點(diǎn)在線(xiàn)儀表數(shù)據(jù)反饋實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。污泥脫水車(chē)間根據(jù)調(diào)節(jié)池液位、流量等參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥、自動(dòng)脫水運(yùn)行控制。

水廠自動(dòng)化系統(tǒng)還建立運(yùn)行實(shí)時(shí)報(bào)警功能，包括水質(zhì)報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)報(bào)警、設(shè)備運(yùn)行報(bào)警和故障報(bào)警等。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生報(bào)警系統(tǒng)立即提示，彈出報(bào)警框告知事件情況，并發(fā)出警報(bào)聲。所有事件均按站點(diǎn)分別記錄在相應(yīng)的站點(diǎn)報(bào)警庫(kù)內(nèi)，既可以總覽全部報(bào)警事件，也可以按站點(diǎn)查詢(xún)報(bào)警事件。

水廠自動(dòng)化系統(tǒng)建立有自動(dòng)報(bào)表功能，數(shù)據(jù)采集周期、匯總值、歷史曲線(xiàn)趨勢(shì)圖均可自由調(diào)整設(shè)置。能自動(dòng)生成廠、站各類(lèi)運(yùn)行日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)等運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析報(bào)告。例如，可對(duì)水泵機(jī)組在不同運(yùn)行頻率下流量、用電量等數(shù)據(jù)生成能耗分析報(bào)告；對(duì)臭氧濃度、氧氣與用電量之間生成運(yùn)行成本測(cè)算報(bào)告；對(duì)各工藝點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)合用藥量、濾池反沖洗強(qiáng)度、周期等數(shù)據(jù)之間生成水質(zhì)指標(biāo)去除率與藥耗、自用水率分析報(bào)告，指導(dǎo)生產(chǎn)；對(duì)流量、水質(zhì)指標(biāo)、藥耗等數(shù)據(jù)信息之間生成分析報(bào)告，摸索規(guī)律。通過(guò)智能化分析，有效指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行管理工作。

3 水廠生產(chǎn)自動(dòng)化后帶來(lái)的管理思考

過(guò)去在水廠管理崗位的通常是工作經(jīng)驗(yàn)和閱歷豐富并年長(zhǎng)的人，他們遇見(jiàn)和處理水廠各類(lèi)情況的經(jīng)驗(yàn)比較多，面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)情況，知道什么問(wèn)題該怎么處理，但是也存在處理的滯后性。目前水質(zhì)情況復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備種類(lèi)繁雜，許多穩(wěn)定狀態(tài)的判斷可能有錯(cuò)誤，因而需要自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)告預(yù)警，用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)提示生產(chǎn)管理者當(dāng)前關(guān)注的是哪個(gè)設(shè)備、哪個(gè)儀表，是水質(zhì)還是能耗，第一時(shí)間告知潛藏的隱患，這使處理的時(shí)間縮短，成本降低。當(dāng)然經(jīng)驗(yàn)閱歷也重要，對(duì)企業(yè)來(lái)講，自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用管理與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合才是更好的結(jié)果。

水廠運(yùn)用數(shù)據(jù)描繪業(yè)務(wù)流程，用數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的健康良性發(fā)展[1-2]。在水廠各生產(chǎn)班組之間衡量各自生產(chǎn)效率、能耗、水質(zhì)、事件處理、工時(shí)對(duì)比等，可促進(jìn)組織效能的提升。同樣也可以通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)使員工的貢獻(xiàn)更好地勾勒出來(lái)，體現(xiàn)各自的競(jìng)爭(zhēng)力與優(yōu)勢(shì)，從而幫助企業(yè)樹(shù)立標(biāo)準(zhǔn)化模板、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)、標(biāo)準(zhǔn)流程等，指導(dǎo)生產(chǎn)管理，規(guī)范生產(chǎn)行為，保障水質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)安全。

通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，員工可以更新生產(chǎn)運(yùn)行管理的標(biāo)準(zhǔn)化技能、知識(shí)庫(kù)，促使員工的學(xué)習(xí)能力同步提升；高層領(lǐng)導(dǎo)可以直接接受更多的企業(yè)數(shù)據(jù)信息，基于系統(tǒng)智能化的貢獻(xiàn)做出更多更好的決策，同時(shí)也削弱了中層管理者的價(jià)值功能。由于過(guò)去生產(chǎn)管理職位大多會(huì)自下而上的升遷，管理者往往起步于生產(chǎn)一線(xiàn)某個(gè)崗位——化驗(yàn)工、凈水工、泵站工，當(dāng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制后，基層員工更多是由系統(tǒng)指令來(lái)管理，升遷的通道可能更少，而且員工受自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)管理，每個(gè)工作行為都會(huì)不斷受到監(jiān)控，員工也擔(dān)心自動(dòng)化系統(tǒng)導(dǎo)致的技術(shù)性失業(yè)，所以企業(yè)一定要對(duì)員工進(jìn)行再培訓(xùn)，確保員工的能力符合企業(yè)發(fā)展的要求[3-4]。

4 結(jié) 語(yǔ)

自動(dòng)化系統(tǒng)在吳中水廠的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了制水、加藥、濾池、泵房等車(chē)間無(wú)人值守，制水生產(chǎn)全流程精準(zhǔn)自動(dòng)控制，同時(shí)加強(qiáng)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息在各個(gè)環(huán)節(jié)的信息互通和價(jià)值挖掘，為水廠生產(chǎn)管理提供了智慧輔助功能，提高了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理水平，保障了供水可靠性和穩(wěn)定性，較好地實(shí)現(xiàn)了降本增效的目標(biāo)。同時(shí)通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，構(gòu)建了扁平化的水廠管理模式，也督促水廠管理崗位及一線(xiàn)基層崗位員工技能升級(jí)和思想觀念加速轉(zhuǎn)變，進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型，減少對(duì)人的依賴(lài)，形成新的生產(chǎn)力和組織能力。