智慧水廠控制系統(tǒng)運用

黃智，謝花

（中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410004）

城鎮(zhèn)給水系統(tǒng)由各生產(chǎn)構(gòu)筑物和輸配水管網(wǎng)組成，保障城市居民及企業(yè)等用水系統(tǒng)。水在日常生產(chǎn)生活中占有極其重要的地位，缺水將會直接影響居民生活、工業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟發(fā)展。因此，給水工程是每個城市及其生產(chǎn)企業(yè)的一個重要基礎(chǔ)設(shè)施，必須保證足夠的水量、合格的水質(zhì)、充裕的水壓供應(yīng)生活用水、生產(chǎn)用水和其他用水，當(dāng)然還要兼顧今后的發(fā)展需求，包括對水量需求的增長及水質(zhì)品質(zhì)要求的提高。

1 水廠智能控制系統(tǒng)分析

水廠常規(guī)處理工藝：原水→混凝→沉淀（澄清或氣?。^濾→消毒→飲用水。混凝是在靜態(tài)混合器中投加堿式氯化鋁，機械攪拌澄清池或折板沉淀池進行沉淀絮凝，過濾設(shè)備常采用V型濾池或翻板濾池。最后投加液氯或次氯酸鈉進行消毒(如圖1)。經(jīng)過凈水廠中各處理構(gòu)筑物處理后，出廠水能夠達到飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1

1.1 水質(zhì)數(shù)據(jù)采集

目前，部分水廠沒有水源水質(zhì)檢測，或水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)仍主要采用現(xiàn)場采集－實驗室分析的方法。該方法存在水質(zhì)采樣不足、缺乏自動測報能力、水質(zhì)監(jiān)測信息處理不及時，沒有對突發(fā)性污染事故的預(yù)警能力等問題。通過在水源上游安裝水源監(jiān)測站，利用溫度傳感器、流速傳感器、PH傳感器、COD傳感器、氨氮傳感器、硝氮傳感器、葉綠素傳感器、總磷傳感器對水源水質(zhì)環(huán)境進行實時信息采集，并通過數(shù)據(jù)傳輸終端進行發(fā)送。能夠自動連續(xù)采樣、實時記錄數(shù)據(jù)并預(yù)警，方便工作人員觀察水質(zhì)的連續(xù)變化情況（如表1）。

表1

1.2 濾池控制系統(tǒng)

（1）恒水位過濾控制。正常過濾時，現(xiàn)場I/O控制單元采集濾池超聲波液位計檢測的當(dāng)前液位值，并將此檢測值通過現(xiàn)場以太網(wǎng)總線傳送至PLC與預(yù)設(shè)參考值進行比較運算，然后將調(diào)節(jié)信號通過以太網(wǎng)傳回到遠程控制I/O單元，通過I/O端輸出調(diào)節(jié)信號至濾池出水閥，調(diào)節(jié)閥門開啟度，以維持恒水位過濾。

（2）反沖洗控制。濾池反沖洗，常采用的是氣水反沖洗技術(shù)，根據(jù)此種反沖洗技術(shù)的特點，濾池的控制采用集中控制與就地控制相結(jié)合的方式。氣水反沖洗技術(shù)：在濾層結(jié)構(gòu)不變或稍有松動的條件下，利用高速氣流擾動濾層，促使濾料強烈互撞摩擦，加上氣泡振動對濾料表面的擦洗，使表層污泥脫落，然后利用水沖使污泥排出池外。氣水反沖洗方法不僅提高了沖洗效果還延長過濾周期，從而節(jié)約沖洗水量。

①反沖洗的條件。該格濾池的所有閥門及反沖洗泵等設(shè)備處于正常工作狀態(tài)，無故障報警。自動方式：在上位機或濾池控制臺的操作面板上將控制方式轉(zhuǎn)換到時間模式、液位模式（可同時選擇），此時，PLC主站將計算參數(shù)傳送至運程I/O控制單元，包括：設(shè)定運行時間、濾池出水閥的開度（全開時，阻塞值超限）等參數(shù)，并開始進行反沖洗，這兩個參數(shù)是并列關(guān)系，哪一值先到，就按哪個反沖洗。手動控制方式：在濾池控制臺的操作面板上或中央控制室，點擊 一鍵反洗 按鈕，可以手動控制濾池的反沖洗。該種方式的反沖洗請求為最高級別，無論其他反沖洗請求條件是否滿足，都會進入反洗隊列進行排隊。

②濾池反沖洗排序。同一時間只允許一格濾池執(zhí)行反沖洗程序。如果某格濾池達到反沖洗條件，但其他濾池正處于反沖洗程序狀態(tài)時，則該格濾池保持原有狀態(tài)，進入排隊等待狀態(tài)。濾站PLC按照 先進先出 的原則對處于等待狀態(tài)的濾池進行排序。

1.3 加藥控制系統(tǒng)

混凝是凈水系統(tǒng)中最重要的工藝過程，也是制水成本的主要組成部分，同時混凝劑的投加量的準(zhǔn)確性直接影響著最終出水水質(zhì)。目前，傳統(tǒng)的混凝投藥自控技術(shù)如下：

（1）鍵控加藥：在值班電腦上根據(jù)所監(jiān)控的原水流量、濁度、和加藥流量。在電腦上實現(xiàn)中控啟停計量泵，并且在界面上可以調(diào)節(jié)計量泵的頻率，從而改變加藥流量，不需要操作人員到現(xiàn)場進行操作。

（2）自動加藥：首先進行數(shù)據(jù)采集，把原水溫度、原水流量、濁度、和加藥流量等通過采集來的模擬信號送至PLC中，根據(jù)加藥系數(shù)、修正系數(shù)等計算出來的數(shù)據(jù)，再通過模擬信號輸出到對應(yīng)的變頻器中，實現(xiàn)頻率的變化，從而控制加藥量的大小。

1.4 送水泵房控制系統(tǒng)

送水泵房控制系統(tǒng)，負責(zé)水廠送水泵房有關(guān)設(shè)備及出廠水水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)控及檢測。

主要自控功能：

（1）送水泵房機組根據(jù)命令通過程序?qū)崿F(xiàn)機組開停的一步化操作。

（2）水泵根據(jù)管網(wǎng)水量的需要或管網(wǎng)壓力以及調(diào)度命令，可自動調(diào)節(jié)水泵頻率控制。

（3）水泵根據(jù)水廠生產(chǎn)的需要采用PID自動調(diào)節(jié)水泵運行轉(zhuǎn)速。自動狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)速與總管壓力連鎖，如電機轉(zhuǎn)速達到最大值，壓力仍不滿足要求時，電機運行數(shù)量不會自動增加，此時需要人工干預(yù)，控制電機啟動數(shù)量。

1.5 污泥脫水系統(tǒng)

原水經(jīng)明礬溶液絮凝反應(yīng)，經(jīng)過折板絮凝區(qū)在沉淀池沉淀，絮凝區(qū)經(jīng)角式排泥閥排出泥水，沉淀池經(jīng)吸泥機排出泥水至排泥池。排泥池水下推流攪拌機運轉(zhuǎn)防止泥水沉淀，后經(jīng)排水泵排出至濃縮池。濃縮機運轉(zhuǎn)，初步使泥水分離，后經(jīng)重力壓至平衡池。泥水經(jīng)平衡池進料泵房中的螺桿泵及污泥切割機處理后，排至脫水機房。泥水進入離心脫水機，由進料泵房提供的PAM藥劑，使泥固化，后經(jīng)脫水機離心處理后，螺旋傳送機運至儲泥斗后成為泥餅運出。泥水進管道重新排回排泥池再次進行循環(huán)處理。藥劑投加均由脫水機房PLC子站及中控室進行監(jiān)測完成。

2 智慧水務(wù)綜合管理系統(tǒng)

智慧水務(wù)綜合管理系統(tǒng)通過高速可靠的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)，采用云計算方式，將監(jiān)控系統(tǒng)部署到云服務(wù)器上。打破傳統(tǒng)控制系統(tǒng)獨立運行，信息不通暢等問題，使獨立的過程控制自動化、管網(wǎng)調(diào)度指揮、泵站水壓檢測等部分有機融合，解決供水企業(yè)生產(chǎn)運營的全過程監(jiān)控自動化和管理信息化。用于水廠、管網(wǎng)供水調(diào)度，保證供排水全周期運行監(jiān)測。提高事故預(yù)防及應(yīng)急處理能力，將各項資源全面整合利用，實現(xiàn)供排水各個環(huán)節(jié)聯(lián)動作業(yè)，達到全生產(chǎn)鏈管理的先進水平(如圖2)。

圖2

3 結(jié)語

智能控制將自來水現(xiàn)代化生產(chǎn)與現(xiàn)代通信技術(shù)及現(xiàn)代化控制技術(shù)相結(jié)合，不僅可以實現(xiàn)自來水系統(tǒng)的信息采集自動化及自來水生產(chǎn)工藝流程控制自動化而且可以實現(xiàn)供排水各個環(huán)節(jié)聯(lián)動作業(yè)，達到全生產(chǎn)鏈管理的目標(biāo)。同時可以減少自來水供水系統(tǒng)人力的投入，節(jié)約人力成本，增加經(jīng)濟效益和社會效益。