自來水廠電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的構(gòu)建策略

位翱洋

（浙江中控信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，浙江杭州 310051）

近年來，人口數(shù)量急劇增長，導(dǎo)致水資源日益短缺。隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的高效發(fā)展，信息化已經(jīng)滲透到各個(gè)行業(yè)中，尤其是自來水廠。對(duì)此，在自來水廠中應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)自來水廠控制系統(tǒng)改革的關(guān)鍵所在，也是自來水廠供水生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)科學(xué)性、高效性的主要手段，將供水現(xiàn)代化生產(chǎn)管理推向更高的高度，有助于提高自來水廠的生產(chǎn)效率和出水質(zhì)量，緩解當(dāng)前水資源短缺的問題。

1 自來水廠的自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成

結(jié)合自來水廠的生產(chǎn)流程，將自來水廠中的自動(dòng)化系統(tǒng)分為4個(gè)工作站：水源站、投藥站、過濾站、送水泵站。將上述4個(gè)工作站歸納到自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，實(shí)施自動(dòng)化操作，基于自動(dòng)化建立主控室對(duì)整個(gè)系統(tǒng)下發(fā)指令進(jìn)行統(tǒng)一化的管理。

自來水廠的生產(chǎn)工作需要長時(shí)間、不間斷的進(jìn)行，為了保證人們可以隨時(shí)隨地使用水資源，自來水廠要最大限度地減少自動(dòng)化系統(tǒng)事故的發(fā)生概率。同時(shí)，一個(gè)城市會(huì)有多個(gè)自來水廠進(jìn)行水資源供應(yīng)。在具體設(shè)計(jì)給排水管道時(shí)，相關(guān)工作人員需要保證不同自來水廠供水管道相互連接，以保證某一個(gè)自來水廠在發(fā)生故障不能生產(chǎn)水資源或者水資源供應(yīng)量較低時(shí)其他自來水廠可以及時(shí)供應(yīng)水資源。在這樣的狀況下，造成自來水廠的分布面積太大而且比較密集，再加上地表上的自來水供應(yīng)設(shè)備比較分散，使得自來水廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在送水過程中不方便管理。

2 自來水廠電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的應(yīng)用意義

在城市自來水集中供水系統(tǒng)中，可結(jié)合自來水供水管網(wǎng)壓力的變化情況，應(yīng)用自動(dòng)化變頻技術(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的投切和轉(zhuǎn)速。即，在用水高峰時(shí)間段，自來水供水系統(tǒng)很容易出現(xiàn)壓力不穩(wěn)定的問題，自動(dòng)化變頻技術(shù)的出現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)水壓的恒定控制，利用供水PID 變頻控制器，實(shí)現(xiàn)水泵的固定變頻和循環(huán)變頻自動(dòng)切換的目標(biāo)，有效提高供水機(jī)械設(shè)備的工作效率。加壓泵和風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的電量消耗占整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行用電量的60 %，通過自動(dòng)化變頻控制技術(shù)的加壓泵的使用，可保證運(yùn)行的穩(wěn)定性，符合我國可持續(xù)發(fā)展的理念，有效節(jié)約電量35 %左右。

自來水廠主要是渾濁水體經(jīng)過沉積、過濾、施藥等環(huán)節(jié)的處理，最終還原成潔凈的自來水。在水體處理過程中，不同環(huán)節(jié)都有不同的凈水設(shè)備，只有保證凈水設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才能完成整個(gè)凈水工作。對(duì)此，相關(guān)工作人員要對(duì)凈水設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，保證凈水設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，避免因故障而引起凈水工作停滯。電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)是對(duì)凈水設(shè)備的全面管控，一般來說，電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)包括基層控制和主控制端?；鶎涌刂贫耸墙⒃谧詠硭畯S內(nèi)部，通過中控平臺(tái)對(duì)水廠內(nèi)部的凈水設(shè)備進(jìn)行全面控制；主控制端是對(duì)每個(gè)自來水廠的總體控制，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)自來水廠的凈水設(shè)備進(jìn)行有效的管控；或者向基層控制端下達(dá)調(diào)度指令。電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)有助于我們國家水利系統(tǒng)工作中的管理和調(diào)度，借助電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)隨時(shí)隨地對(duì)自來水廠內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)控，保證自來水廠及時(shí)獲得相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)信息的有效共享。

3 電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，隨著國家對(duì)自來水自動(dòng)化建設(shè)的重視，電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)得到了全面的推廣和宣傳。但是因?yàn)槲覈淖詠硭畯S電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)建設(shè)還處于初級(jí)發(fā)展階段，和國外某些發(fā)達(dá)國家進(jìn)行對(duì)比分析，還存在較大的差距，具體體現(xiàn)在自來水廠的凈水設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)不能緊密結(jié)合、相關(guān)工作人員自身的綜合素養(yǎng)較低等。面對(duì)這樣的狀況，需要水利部門積極引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)，通過汲取國外先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)，在我國的基本國情基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，建立切實(shí)、可行的自動(dòng)化管理體系。另外，由于我國自來水廠的自動(dòng)化建設(shè)并沒有得到全面的普及，在經(jīng)濟(jì)水平較差的地區(qū)并沒有進(jìn)行自動(dòng)化建設(shè)，再加上自來水廠內(nèi)部環(huán)境不具備自動(dòng)化建設(shè)的條件，這就需要相關(guān)工作人員加大對(duì)這些城市自來水廠的自動(dòng)化建設(shè)力度，提高自來水廠的供水質(zhì)量，為廣大人民群眾提供更為便利的水資源。

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)也得到了快速發(fā)展，并在發(fā)電廠和化工廠等方面得到了較好的應(yīng)用。與發(fā)電廠、化工廠進(jìn)行相比，自動(dòng)化技術(shù)在自來水廠控制系統(tǒng)中應(yīng)用得較晚，且自動(dòng)化程度較低?；诖?，國家也開始加大對(duì)自來水廠自動(dòng)化建設(shè)的投入力度，新建的自來水廠在自動(dòng)化程度方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于過去自來水廠的自動(dòng)化程度。雖然過去的自來水廠具有豐富的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，但是受到傳統(tǒng)思想的束縛，為了實(shí)現(xiàn)自來水廠的自動(dòng)化建設(shè)，相關(guān)工作人員需要投入大量的財(cái)力資源，并花費(fèi)大量的時(shí)間、精力，加快自動(dòng)化發(fā)展步伐。

4 自來水廠電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的構(gòu)建策略

4.1 水凈化處理控制

在自來水廠中，對(duì)于水凈化處理進(jìn)行全面監(jiān)管，有助于提高供水的質(zhì)量。在水處理過程中，相關(guān)工作人員需借助電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)中凈化功能對(duì)水資源進(jìn)行全方面的監(jiān)督：

（1）電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)通過對(duì)濾池進(jìn)行反復(fù)沖洗，保證水質(zhì)沉淀和過濾過程中的水質(zhì)質(zhì)量。而在沖洗過程中，需要注意以下兩點(diǎn)：①通過應(yīng)用電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)對(duì)沖洗時(shí)間、沖洗頻率、沖洗的量進(jìn)行妥善的控制，并對(duì)水廠作業(yè)實(shí)施智能化的監(jiān)管。②實(shí)施兩次沖洗工作，通過沖洗和反沖洗對(duì)濾池進(jìn)行凈化，有助于提高供水質(zhì)量。

（2）水凈化目的是為了對(duì)水中的微生物進(jìn)行消毒、殺菌，技術(shù)人員在水中加氟，從而發(fā)揮出消毒、殺菌的作用。在消毒凈化期間，相關(guān)工作人員借助電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)消毒過程進(jìn)行全面監(jiān)管，提高消毒水中霉菌的效果。在此期間，需要注意以下兩點(diǎn)：①相關(guān)工作人員要有效控制投氟量和實(shí)踐，便于投氟量達(dá)到規(guī)定的范圍。②對(duì)整個(gè)執(zhí)行過程進(jìn)行全方面監(jiān)督，保證其運(yùn)行效果更為良好。如果發(fā)現(xiàn)自來水廠中投入大量的氟，相關(guān)技術(shù)人員需要及時(shí)采用漏氟系統(tǒng)，對(duì)這些過量的氟進(jìn)行全面的吸收，防止水中氟的含量超標(biāo)，在達(dá)到消毒后提高供水質(zhì)量。

4.2 水質(zhì)檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)

在對(duì)自來水廠進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以使用新型自動(dòng)化檢測(cè)儀，其主要檢測(cè)內(nèi)容是水的流量、水位、溫度、水質(zhì)等。在檢測(cè)過程中，相關(guān)工作人員可以使用pH測(cè)量儀、流動(dòng)電流檢測(cè)儀、漏氟檢測(cè)儀，以保證水流量測(cè)量的精準(zhǔn)度，相關(guān)工作人員在使用傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)的基礎(chǔ)上，還可以使用非接觸儀表，便于水流量進(jìn)行有效的測(cè)量。在水質(zhì)檢測(cè)過程中，相關(guān)工作人員借助精密儀表，保證水位、溫度等方面測(cè)量的準(zhǔn)確，從而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的安全性。基于此，檢測(cè)儀表在水廠中的作用越來越明顯，并且已經(jīng)成為水廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)保證。隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)儀表也在逐步發(fā)展、創(chuàng)新，有助于測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性，從而為人們提供更為健康的水資源。

4.3 自來水廠自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)

自來水廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)作為智能化的控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程中，可有效提高自來水廠的生產(chǎn)能力，減少人工勞動(dòng)力，確保其生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性。但是，在長時(shí)間運(yùn)行過程中，很容易會(huì)發(fā)生各種各樣的故障，如果相關(guān)工作人員不能及時(shí)處理故障，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝的自動(dòng)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘胱詣?dòng)化系統(tǒng)，這對(duì)于維護(hù)電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)具有積極意義?，F(xiàn)階段，對(duì)于自來水廠自動(dòng)化系統(tǒng)來說，因?yàn)樽詣?dòng)化配件具備更新快的特征，這就造成了自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的配件一旦出現(xiàn)問題，便會(huì)存在更換的困難。部分配件已經(jīng)停產(chǎn)，不能購買相同型號(hào)、相同規(guī)格的配件，而且常規(guī)的配件采購渠道也不太流暢，再加上缺少高質(zhì)量、高專業(yè)、高素養(yǎng)的人才，造成自動(dòng)化系統(tǒng)在出現(xiàn)問題后不能得到具體的維修，嚴(yán)重影響電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)的使用，也不能具體發(fā)揮其本身的功能、價(jià)值。

4.4 電氣自動(dòng)化技術(shù)在自來水廠濾池反沖洗中的應(yīng)用

自來水廠在水處理生產(chǎn)過程中比較重要的環(huán)節(jié)就是對(duì)過濾池的沖洗，其沖洗效果直接影響水質(zhì)情況。因?yàn)椴糠肿詠硭畯S的反沖洗工作都是人工操作的，在一定程度上會(huì)增加操作難度，特別是鼓風(fēng)機(jī)和空壓機(jī)等設(shè)備，又增加了工作量。為了提高自來水廠的供水質(zhì)量，相關(guān)工作人員要對(duì)過濾池的沖洗環(huán)節(jié)進(jìn)行電氣自動(dòng)化技術(shù)改造。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)借助遠(yuǎn)程、集中、現(xiàn)場(chǎng)的集成監(jiān)控，減少其生產(chǎn)成本，在控制機(jī)械設(shè)備使用的同時(shí)還能減少工作量，并利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，保證網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)的靈活性、自由性。最后，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)濾池水質(zhì)情況，并在第一時(shí)間發(fā)出反沖洗的指令。

4.5 控制系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)控制、主控制以及相關(guān)的管理3種結(jié)構(gòu)。其中，現(xiàn)場(chǎng)控制主要是在自來水廠的現(xiàn)場(chǎng)終端進(jìn)行一定的視頻檢測(cè)。通過相關(guān)的視頻接口，促使在自來水廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺夭糠?，在此期間，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行全面分析，保證各項(xiàng)工作有效執(zhí)行。其次，通過相關(guān)的信號(hào)裝置在進(jìn)行各項(xiàng)工作過程中，精準(zhǔn)采集各部分的信號(hào)，促使相關(guān)的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳輸給其他人員，便于信息的共享。在進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，也可通過各個(gè)部分的站點(diǎn)所傳輸?shù)碾娦盘?hào)信息進(jìn)行綜合分析促使主控制室了解各個(gè)階段以及相對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況。

對(duì)于中央控制室來說，也就是主控制層，可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程中的各個(gè)站點(diǎn)所需要的信號(hào)以及相關(guān)的傳輸信號(hào)進(jìn)行綜合分析，具體分析出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。最后對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，促使其有效、穩(wěn)定的運(yùn)行。管理層一般都是人為管理，對(duì)其中存在的問題、故障不能系統(tǒng)識(shí)別后，需要進(jìn)行人工管理，才能保證自來水廠的安全運(yùn)行。

4.6 水泵設(shè)施的自動(dòng)化控制技術(shù)

水泵是供水方面的重要設(shè)施，借助電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的控制，結(jié)合城市、地區(qū)不同的供水需求，科學(xué)、合理地對(duì)管控水泵開啟數(shù)量以及功率進(jìn)行控制。一般來說，一個(gè)城市在正常工作日時(shí)，8:00—16:00，大部分居民群眾都處于工作狀態(tài)中，用水量很少；在17:00—22:00，因?yàn)榫用裣掳嗷丶抑笮枰鲲垺⑾词?、洗澡，在此期間會(huì)使用大量的水資源，是用水的高峰期；22:00—7:00，因?yàn)榫用袢罕娞幱谒郀顟B(tài)中，用水量較少。所以，相關(guān)工作人員要結(jié)合這一用水規(guī)律，借助電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)對(duì)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)功率進(jìn)行有效的控制，在低用水量時(shí)，減少水泵的運(yùn)行；在高用水量階段，增強(qiáng)水泵的運(yùn)行。通過這樣科學(xué)、合理的調(diào)控，延長水泵的使用年限，減少能源資源的消耗力度，符合國家推行的可持續(xù)發(fā)展理念。

4.7 變頻控制技術(shù)

受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)變動(dòng)的影響，自來水廠的水量需求也存在一定的波動(dòng)。在這樣的趨勢(shì)下，變頻控制技術(shù)順勢(shì)產(chǎn)生。變頻控制技術(shù)是按照檢測(cè)儀提供的水量、水位、水壓等信息，借助自動(dòng)控制取水水泵的手段，有效調(diào)整自來水廠的送水量。將變頻控制技術(shù)應(yīng)用于自來水廠中，改善自來水廠的工作標(biāo)準(zhǔn)、功率，有助于增強(qiáng)水資源的利用率，提高其送水質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的目標(biāo)。最后，相關(guān)工作人員要加大對(duì)變頻控制技術(shù)的研究，有效緩解當(dāng)前我國水資源緊缺的問題。

5 結(jié)束語

對(duì)于水資源的利用來說，在整體運(yùn)行過程中，要想實(shí)現(xiàn)水資源的有效利用，通過在自來水廠的運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化及其工程控制系統(tǒng)的集成，保證其運(yùn)行更為高效化、系統(tǒng)化。同樣地，在自來水廠應(yīng)用電氣自動(dòng)化工程控制系統(tǒng)是自來水廠發(fā)展和創(chuàng)新的必然趨勢(shì)，相關(guān)工作人員要強(qiáng)化自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用，有效降低人力、財(cái)力資源的投入力度，減少其生產(chǎn)成本，提高自來水廠自動(dòng)化程度，最終推動(dòng)自來水廠實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。