自動化控制系統(tǒng)在自來水廠節(jié)能降耗中的應(yīng)用

王振民

（三門峽市自來水公司，三門峽 472000）

1 自動化控制系統(tǒng)簡介

自動化控制系統(tǒng)控制過程可分成閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。前者又叫做反饋控制系統(tǒng)，也就是通過輸出量和期望值之間的差距來實施控制，后者又叫做順序控制系統(tǒng)，由檢測元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及被控對象所構(gòu)成，廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械等領(lǐng)域。從給定信號上來看，自動化控制系統(tǒng)又可分為程序控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和恒值控制系統(tǒng)。自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍也從機(jī)械和化工等領(lǐng)域擴(kuò)展到了醫(yī)學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域，不僅對整體社會的發(fā)展具有極大推動作用，而且對于社會組織機(jī)構(gòu)以及個人均有一定影響。

2 自來水廠的制水以及自動化系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 自來水廠的制水

自來水廠為人們的生活、工作提供必要的水資源，滿足人們生活工作需求，所以在城市社會發(fā)展中扮演著不可替代的角色。隨著人們用水需求的增加，自來水廠在制水和送水工藝上也進(jìn)行了改良，比如在制水上引進(jìn)先進(jìn)的深度處理技術(shù)，能滿足國家對水質(zhì)水量上的要求。比如在送水方面應(yīng)用了互聯(lián)網(wǎng)送水控制技術(shù)，對送水過程進(jìn)行全面監(jiān)督控制。此外，關(guān)于自來水廠的制水流程，主要包括取水、制備和添加藥劑、混凝、沉淀和送水幾個環(huán)節(jié)，在自來水產(chǎn)制水流程控制上采用了自動化控制儀表設(shè)備，使用分布集散的控制系統(tǒng)對制水工藝進(jìn)行自動化控制與管理。

2.2 自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

自動化控制系統(tǒng)在自來水廠中運用時是在多個多層級的控制站中的運用，比如在一級控制站中運用，采用的是PLC自動控制系統(tǒng)，在研究其節(jié)能降耗作用時，需要對該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析。該自動化控制系統(tǒng)由CPU、電源和模擬量一級通訊等硬件配置構(gòu)成，在設(shè)置自來水基架撥號時選擇16進(jìn)制，0號主基架子的撥碼要統(tǒng)一設(shè)置為off狀態(tài)。

3 自動化控制系統(tǒng)在自來水廠中實現(xiàn)節(jié)能降耗的方法

自來水廠中消耗的能源主要有電能、水量、藥劑量和消毒氯氣的消耗量，其中各消耗主要發(fā)生在取水泵站、加藥加氯自動化系統(tǒng)、沉淀池排泥自動化系統(tǒng)以及送水泵站中，所以為提高自來水廠節(jié)能降耗效率，需要對其中的每個環(huán)節(jié)的相關(guān)工藝進(jìn)行研究。

3.1 取水泵站自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

取水泵站由兩臺變頻泵和兩臺定速泵構(gòu)成，功能是為水廠提供原水服務(wù)，取水泵站是電能消耗的主要站點之一，也是自來水廠需要重點節(jié)能降耗控制的站點。在自動化控制系統(tǒng)設(shè)計時，可以先將水泵分成兩組，其中運行的變頻泵為變頻組，而另一臺變頻泵和兩臺定速泵為定速組，至少保證一臺變頻泵在運行。當(dāng)運行的變頻泵停止運行，且另一臺變頻泵不在運行時，系統(tǒng)切換到另一臺變頻泵。至于變頻泵的頻率調(diào)整主要依據(jù)清水池的水位，PLC自動化控制系統(tǒng)根據(jù)水位值來調(diào)整變頻泵的頻率，在這一過程中，自動化控制系統(tǒng)需要記錄前一臺變頻泵運行的頻率，目的是在另一臺變頻泵運行時能保持之前的頻率。關(guān)于定速泵的啟動數(shù)量，主要依據(jù)是變頻泵的運行頻率，而為了有效控制定速泵啟動數(shù)量，需要設(shè)定兩個限定值，一個是當(dāng)啟動一臺定速泵時變頻泵的頻率，另一個是當(dāng)停止一臺定速泵時變頻泵的頻率。在系統(tǒng)設(shè)計時，如果變頻泵的頻率要高于等于第一個限定值，且兩臺定速泵中至少有一臺可用時則啟動定速泵。如果變頻泵的頻率要低于第二個限定值，且兩臺定速泵中至少有一臺是運行的時則停止一臺定速泵。

3.2 加藥加氯自動化系統(tǒng)控制設(shè)計

加藥自動化系統(tǒng)控制設(shè)計主要是為了控制藥劑消耗，在自來水廠中主要是對聚合氯化鋁的投入進(jìn)行控制。想要實現(xiàn)這一環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗，就要利用系統(tǒng)精確計算氯化鋁加入的量，并通過自動化控制系統(tǒng)對氯化鋁加藥計量泵的投入速度進(jìn)行計算和控制。在計算氯化鋁投加泵的速度時，可根據(jù)額定投加流量、手動沖程、聚合氯化鋁的濃度、投加量以及沉淀池的進(jìn)水流量等來進(jìn)行計算設(shè)定。關(guān)于自來水廠的加氯系統(tǒng)，其加氯消毒站是由氣源系統(tǒng)、真空加氯系統(tǒng)、壓力水供應(yīng)系統(tǒng)以及電氣、控制檢測儀表系統(tǒng)和氯氣泄漏檢測與安全防護(hù)系統(tǒng)組成。在消毒站程序設(shè)計中，主要分為前加氯控制設(shè)計和后加氯控制設(shè)計。前加氯控制設(shè)計時為了防止藻類以及膠體的破壞，在設(shè)計控制時要預(yù)備兩臺前加氯機(jī)，加氯機(jī)要根據(jù)原水流量的比例進(jìn)行投加，如果一臺前加氯機(jī)出現(xiàn)故障，則系統(tǒng)自動切換到另一臺前加氯機(jī)上。后加氯機(jī)是為了保證出廠水中氯的含量，目的是對清水池和出廠水管道進(jìn)行消毒。后加氯機(jī)的控制設(shè)計是綜合流量主控制量和出廠水中余氯量來進(jìn)行控制，在設(shè)計時也要預(yù)備兩臺后加氯機(jī)。

3.3 沉淀池排泥系統(tǒng)自動化控制設(shè)計

自來水廠的沉淀池排泥系統(tǒng)由排泥閥和排泥車構(gòu)成，在自動化控制設(shè)計時主要是基于排泥閥和排泥車的控制。沉淀池中通過排泥閥進(jìn)行合理的排泥工程，為達(dá)到節(jié)能降耗的效果，對排水量進(jìn)行有效控制，系統(tǒng)需要合理設(shè)置排泥的周期和排泥閥門開啟時間。在設(shè)置時用戶可以根據(jù)實際情況，如原水質(zhì)條件設(shè)定排泥周期，安排排泥時間，并根據(jù)平流沉淀池的情況設(shè)置排泥閥的開啟時間。如果泥量較大，則閥門開啟時間長一點；如果泥量小，則閥門開啟時間短一點。此外，自來水廠的沉淀池一般較長，根據(jù)沉淀池中的沉泥規(guī)律，從進(jìn)水端到出水端，泥的量和厚度是由多到少、由厚到淺的。所以，排泥車在沉淀池中排泥時，一要達(dá)到排泥效果，二要控制水量。為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，排泥車如果使用的是變速排泥電車，則該電車在進(jìn)水端口應(yīng)慢速前行，在出水端口則要快速前行。如果排泥車使用的是定速電車，則可以先從進(jìn)水端前行到沉淀池的1/3處，然后再退回到進(jìn)水端，最后再次從進(jìn)水端一直前行到出水端口排泥。

3.4 送水泵站自動化控制設(shè)計

送水泵站和取水泵站一樣，也是由兩臺變頻泵和兩臺定速泵組成，其中至少要保證一臺變頻泵運行，且將運行的變頻泵設(shè)為變頻組，而另一臺備用的變頻泵和兩臺定速泵設(shè)為定速組。當(dāng)運行的變頻泵運行時間截止時，系統(tǒng)自動切換到另一臺變頻泵上運行。關(guān)于變頻泵的頻率調(diào)整則要根據(jù)出水廠壓力的設(shè)定值來增減，用戶可以設(shè)定的壓力值和送水管道實際的壓力值來計算調(diào)整，如果管道的壓力要小于用戶設(shè)定壓力值時，則自動化控制系統(tǒng)增加變頻泵的頻率，如果管道壓力值要大于用戶設(shè)定壓力值時，則系統(tǒng)相應(yīng)地減少變頻泵的頻率。至于定速泵開啟的數(shù)量，與取水泵站一樣，也是根據(jù)變頻泵的頻率來調(diào)整。先設(shè)定兩個值，分別是啟動一臺定速泵時變頻泵的頻率和停止一臺定速泵時變頻泵的頻率。當(dāng)變頻泵運行頻率要大于等于第一個限定值時，且有一臺定速泵可用時則啟動定速泵，若變頻泵運行頻率要低于第二個限定值時，且至少有一臺定速泵保持運行時則停止另一臺定速泵。

4 結(jié)語

自動化控制系統(tǒng)運用于自來水廠中，可以有效提高節(jié)能降耗效率，所以自來水廠應(yīng)非常重視自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣。利用自動化控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對自來水廠制水工藝中取水、制備加藥、沉淀排泥和送水各個環(huán)節(jié)中電能、藥劑量、水量等的控制，減少能耗，提高工作效率，改善自來水廠的運營管理水平，提高水質(zhì)，在自來水公司實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的同時，也實現(xiàn)了社會效益，滿足了廣大人民群眾的生活、工作需要。

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