淺談電氣自動化控制系統在水廠中的應用

王向武

【摘要】由于供水工程建設大多處于傳統形式，自動化程度較低，導致水廠運行管理成本日益提高。因此，本文對供水模式展開討論，分析電氣自動化技術在供水中的應用，并提出切實可行的解決對策。

【關鍵詞】電氣；自動化控制；水廠；應用

隨著國家經濟的發展，國民生活水平的不斷提高，自來水的普及面越來越廣，人們對于自身健康意識也越來越強，所以對于自來水的質量要求也更加越嚴格，這就迫使自來水廠必須拋棄傳統的經驗控制，提高自來水處理的技術，保證高質量的自來水供給。下面，筆者主要對電氣自動化控制系統在水廠中的應用問題進行了分析。

1、現代自來水廠自控系統的主要內容

1.1當前水廠采用自動控制系統的結構形式

水廠自動控制系統的結構形式，從自控的角度可以劃分為數據采集與監視控制系統和集散型控制系統，即個人計算機與可編程邏輯控制器構成的系統等。SCADA系統組網范圍大，通訊方式靈活，但實時性較低，對大規模和復雜的控制實現較為困難。DCS系統則采用分級分布式控制，在物理上實現了真正的分散控制，且實時性較好，但應用軟件的編程工作量較大，對開發和維護人員要求較高，開發周期較長。IPC+PLC系統既可實現分級分布控制，又可實現集中管理分散控制。而且PLC本身可靠性高，組網、編程和維護很方便，開發周期很短，系統內的配置和調整又非常靈活，可與工業現場信號直接相連，易于實現機電一體化。因此，IPC+PLC系統成為當今水廠自動控制系統的主要結構形式。自來水廠主要的控制技術與核心組成基本相同，主要有水質檢測技術、水處理控制技術、變頻節能技術與綜合自動化系統四個方面。

1.2水廠自控系統組成以及制水工藝流程

1.2.1水廠自控系統組成

自來水廠是將整個工藝按控制單元劃分，主要包括：取水泵房自動控制系統、送水泵房自動控制系統、加礬自動控制系統、加氯自動控制系統、格柵配水池控制系統、反應沉淀池控制系統、濾池氣水反沖洗控制系統、配電控制系統、水廠中央控制室自動化調度系統，這些工藝單元內設備相對集中。根據這些特點，自控系統較多采用PLC+IPC的集散控制系統（DCS）模式。采用PLC+IPC系統的水廠自動化控制設計，一般是采用多主站加多從站結構，能夠較好的滿足水廠自動化的監控、保護要求。控制點分布在水廠內不同的位置，采用就近控制原則，在設備集中區分別設置不同的PLC站對該區域設備進行監控，再通過通訊網絡，各PLC站之間進行數據通訊，實現整個水廠的自動化控制。

1.2.2水廠制水工藝流程

各水廠根據實際情況，其工藝流程千差萬別，設備有增有減，但基本的流程都相似。其主要工藝過程大都是：取水：通過多臺大型離心泵將江、河、地表等處的水抽入凈水廠；藥劑的制備與投加：按工藝要求制備合適的混凝劑，并投入混凝劑及氯氣，達到混凝和消毒的目的；混凝：包括混合與絮凝，即源水投入混凝劑后進行反應，并排出反應后沉淀的污泥；平流沉淀：與混凝劑反應后的水低速流過平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出沉淀的污泥；過濾沉淀：水通過顆粒介質（石英砂）以去除其中懸浮雜質使水澄清，并定時反沖洗石英砂；送水：多臺大型離心泵將自來水以一定的壓力和流量送入供水管網。

2、電氣自動化控制系統及其水廠中的應用情況

2.1水處理控制技術

隨著科學技術的不斷發展，自來水廠的電氣自動化程度不斷加深。水廠內的自動化控制系統的不斷完善，大大提升了水廠對水的處理能力。人們對于水的質量要求越來越高，人工的水處理技術已經不能達到人們對于健康飲水的標準。水處理自動控制技術的根據水質數據的變化，快速實現濾池的沖洗，及時控制藥劑的投加頻率和投加量，達到水質指標要求。

2.2水質檢測自動化技術

水處理中的自動檢測技術，即水質檢測技術是保證供水和排水水質的重要手段，也是指導水處理工藝運行過程的重要依據，隨著自動化技術、機械制造技術等的發展，出現了越來越多的新型自動化檢測儀表。目前使用的水處理自動化儀表包括流量、水位、溫度、壓力儀表以及水質測量分析儀表，如pH測量儀、流動電流檢測儀、漏氯報警儀、余氯分析儀、高低濁度在線檢測儀等。在流量測量方面，除了傳統的電磁流量計外，還出現了大量非接觸式儀表。水位測量儀表是水處理中另一類使用廣泛的檢測儀表，濾池、清水池、格柵配水井、配礬等處都要用到，主要有差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、靜電電容式、以及超聲波等類型。檢測儀表是實現水廠自動化的基礎，在日本等發達國家除大面積使用現有成熟儀表外，還不斷開發出新的檢測儀表并發展相關的檢測技術，不斷擴大檢測范圍，提高檢測精度。

2.3自動變頻控制技術

在水處理行業中，普遍存在著用水量變化較大的問題，在不同的季節、不同的時段，用戶用水的需求量有很大的差別，存在著明顯的用水高峰特征，因此水處理廠供水系統的給水壓力需要隨用戶的用水需求量變化而變化。在低峰時，如果水泵機組按高峰期的用水量運行，雖可通過調節閥門來滿足用水需求，但供水能量損耗大，而且還會影響機組的正常運行。因此，根據用水需求自動控制水泵機組運行，且實現節能，是水廠自動化技術的一項重要內容。變頻調速是一項有效的節能降耗技術，其節電效率很高，幾乎能將因設計冗余和用水量變化而浪費的電能全部節省下來。變頻調速控制技術，是指以變頻調整原理為基礎，在保證供水可靠性的前提下，根據供水系統用水量的變化情況，自動調整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區間內運行，以達到降低能耗、提高效率的目的。這一技術是比較科學，可靠性較高的一種調節水泵工況的方式。變頻器是一種以變頻調速技術為基礎通過改變頻率來調整電機轉速的工業裝置。作為一種先進的調速裝置，變頻器不但調速范圍廣、可靠性高、操作與維護方便，而且節電效果明顯。應用變頻器來實現變頻節能供水，可以通過采用恒壓變量或變壓變量兩種方式來實現。恒壓變量供水系統通過調整變頻器轉速（即供水流量）來保證供水壓力不變，該系統技術比較成熟，應用廣泛。變壓變量供水系統則根據用戶用水量的變化同時調整變頻器轉速（即供水流量）和供水壓力，很明顯該方案節能效果更好。但是由于水頭損失等受各種因素影響，難以準確確定，實際應用的很少。

結語：

總而言之，經過長期的實踐證明，電氣自動化控制系統在自來水廠中的應用具有極大的商業潛力，主要是因為它同時實現了高質量、高效率、高安全系數以及低能耗，這種自動化處理系統在保證水質的前提下大大提高了自來水廠的處理能力，所以值得在水廠中大力推廣。

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