自動化控制系統在自來水廠節能降耗中的應用

趙宇

摘 要：近年來，隨著城市對水資源的需求量不斷提高，對自動化控制系統的建設已經得到城市自來水廠的關注。隨著城市化進程的加快，大部分控制裝置已經成功地投入到自來水廠的建設中。為了達到節能降耗的目的，自來水廠自動控制系統的應用能夠有效滿足需求。因此，重點研究自動控制系統在自來水廠節能降耗中的應用。

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：2095-2945（2018）33-0164-02

Abstract： In recent years， with the increasing demand for water resources in the city， the construction of automatic control system has been the concern of the city waterworks. With the acceleration of urbanization， most of the control devices have been successfully put into the construction of waterworks. In order to save energy and reduce consumption， the application of automatic control system in waterworks can effectively meet the demand. Therefore， this paper focuses on the application of automatic control system in energy saving and consumption reduction in waterworks.

Keywords： automatic control system； waterworks； energy-saving and consumption-reducing

前言

當下，隨著我國水資源需求量的不斷增加，城市供水量也在逐年增長，這就給供水企業帶來了很大的供水壓力，為了使供水順利高效進行，紛紛加強了對供水自動化控制系統的研究與利用，使供水自動化水平得到了很大程度的提高。現如今，很大自來水廠都應用到了自動化控制系統，不僅提高了供水效率，滿足了社會的用水需求，還大幅提高了自來水廠的節能性，減少了能源消耗，給自來水廠帶來了更加可觀的經濟效益。本文主要對自來水廠中的自動化控制系統構建以及節能方法進行探討，希望能夠為我國自來水廠實現節能降耗、提高供水效率的目標做出一定的貢獻。由于自來水廠給人民的日常生活帶來了較大的影響，消耗了大量的電能，電氣自動化與自來水廠運行相結合能夠提升節能降耗的效率。在此基礎上，探究并分析了怎樣將自動控制系統有效地使用在自來水廠節能降耗中，以供參考。

1 自來水制水工藝

在人們日常生活中，及工廠運營過程中，都必然會使用自來水，自來水廠已經成為了人們生活中及很多工廠運行中必不可少的一部分，由其可見，自來水廠對于人們的生活質量及社會的經濟發展是至關重要的。現如今，隨著社會對水資源需求量的不斷增加，自來水廠的供水量也在不斷提升，在這種情況下，促使了自來水廠的制水、供水工藝水平的提高，使供水質量及供水效率得到了有效的提高，有效防止了長時間供水現象的發生。當下，很多自來水廠都采用了互聯網技術來對送水工程進行監督，確保了送水的順利、高效進行，并提高了制水工藝，實現對自來水供應的自動化、智能化控制。水的生產過程分為取水-制備和試劑用量-混凝-平流沉淀-過濾沉淀-供水幾個步驟。水處理工藝采取最領先的處理技術，且能夠符合我國相關標準要求。自動控制設備主要采用的是分布式控制設備，并采用互聯網來實現設備與計算機控制系統等互相連接，從而實現對自來水生產過程的自動化、智能化管理與控制，使水資源的供應效率及水質得到有效的提升，為自來水廠創造更加可觀的經濟效益。

2 自動化控制系統概述

一般來說，自來水自動控制系統主要由兩個系統組成，一個為開環控制系統，另一個為閉環控制系統。開環控制系統又稱時序控制系統。它通常用于化學和機械領域。閉環控制系統主要由輸出與期望值的偏差來實現控制。通過對信號的分析與判斷，來對自來水的生產及供應進行控制。當下，隨著我國自來水供應領域自動化控制水平的不斷提高，自動化控制系統的應用價值也在不斷提高。其使用領域非常廣泛，如在化工、機械制造、辦公自動化等領域，并且在醫療領域中也能夠應用自動化控制系統。自21世紀以來，科技的發展已經成為每一個國家發展的根本，只有科技水平的不斷提升，才能夠使國家的經濟及綜合國力得到有效提高，才能使國家在世界上立足。

自來水廠在應用自動化控制系統的時候，往往會在多層級的控制站內來實現對自來水生產供應的控制。通常情況下，一級控制站內都是采用PLC自動化控制系統，在進行節能研究的過程中，必須要對該控制系統進行深入的剖析。PLC自動化控制系統主要由CPU、電源以及通訊硬件組成。

3 自動化控制系統在自來水廠中實現節能降耗的方法

3.1 取水泵站自動化控制系統設計

作為電力消耗的重要站點之一，取水泵站同時也是自來水廠注重節能降耗控制的站點。在自動控制系統的設計中，泵可分為兩組，一組運行變頻泵組，另一組運行變頻泵組和兩組恒速泵組，最少要有一臺運行變頻泵組。如果運行變頻泵停止運行，那么系統會自動切換到另一臺變頻泵中。變頻泵在調頻的時候，會充分依據自來水池內的水位高低。在這一過程中，自動控制系統需要在運行前記錄原變頻泵的頻率，以保持原變頻泵運行前的頻率[3]。

3.2 加藥加氯自動化系統控制設計

3.2.1 加藥系統自動化設計

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，然后再采用通信網絡技術來實現對加藥系統的控制。加藥泵在添加聚合氯化鋁之前，往往需要先對加藥速度進行設計，而在加藥速度設計的時候，必須要加強對以下幾個重點內容的重視：首先，必須要對聚合氯化鋁添加流量進行嚴格的計算，計算單位應當為L/h；其次需要對聚合氯化鋁的實際濃度進行檢測，檢測單位應當為g/L；最后是沉淀池的進水流量，單位是m3/h，是應用PLC進行計算，若是投放的濃度不變以及泵沖程不變的話，那么投加泵的運行就會直接影響到沉淀池的進水量。此外，為了使自來水的生產實現節能、降耗的目標，在加藥系統自動化設計的過程中，必須要加強對配比的重視，確保配比的合理性及科學性。

3.2.2 加氯消毒站自動化程序設計

水廠氯化系統主要由氣源系統、真空氯化系統、安全保護系統和電氣檢測儀器系統組成。為了知道氯化反應是手動氯化還是自動氯化，氯化機的手動/自動選擇信號應該設置在氯化機中。水廠氯化控制設計分為氯化前控制設計和氯化后控制設計。預氯化控制設計的作用是除藻除膠體。所以，預氯化的添加量往往都是由遠水流比例來決定的。在實際運行過程中，如果氯化機發生故障，那么SCADA會迅速發出警報信號，并自動切換設備，及時切換到備用的氯化機中。然后在對預氯化的添加量進行設計，其主要目的就是對自來水生產質量進行控制，防止氯超標現象的發生。可以完成對清澈池和出水口部位的消毒，其控制原理基本上與預氯化一樣。

3.3 沉淀池排泥系統自動化控制設計

自來水廠內的沉淀池排泥系統主要由兩個部分組成，一個是排泥閥，另一個是排泥車。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，并且污泥排放過程中盡量的避免不必要的排水，節省水資源的使用，防止浪費現象的發生。（1）沉淀泥排泥閥的管理與控制。排泥閥的主要作用就是對自來水生產過程中所產生的泥物進行定期的排除，但是排泥所間隔的時間以及排泥閥的具體開閥時間要根據實際情況進行設置。其中在對排泥周期進行設置的時候，工作人員必須要制定科學化、合理化的排泥時間，盡可能的降低間隔時間。同時，還需要對排泥閥的開閥時間進行合理的設定，在設定的過程中必須要充分考慮沉淀池的實際情況，確保開閥時間設定的合理性。（2）對排泥車的控制。在對自來水廠的排泥車進行控制的時候，必須要嚴格按照沉淀池的特點來進行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。因而，為在保證排泥車排泥效果的基礎上，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，并且沉淀池進水端應該慢速行走，但是沉淀池出水端應該快速行走，或者是排泥車中行走電機選擇定速電機，這樣排泥車就能夠實現節能與降耗。

3.4 送水泵站自動化控制設計

送水泵站與取水泵站相同，送水泵站是由兩臺變頻泵和兩臺恒速泵構成。確保至少一臺變頻泵運轉，將變頻泵設置為變頻組，然而，另一臺備用變頻泵以及兩臺恒速泵設置為恒速組。當切斷變頻泵的運行時間時，系統自動切換到另一個變頻泵。變頻泵的調頻應根據出口壓力的預設值增加亦或是減少。當用戶設置壓力值時，變頻泵的頻率相應降低。對于相同數量的泵，泵的數量將根據泵的頻率進行調整。首先設置兩個值，分別是啟動恒速泵和停止恒速泵的頻率。當變頻泵的工作頻率大于或等于第一個限值，且有一臺恒速泵可用時，就啟動恒速泵。

要想使送水泵站達到節能降耗的目標，必須要嚴格實施以下措施：（1）對加壓變頻泵的工作頻率進行適當的調整。在進行加壓變頻泵工作頻率設計的過程中，必須要嚴格按照相關壓力值設定標準來對泵壓進行設置，并進行PID恒溫控制，以此來實現對變頻泵工作頻率的控制。（2）加強變頻泵工作頻率。送水泵站的實際工作頻率調節往往都需要依靠用戶的用水量、用水高低峰進行調節與設計的，在實際運行的時候，如果送水管道的壓力達不到用戶設定壓力的話，那么就必須要對變頻泵的工作頻率進行提高，使水管的壓力與用戶設定壓力相符合。（3）降低變頻泵的工作效率。在實際運行的時候，如果送水管道內的壓力遠遠超過用戶設定壓力的話，就需要對變頻泵的工作頻率進行降低，從而降低水管壓力。

4 結束語

總而言之，近年來，隨著城市水資源需求量的不斷增加，很多自來水廠內的自動化水平也得到了有效的提高，都加強了自動化控制系統的建設。自動控制系統可實現電能的控制，藥劑數量和水量在自來水廠制水過程的各個環節，如進水，準備和劑量，輸沙量和水供應，減少能源消耗，提高工作效率，提高經營管理水平的水生植物，改善水質。與此同時，它也取得了社會效益，滿足了人們生活和工作的需要。

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