吳中水廠電氣自動化應用與生產(chǎn)管理思考

楊建峰

(蘇州吳中供水有限公司 江蘇蘇州215100)

蘇州吳中供水有限公司下屬吳中水廠建于1996 年，供水能力為15×104m3/d，取用太湖水作為水源水。2019 年吳中供水公司對吳中水廠實施臭氧-生物活性炭深度處理工藝改造，出廠水水質(zhì)優(yōu)于GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》，結(jié)合改造工程將電氣自動化控制應用到水廠各車間全流程，進一步提高了制供水安全保障能力和生產(chǎn)效率，提升了水廠生產(chǎn)管理水平。

1 吳中水廠自來水生產(chǎn)工藝簡介

1.1 太湖水源地取水口

吳中水廠水源地位于蘇州吳中區(qū)太湖寺前村，太湖水通過湖底2 根直徑為1.2 m 的管道流至取水泵站，湖體水質(zhì)指標常年符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中的Ⅲ類水要求。

1.2 取水泵站

取水泵房建造有電壓等級35/6 kV 的變電所和一級泵房，將由取水口流入的太湖水加壓提升，通過16.5 km 原水管道壓送到吳中水廠進行凈化處理。

1.3 水廠折板絮凝平流沉淀池

吳中水廠建有4 組折板絮凝平流沉淀池，其前端安裝靜態(tài)混合器與原水管道串聯(lián)，加入混凝劑和消毒劑后，經(jīng)過折板反應池絮凝進入沉淀池沉淀，最后通過集水槽收集上清液至濾池過濾。

1.4 污泥脫水車間

吳中水廠沉淀池及絮凝池排水通過管道流入污泥脫水處理車間，經(jīng)尾水收集、加藥濃縮、推流均質(zhì)，最后進入脫水設(shè)備進行泥水分離。

1.5 砂濾池

吳中水廠有8 組普通快濾池、6 組V 型濾池。沉淀池出水流入砂濾池，過濾后的水再流到深度處理車間進一步凈化，濾池反沖洗水回用到原水管道。

1.6 加藥間

加藥間包括混凝劑和消毒劑投加系統(tǒng)兩個部分，運用計量泵將配制好的液態(tài)凈水劑和次氯酸鈉投加到靜態(tài)混合器內(nèi)。

1.7 深度處理車間

采用臭氧-生物活性炭吸附深度處理技術(shù)，砂濾池過濾后的水匯總進入深度處理車間，首先進行3 階段臭氧曝氣反應，然后進入活性炭濾池凈化處理。經(jīng)過深度處理的水再經(jīng)全面消毒后進入水廠清水庫儲存，炭濾池反沖洗水回用到原水管道。

1.8 二級泵房

二級泵房與10 kV 變電所合建。水泵機組將儲存在清水庫的凈水加壓，通過輸水管道輸送至城市供水管網(wǎng)的各個用戶。

2 電氣自動化控制系統(tǒng)的應用

吳中水廠中控室與二級泵房控制室合建，在取水泵站、沉淀池、砂濾池、深度處理車間、加藥間、脫水機房、臭氧制備車間設(shè)立現(xiàn)場PLC(可編程控制器)站，用于實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制。各PLC 站配有人機界面，方便巡檢操作。PLC 站獨立于中控室進行本區(qū)域及相關(guān)工藝過程的監(jiān)控，并帶有不同級別的訪問保護。廠區(qū)所有機電設(shè)備設(shè)三級控制模式：就地、現(xiàn)場PLC 控制、水廠中控室。現(xiàn)場PLC 控制、水廠中控室級均設(shè)有“手動/自動”兩種控制方式，就地控制級設(shè)有“就地/遙控”兩種方式。現(xiàn)場控制單元與中控室控制優(yōu)先權(quán)，以“申請優(yōu)先”的方式通過程序確定，為無擾動切換。當上級中控室監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障，不影響泵站的運行，操作人員可通過現(xiàn)場PLC 站按預先設(shè)置的運行模式來監(jiān)控水泵機組的運行。當現(xiàn)場PLC 站發(fā)生故障時，可通過就地機旁箱上的“就地/遙控”選擇開關(guān)切換實現(xiàn)就地手動操作，機組仍能正常操作運行。

對取水泵站及二級泵站這兩個泵站，主要是通過電氣自動化技術(shù)應用實現(xiàn)水質(zhì)、水量、電量的數(shù)據(jù)傳輸和人機交互、自動控制。水源地建立有水源水質(zhì)在線監(jiān)測預警體系，對耗氧量、氨氮、DO 等指標實時在線監(jiān)測。取水泵站建有原水預處理裝置，與水質(zhì)預警體系聯(lián)動可實現(xiàn)高錳酸鉀、粉末活性炭自動投加。二級泵房建有出廠水在線監(jiān)測預警體系，對出廠水水質(zhì)實時監(jiān)控，同時在線水質(zhì)儀表數(shù)據(jù)均與政府監(jiān)管部門共享。泵房機組能自動調(diào)節(jié)運轉(zhuǎn)頻率或者增、減泵，而且保持分時恒壓或分時恒流量供水狀態(tài)。變電所高壓開關(guān)柜采用微機綜保裝置及網(wǎng)絡(luò)儀表，直接安裝在開關(guān)柜上，實施繼電保護、電量參數(shù)測量、狀態(tài)信號采集和數(shù)據(jù)變送，并通過現(xiàn)場總線上傳自動化控制系統(tǒng)。

在濾池的每個濾格設(shè)PLC 控制臺，可獨立完成恒水位、反沖洗的自動控制，操作面板上可實現(xiàn)獨立于PLC 的手動操作控制。濾池的自動反沖洗由濾池PLC 控制單元和濾格PLC 子站共同完成。

沉淀池排泥閥及排泥機具備時間周期、排泥機運行距離、往返頻次等可調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)精準排泥。加藥間次氯酸鈉、硫酸鋁、聚氯化鋁藥劑的稀釋、投加均實現(xiàn)自動控制，自動加藥系統(tǒng)與水源地水質(zhì)、過程水水質(zhì)、出廠水水質(zhì)實現(xiàn)多參數(shù)聯(lián)動，根據(jù)各工藝點在線儀表數(shù)據(jù)反饋實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。污泥脫水車間根據(jù)調(diào)節(jié)池液位、流量等參數(shù)實現(xiàn)自動加藥、自動脫水運行控制。

水廠自動化系統(tǒng)還建立運行實時報警功能，包括水質(zhì)報警、網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)報警、設(shè)備運行報警和故障報警等。現(xiàn)場發(fā)生報警系統(tǒng)立即提示，彈出報警框告知事件情況，并發(fā)出警報聲。所有事件均按站點分別記錄在相應的站點報警庫內(nèi)，既可以總覽全部報警事件，也可以按站點查詢報警事件。

水廠自動化系統(tǒng)建立有自動報表功能，數(shù)據(jù)采集周期、匯總值、歷史曲線趨勢圖均可自由調(diào)整設(shè)置。能自動生成廠、站各類運行日報、周報、月報、年報等運營數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析報告。例如，可對水泵機組在不同運行頻率下流量、用電量等數(shù)據(jù)生成能耗分析報告；對臭氧濃度、氧氣與用電量之間生成運行成本測算報告；對各工藝點水質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)合用藥量、濾池反沖洗強度、周期等數(shù)據(jù)之間生成水質(zhì)指標去除率與藥耗、自用水率分析報告，指導生產(chǎn)；對流量、水質(zhì)指標、藥耗等數(shù)據(jù)信息之間生成分析報告，摸索規(guī)律。通過智能化分析，有效指導生產(chǎn)運行管理工作。

3 水廠生產(chǎn)自動化后帶來的管理思考

過去在水廠管理崗位的通常是工作經(jīng)驗和閱歷豐富并年長的人，他們遇見和處理水廠各類情況的經(jīng)驗比較多，面對整個系統(tǒng)情況，知道什么問題該怎么處理，但是也存在處理的滯后性。目前水質(zhì)情況復雜、現(xiàn)場機電設(shè)備種類繁雜，許多穩(wěn)定狀態(tài)的判斷可能有錯誤，因而需要自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)預告預警，用現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)來提示生產(chǎn)管理者當前關(guān)注的是哪個設(shè)備、哪個儀表，是水質(zhì)還是能耗，第一時間告知潛藏的隱患，這使處理的時間縮短，成本降低。當然經(jīng)驗閱歷也重要，對企業(yè)來講，自動化系統(tǒng)的應用管理與經(jīng)驗結(jié)合才是更好的結(jié)果。

水廠運用數(shù)據(jù)描繪業(yè)務流程，用數(shù)據(jù)指導生產(chǎn)管理，實現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的健康良性發(fā)展[1-2]。在水廠各生產(chǎn)班組之間衡量各自生產(chǎn)效率、能耗、水質(zhì)、事件處理、工時對比等，可促進組織效能的提升。同樣也可以通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)使員工的貢獻更好地勾勒出來，體現(xiàn)各自的競爭力與優(yōu)勢，從而幫助企業(yè)樹立標準化模板、標準工時、標準流程等，指導生產(chǎn)管理，規(guī)范生產(chǎn)行為，保障水質(zhì)穩(wěn)定、生產(chǎn)安全。

通過自動化控制系統(tǒng)的應用，員工可以更新生產(chǎn)運行管理的標準化技能、知識庫，促使員工的學習能力同步提升；高層領(lǐng)導可以直接接受更多的企業(yè)數(shù)據(jù)信息，基于系統(tǒng)智能化的貢獻做出更多更好的決策，同時也削弱了中層管理者的價值功能。由于過去生產(chǎn)管理職位大多會自下而上的升遷，管理者往往起步于生產(chǎn)一線某個崗位——化驗工、凈水工、泵站工，當實現(xiàn)自動化控制后，基層員工更多是由系統(tǒng)指令來管理，升遷的通道可能更少，而且員工受自動化控制實現(xiàn)的生產(chǎn)管理，每個工作行為都會不斷受到監(jiān)控，員工也擔心自動化系統(tǒng)導致的技術(shù)性失業(yè)，所以企業(yè)一定要對員工進行再培訓，確保員工的能力符合企業(yè)發(fā)展的要求[3-4]。

4 結(jié) 語

自動化系統(tǒng)在吳中水廠的應用，實現(xiàn)了制水、加藥、濾池、泵房等車間無人值守，制水生產(chǎn)全流程精準自動控制，同時加強了生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息在各個環(huán)節(jié)的信息互通和價值挖掘，為水廠生產(chǎn)管理提供了智慧輔助功能，提高了生產(chǎn)運營管理水平，保障了供水可靠性和穩(wěn)定性，較好地實現(xiàn)了降本增效的目標。同時通過自動化系統(tǒng)的應用，構(gòu)建了扁平化的水廠管理模式，也督促水廠管理崗位及一線基層崗位員工技能升級和思想觀念加速轉(zhuǎn)變，進行智能化轉(zhuǎn)型，減少對人的依賴，形成新的生產(chǎn)力和組織能力。