自動化控制系統在自來水廠節能降耗中的應用

摘 要：當前城市自來水廠十分重視自動化控制系統構建，通過合理對制水各個工藝進行自動化控制，不斷挖掘水廠的節能降耗潛力，會給企業帶來良好的經濟效益和社會效益，本文對自動化控制系統在自來水廠節能降耗中的應用進行了闡述，希望為我國城市自來水廠成功構建自動化控制系統提供參考。

關鍵詞：PLC 自動化控制 節能降耗

自來水廠應用自動化控制系統實現取水、制備和添加藥劑、沉淀及送水，可提高取水工作效率，減小藥耗與能耗，并降低工作強度，有效加強自來水廠的管理水平，顯著提高自來水水質，使企業獲取最大的經濟效益與社會效益。本文綜合分析自來水廠的自動化控制系統中多個控制站，選取一級控制站進行研究，重點研究PLC自動化控制系統在控制站軟件和硬件方面的設置。

1、制水工藝流

當前我國城市自來水廠的制水工藝流程采用最先進的深度處理工藝，自來水廠的自動化控制儀表設備主要采用分布式的集散控制系統，且融合互聯網控制技術與網絡技術，可完成自來水廠制水工藝自動化管控，有效提高自來水廠的制水工作效率與送水速率。自來水廠的制水工藝流程比較復雜，具體如下：取水→制備和添加藥劑→前加氯→混凝→平流沉淀與過濾沉淀→后加氯→清水池→補氯→送水。水廠主要的能源消耗包括電量、水量、加藥量及消毒氯氣消耗量等，為更好地控制能源的消耗，必須對水廠各工藝進行相應的節能控制。

2、自來水廠取水泵節能控制系

2.1取水泵站自動化控制系統設計

通常取水泵站應設計4臺取水泵，實現自來水廠原水的有效供應，其是自來水廠能源消耗的關鍵。由于取水泵消耗電量比較大，因而應將取水泵分成兩組，其中運行的變頻泵應設置成變頻泵組，而變頻泵和定速泵要設定成定速組。這樣每次運行過程中至少需開啟一臺變頻器，如果運行的變頻泵達到預定時間，同時另一變頻泵未運行，就會自動切換到另一變頻泵。而自動化控制系統就會依照清水池的水位變化相應的調節水泵運行數量。

2.2取水泵節能降耗的控制方法

科學調節取水變頻泵頻率。其中原水變頻泵工作頻率應該控制在最小與最大頻率區間，并運用SCADA系統完成設定。自來水廠原水變頻泵頻率要依照清水池水位具體設定值進行調整。通過PLC來調節變頻泵頻率，而變頻泵頻率和頻率閾值一般用百分比進行表示。通過PLC記錄變頻泵工作停止之前的相應頻率，利于變頻泵啟動之后可以維持之前的工作頻率。

定速泵啟動數量調節。需定義兩個限定值：（Ⅰ）是一臺定速泵在啟動后的變頻泵頻率，（Ⅱ）是一臺定速泵在停止之后變頻泵的頻率。自來水廠定速泵啟動數量應根據變頻泵具體工作頻率進行設定，同時為有效管控定速泵數量。

3、加藥劑系統的自動化設計方法

3.1加藥系統自動化設計

自動化控制的目的是控制藥物消耗量。自來水廠的加藥系統自動化設計目的是管控聚合氯化鋁的添加，實現加藥系統的節能與降耗。因而自來水廠應設定3臺加藥計量泵，且計量泵速度應利用PLC進行計算，然后通過通信實現速度的給定有效控制。而聚合氯化鋁的加藥泵速度PLC設計需綜合分析下述幾方面因素：首先，計算聚合氯化鋁的投加泵額定相應投加流量、其次計算聚合氯化鋁的具體濃度、其主要在配藥完成之后利用系統進行自動計算，最后是沉淀池的進水流量，用PLC進行計算，若是投加濃度和原藥濃度以及泵沖程不變，而投加泵頻率與沉淀池進水量就會呈現現行關系。另外為確保節能降耗效果，設計過程中要依照各種原水濁度實現投加比例的科學調節。

3.2加氯消毒站自動化程序設計

自來水廠中加氯系統主要由氣源系統、真空加氯系統、安全防護系統以及電氣檢測儀表系統等構成。為能夠了解加氯是否處于手動或者是自動加氯狀態，應在加氯機中設置加氯機手動/自動選取信號。自來水廠的加氯控制設計分成前加氯控制設計與后加氯控制設計，其中前加氯控制設計功能是去除藻類與破壞膠體，因此前加氯通常要依照遠水流量的比例進行投加，如果加氯機發生故障，就會在SCADA中發出警報，同時自動切換到備用前加氯機狀態。而后加氯控制設計，其功能是確保出廠水中的氯含量控制在合理區域內，能夠對清水池與出水管道完成消毒。而控制原理與前加氯控制基本相同，若是加氯機發生故障，也會在SCADA中發揮警報，同時自動切換到備用前加氯機工作狀態。可設2臺加氯機，一用一備。當加氯機產生故障時，在SCADA上發出警報，并自動切換至另一臺備用前加氯機。

4、沉淀池排泥系統的自動化控制設計

自來水廠中沉淀池排泥系統包含排泥閥與排泥車。實現沉淀池排泥的節能與降耗核心是保證排泥時排水的科學應用，且污泥排放過程中盡可降低排水。

4.1沉淀池排泥閥的管控

自來水廠中沉淀池排泥閥通常是進行周期性排泥，而排泥周期與排泥閥的具體開閥時間要根據實際情況進行設置。排泥周期設置時，用戶要依照原水水質科學設定排泥周期，盡量降低排泥時間。設定各個排泥閥的具體開閥時間時，用戶應分析平流沉淀池特點，合理設定相應的開閥時間。

4.2排泥車控制

因沉淀池一般為100m長，根據沉淀池相關沉淀特點，自來水廠沉淀池進水至出水過程中，池底沉積的厚度規律是由多至小，呈現逐級遞減的特點。為保證排泥車排泥效果，實現節能與降耗，自來水廠排泥車中行走電機應該選擇變速電機，且沉淀池進水端應慢速行走，但沉淀池出水端應快速行走，或是排泥車中行走電機選擇定速電機，這樣排泥車就能實現節能。

5、送水泵站的自動化控制

5.1送水泵站的控制系統設計

自來水廠中送水泵房常設置4臺清水泵 2臺變頻泵與2臺定速泵。正常運行中是3用1備。但自來水廠送水泵工作狀態下至少一臺變頻器要運行，若是運行變頻泵的設定工作時間到時，同時另一變頻泵未運行，這樣就會自動切換到另一變頻泵。送水泵站系統分成兩個小組，一組為運行變頻泵設計成變頻泵組（P401A/C），另一組定速泵（P401B/D）設定成定速。另外變頻泵具體工作頻率需依照出水廠壓力的設定數值進行調整，而定速泵啟動數要依照變頻泵的工作頻率設定啟動臺數。

5.2送水泵站節能降耗控制方法

提高變頻泵的工作頻率，送水泵站變頻泵的工作頻率主要根據用戶設計的壓力值和實際管道壓力計進行設定，而PLC可應用PID運算實現變頻泵工作頻率的調整，如果管道的壓力未達到用戶所設定的壓力，就要提高變頻泵的工作效率；合理調節加壓變頻泵工作頻率，進行加壓變頻泵工作頻率設計時，應依照SCADA進行設定壓力值，且完成PID恒溫控制，通過PLC實現變頻泵工作頻率的調節；合理確定定速泵啟動臺數，送水泵站中定速泵啟動臺數，主要根據變頻泵的工作頻率設定；為加強定速泵工作臺數的管控，應定義兩個限定值：限定值（Ⅰ）增加一臺定速泵時變頻泵頻率限定值，（Ⅱ）停止一臺定速泵時變頻泵頻率，合理確定啟動單臺送水的定速泵，如果變頻泵的工作頻率超過限定值（Ⅰ），同時至少一臺定速泵運行，就要啟動一臺定速泵。降低變頻泵的工作效率，PLC應用PID運算實現變頻泵工作頻率的調節，如果管道壓力超過用戶設計的壓力，就應該合理降低變頻泵的工作效率；

6、結束語

隨著智能化管理模式的應用和推廣，電氣自動化控制系統展現極大的商業潛力，主要是因它同時實現高質量、高效率、高安全系數以及低能耗，在滿足供水需求的同時，保證供水質量及水廠的經濟效益，該技術在自來水廠中具有很好的推廣前景。

參考文獻

[1]丁寶忠.自動化控制系統在自來水廠中的應用淺析[J].科技資訊，2014（29）.

作者介紹：邵流坤，1981年7月，男，大學本科，從事水廠自動化技術工作。