自動化控制系統在自來水廠節能降耗中的應用探析

吳媛靜 常維 羅靜 王倩

[摘? ? 要]自來水廠的供水是否穩定以及水質的情況會對人們的用水產生很大的影響，為提高水質和減少運行能耗，自來水廠應當引入自動化控制技術，在自來水廠的運行中使用自動化控制系統。文章分析了自動化控制系統的兩個主要構成部分，探討了自動化控制系統在自來水廠中的實際運用以及系統的節能降耗作用。

[關鍵詞]自動化;控制系統;自來水廠;節能降耗

[中圖分類號]TU991.62 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–0–02

Probe into the Application of Automatic Control System in Energy

Saving and Consumption Reduction in Waterworks

Wu Yuan-jing，Chang Wei，Luo Jing，Wang Qian

[Abstract]Whether the water supply of a water plant is stable and the water quality will have a great impact on people's water use. In order to improve water quality and reduce operating energy consumption， the water plant should introduce automated control technology and use an automated control system in the operation of the water plant . The two main components of the automatic control system are analyzed， and the practical application of the automatic control system in the water plant and the energy-saving and consumption-reducing effects of the system are discussed.

[Keywords]automation; control system; water plant; energy saving and consumption reduction

生活用水和生產用水的不斷增多要求自來水廠在傳統運行模式的基礎上應用新的技術手段，通過自動化控制技術的應用對自來水廠進行自動化和智能化的控制，提高自來水廠的運行效率，解決傳統運行模式中的能源消耗問題。自來水廠應當加強對自動化控制系統的研究和應用，購入先進的自動化設備，提高技術人員的設備操作水平，降低自來水廠的能耗。

1 自動化控制系統的構成和運行過程

自來水廠中的自動化控制系統由設備及終端兩個重要的部分構成。自動化控制設備在運行中有一系列完整的工藝流程，包含了取水過程、制備過程、混凝過程、沉淀和過濾過程、供水過程5個主要的流程。自來水制水工藝可以讓設備和系統順利轉化污水并提供自來水。自動化控制與傳統的人工控制相比，具有自動化和智能化的優點，可以根據不同的污水量控制系統中的能源資源，以此來實現節能降耗的目標。自動化控制設備的另一個優勢體現在污水處理的過程中，可以讓污水得到最大程度的凈化，提高自來水廠的水質。自動化控制系統應用了先進的技術手段，技術人員只需利用計算機就可以做到遠程控制，降低了自來水廠運行中的人工成本。自動化控制設備具有多樣化的特征，在自動化技術的不斷研發和應用中，設備中的各項功能也會不斷豐富。

系統終端具有控制和調整設備的功能，還可以對設備進行監管。自來水廠的幾個控制站就是系統終端調控設備的場所，每個控制站都有著不一樣的調控功能。自來水廠要想有效運行系統終端，就要利用好不同的系統。例如，系統終端需要數據采集系統的配合，采集自來水制水各個環節中的模擬量;需要自動監視系統的配合，有效監管自來水制水的實際運行過程;需要自動集散控制系統的配合，將控制和調整的信息傳輸給指定的設備，調控自來水廠的水量。自動化控制系統的兩個構成部分使運行更加智能、高效、便捷，在系統的設計和自動化技術的應用中考慮供水需求和能源消耗，做到了節能降耗。

2 自動化控制系統在節能降耗方面的具體運用

2.1 在取水過程中的運用

自動化控制系統在自來水廠取水過程中的應用體現在取水泵站的頻率調節上。在傳統的取水泵操作中，需要收集并分析水樣數據，再按照分析結果來調整水位，這一操作要不斷開閘和關閘，每次調整都要花費很長的時間，消耗了大量的電能，取水過程也非常低效。而自動化控制系統的應用，解決了傳統取水泵運行的弊端，自動化控制設備可以利用PLC來自動采集取水變頻泵的頻率區間等數據信息，讓取水泵始終能夠平穩運行，改變了以往反復調整和長時間調整清水池水位的情況。自來水廠中除了取水泵之外，還有著數量眾多且能耗較大的設備，自動化控制系統的引入和應用能夠對各個設備實現自動化控制，令各項設備的運行更加智能、精準、高效。

在自動化控制系統對變頻泵的頻率控制中，對PLC控制系統的應用，能夠實時調控頻率，讓頻率保持在合理的區間范圍中。技術人員需要在控制系統的人機操作界面中設定具體的頻率范圍。PLC控制系統能夠將設備停止運行時的頻率數據記錄到系統中，變頻泵再次開始運行時會按照上次運行結束記錄的頻率數據繼續運行。自動控制系統對定速泵的運行數量的控制，定速泵運行數量取決于變頻泵的運行頻率，應當規定兩個限定值來確定自來水廠定速泵的數量。第一個變頻泵運行頻率的限定值是在開啟一臺定速泵時的數值，第二個變頻泵運行頻率的限定值是在停止一臺定速泵時的數值。當變頻泵運行頻率大于或等于第一個限定值時，應當確保至少有一臺定速泵能夠開啟和運行。在停止定速泵的時候，當變頻泵的頻率比第二個限定值低的時候，要確保至少有一臺定速泵還在運行的過程中，這時才能進行停止定速泵的操作。

2.2 加藥加氯系統的運用

加藥加氯系統通過自動化控制技術的運用能夠有效控制藥物的使用量，自來水廠的加藥系統能夠根據實際情況來調整聚合氯化鋁的用量，有利于實現自來水廠節能降耗的目的。加藥加氯自動控制系統在運作中需要計算氯化鋁的使用量，在得到使用量后需要根據藥物量來計算藥物投入的速度，通過精確的計算得到合理的速度，在系統中按照計算得出的聚合氯化鋁的使用量和投入的速度對藥物進行控制。在計算速度的時候需要做好設定，確定手動沖程的設定量，對額定投入量進行設定。

另外，自來水廠還存在加氯系統，加氯系統的功能是對自來水進行消毒，加氯系統由三個部分構成：真空加氯系統、氣源系統和控制檢測儀表系統。

加氯系統還包括三個程序：①前加氯。前加氯控制會用到前加氯機，要避免前加氯控制受到其他情況的影響。前加氯機能夠減少破壞，根據水量和流速來決定加氯機的實際運行。②后加氯。后加氯機的主要功能和作用是保證自來水中的氯含量，后加氯還具有一定的消毒功效，后加氯機的運行受到余氯和流量的控制量的影響。③補加氯。補加氯能夠保證出廠水和管網水兩者的水中含有一定量的氯含量。目前的加氯系統中的液氯經常使用次氯酸鈉來代替，次氯酸鈉的自動化控制系統在運行中與聚合氯化氫有很大的相似性。以某自來水廠的加氯系統為例，該水廠的加氯系統分別由壓力水供給、氣源和真空加氯三個系統組成，該水廠將加氯設備與PLC控制系統相結合，對加氯的狀況進行監控和檢測。

2.3 沉淀池排泥系統的運用

自來水廠的沉淀池排泥系統由排泥車和排泥閥兩部分構成。自動化控制技術能夠有效控制沉淀池排泥系統中的排泥車。系統自動控制排泥閥有利于自來水廠的節能降耗，系統可以對排水量進行精準調控，還可以控制開啟排泥閥的具體時間。如果泥量增多，就會增加排泥閥開啟的時間，反之則會減少排泥閥的開啟時間。所以，自來水廠沉淀池的排泥系統有很好的排泥效果并能調控排水量和排泥閥的時間，排泥系統的排泥車可以調整排泥的速度，加強節能降耗的效果。

對沉淀池排污自動控制系統的實際運行過程進行分析。①在沉淀池的排泥車控制中，要按照沉淀池沉泥的情況和規律調整進水和出水，沉淀池底部的沉泥應當從厚度較大到厚度較少的順序進行調整。為了有效控制排泥車的速度并節約水資源，可以使用變頻調速電機，讓排泥車在沉淀池進水區域以低速狀態運行，在出水區域以高速狀態運行。也可以使用定速電機，讓排泥車在進水區域運行總共的30%，再退回到進水的區域，確保污泥能夠從進水區域排放到出水端，并以空車的狀態回到原處。②在沉淀池的排泥閥控制中，沉淀池會按照實際的情況來確定排泥的周期，系統可以在監測水質的基礎上設置科學的排泥周期，最大程度減少排泥的時間。開啟和關閉排泥閥的時間能夠通過系統自動調整，各個排泥閥的開關時間能夠按照設備的具體運行情況和平流沉淀池的特點進行合理安排。污泥較多的區域要適當增加排泥閥的開啟時間，污泥較少的區域可以適當減少排泥時間。排泥時間的合理調整能夠降低能耗，且不會影響加藥和加氯的效果。

2.4 在送水過程中的運用

自動化控制系統在送水過程中的應用主要體現在送水泵的控制上，送水泵和取水泵在應用過程中有很多相似之處。送水泵同取水泵一樣由工頻泵和變頻泵2部分組成。送水泵在運行時要讓變頻泵穩定持續運行，當其中一臺變頻泵結束運行，系統就會立即開啟另一臺變頻泵。在調整變頻泵的時候需要利用出水廠的壓力，如果出水廠管道的壓力比用戶設置的壓力數值低，自動化控制系統就會增加變頻泵的頻率。另外，送水泵中工頻泵數量的確定方法同取水泵相同。在送水泵對自動化控制系統的具體運用中，加壓變頻泵的頻率要按照自動控制系統記錄的實際出水壓力值進行調節，根據PID參數來調節頻率。PLC控制器能夠通過變頻泵在運行過程中的壓力來控制頻率，當實際壓力值小于設置的壓力值時，會增加變頻泵的頻率，反之則要降低變頻泵的頻率。自動控制系統在確定送水過程中的定速泵數量時，與取水過程的數量確定方法相同，同樣要選擇兩個限定值，根據限定值和變頻水泵的實際運行頻率來確定定速泵的運行數量。

2.5 監控系統的運用

自動控制系統的監控系統主要是對中央控制器的供水量數據進行監控。傳統的自來水制水工藝在調控供水量時往往要非常多的操作人員來調整控制閘的參數，在調整的同時還要保證制水設備的正常運行，這一過程消耗浪費了大量的能源。而且一旦在調整的時候發生設備故障的情況，就會使污水無法徹底處理，在正常運行之后，還要再次處理污水，這種情況也會消耗和浪費大量能源。而監控系統的應用能夠有效解決上述問題。自來水廠的中央控制器能夠通過監控系統來調節控制站。系統能夠利用記錄的數據進行仿真模擬，通過模擬水量調整來得到最佳的設備調整參數，根據模擬結果來調整控制站的設備。監控系統的應用使控制站設備的調整更加優化和迅速，還不會影響其他設備的正常運行，為自來水廠節省了大量的能源資源。

3 結語

自動化控制系統在自來水廠中的應用能夠滿足節能降耗的要求，通過自動化控制技術使自來水的取水過程實現了頻率的自動調控，讓加藥加氯系統合理控制藥物的使用量和投入頻率，讓沉淀池排泥系統控制排泥閥的時間和排泥車的速度，讓送水過程能夠自動調整頻率，讓監控系統能夠實時監控供水量數據。

參考文獻

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