自動(dòng)化控制系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用分析

陳微

摘要：在城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷深入的背景之下，自來水廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在發(fā)展的過程中也被人們寄予了更高的要求，在自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程中應(yīng)當(dāng)確保自來水供應(yīng)的連續(xù)性，只有這樣，才能滿足群眾的日常所需。PLC技術(shù)作為當(dāng)下應(yīng)用最為廣泛的自動(dòng)化控制技術(shù)被應(yīng)用于自來水廠的生產(chǎn)中，提高出廠水水質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)供水的自動(dòng)化發(fā)展。為了確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，工控管理人員應(yīng)當(dāng)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，充分發(fā)揮自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能。本文就自動(dòng)化控制系統(tǒng)在在自來水廠中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：PLC;自來水廠;自動(dòng)化控制系統(tǒng);應(yīng)用

自來水廠在我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的過程中有著十分重要的作用，居民的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等都離不開自來水的供應(yīng)。自來水廠作為供水系統(tǒng)中不可或缺的部分，從取水、輸水、凈水、供水等一系列環(huán)節(jié)，最終確保城市供水的安全性、穩(wěn)定性。在科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的背景之下，自動(dòng)化控制技術(shù)也得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，通過水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠更好地保障自來水生產(chǎn)過程的穩(wěn)定推進(jìn)，在降低運(yùn)行成本的同時(shí)，也能夠提高自來水的生產(chǎn)效率，更能保障供水的安全穩(wěn)定。

1.自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述

1.1自來水廠生產(chǎn)工藝

1.1.1眾所周知，由于自然因素和人為因素，原水里含有各種各樣的雜質(zhì)。從自來水處理角度考慮，這些雜質(zhì)可分為懸浮物、膠體、溶解物三大類。水廠水處理工藝的目的就是去除原水中這些會(huì)給人體健康帶來危害的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、細(xì)菌及其他有害成分，確保水廠出水試紙達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。一般水廠采用常規(guī)水處理工藝，它包括混合、反應(yīng)、沉淀、過濾及消毒幾個(gè)過程。

常見水廠工藝流程圖：

1.2自來水廠控制系統(tǒng)組成

要想提高自來水廠水處理工藝的效率，按照水廠各個(gè)工藝段的功能需求，對(duì)水廠自動(dòng)化進(jìn)行分層劃分，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度，分散控制功能。中心控制室自動(dòng)化控制系統(tǒng)安裝了工控組態(tài)軟件，該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)水廠自控設(shè)備的I/O通信、數(shù)據(jù)庫建立等功能，且具有開放靈活的特點(diǎn)，能夠?qū)?dòng)態(tài)畫面進(jìn)行展示，同時(shí)也具備歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，能夠保障用戶開發(fā)出可靠有效的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。根據(jù)自來水廠的自動(dòng)化生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)主要采用DCS進(jìn)行控制，分為中心控制室和現(xiàn)場(chǎng)控制站，根據(jù)水廠工藝布置及變配電設(shè)置的不同，可分為六個(gè)PLC控制站，通過專網(wǎng)網(wǎng)線直接與中控室進(jìn)行通訊。PLC1站位于提升泵房變配電室（MCC1）控制室內(nèi)，主要用于監(jiān)視處理廠進(jìn)水提升泵房、集水井、加藥間、高效澄清池等工藝流程的運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)量?jī)x表數(shù)值，并進(jìn)行設(shè)備的控制。PLC2站位于高效澄清池配電、控制室內(nèi)，用于采集高效澄清池系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，過程儀表數(shù)值，并根據(jù)采集到的信息對(duì)相應(yīng)的設(shè)備實(shí)施控制。PLC3站位于濾池設(shè)備間變配電室（MCC2）控制室內(nèi)，用于監(jiān)視處理廠砂濾池、炭濾池、濾池設(shè)備間、紫外消毒系統(tǒng)等工藝流程的運(yùn)行狀態(tài)，電氣設(shè)備狀態(tài)，工藝測(cè)量?jī)x表數(shù)值，并進(jìn)行設(shè)備的控制。PLC4站位于配水泵房變配電室（MCC3）控制室內(nèi)，用于監(jiān)視處理廠配水泵房、加氯系統(tǒng)、熱泵機(jī)房、鍋爐房等工藝流程的運(yùn)行狀態(tài)，電氣設(shè)備狀態(tài)，工藝測(cè)量?jī)x表數(shù)值，并進(jìn)行設(shè)備的控制。PLC5站位于污泥車間控制室內(nèi)，此現(xiàn)場(chǎng)控制站分為兩部分，第一部分用于采集污泥車間污泥脫水成套系統(tǒng)以外的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，過程儀表數(shù)值，并根據(jù)采集到的信息對(duì)相應(yīng)的設(shè)備實(shí)施控制。PLC6站位于臭氧制備間控制室內(nèi)，用于采集臭氧發(fā)生系統(tǒng)及主臭氧、預(yù)臭氧投加系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，過程儀表數(shù)值，并根據(jù)采集到的信息對(duì)相應(yīng)的設(shè)備實(shí)施控制。

1.3自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)存在的問題

當(dāng)下我國(guó)的自來水廠在生產(chǎn)的過程中，基本上實(shí)現(xiàn)了PLC自動(dòng)化控制。然而在實(shí)際生產(chǎn)的過程中仍然存在一些問題需要工作人員解決。首先，當(dāng)下國(guó)內(nèi)很多自來水廠都沒有真正的貫徹自動(dòng)化生產(chǎn)，主要原因分為以下兩個(gè)方面，一方面由于我國(guó)自來水廠的生產(chǎn)工藝以及整體管理水平的限制，自來水廠的自動(dòng)化運(yùn)行會(huì)受到操作人員技術(shù)水平及廠內(nèi)弱電運(yùn)行工的人才儲(chǔ)備不足，使得自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，維修不及時(shí)等主觀影響，因此一些設(shè)備不得不改為手動(dòng)控制，這也造成了自動(dòng)化設(shè)施的嚴(yán)重浪費(fèi)，另一方面，由于受到技術(shù)的限制，在自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展的過程中，一些設(shè)備需要從國(guó)外進(jìn)口，因此產(chǎn)品的兼容性以及通訊常常出現(xiàn)問題，這也嚴(yán)重影響了自來水廠自動(dòng)化生產(chǎn)的進(jìn)程。其次，在對(duì)我國(guó)自來水廠進(jìn)行自動(dòng)化控制以及改造的過程中并沒有充分發(fā)揮自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，這也直接影響了自來水廠在實(shí)際生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性以及節(jié)能性，同時(shí)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中并沒有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度以及逐層深入，因此導(dǎo)致自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)問題頻繁發(fā)生，不僅僅會(huì)造成大量設(shè)備的閑置，同時(shí)也會(huì)浪費(fèi)資源。

2.自動(dòng)化控制系統(tǒng)在自來水廠中的應(yīng)用

2.1取水泵站

變頻泵的實(shí)際運(yùn)行效率應(yīng)當(dāng)根據(jù)清水池的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，而通過將水池液位計(jì)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中也能夠?qū)ψ冾l泵的頻率展開控制，頻率的限定值需要工作人員在人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)置上下線值。而PLC在控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠保證變頻泵在停止使用以及再次啟動(dòng)后保持原有的頻率，變頻泵控制器能夠根據(jù)清水池中的數(shù)據(jù)計(jì)算出液位趨勢(shì)，并且根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)液位提高變頻泵的運(yùn)行頻率。

2.2加藥加氯系統(tǒng)

加藥加氯系統(tǒng)可以通過控制藥劑消耗情況達(dá)到水質(zhì)合格的最終目的。通過對(duì)加藥數(shù)量進(jìn)行控制，能夠運(yùn)用自控系統(tǒng)中PLC設(shè)備功能展開運(yùn)算處理，并且運(yùn)用終端對(duì)設(shè)備速度進(jìn)行設(shè)定.加藥的投入數(shù)值需要工作人員運(yùn)用人機(jī)界面進(jìn)行輸入，運(yùn)用PLC控制器進(jìn)行計(jì)算，從而求取數(shù)據(jù)的平均值。在確定加藥濃度以及計(jì)量時(shí)為了確保理想的效果需要根據(jù)不同的水濁度數(shù)值、進(jìn)水?dāng)?shù)值及水質(zhì)在線儀表反饋數(shù)值進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

2.3過濾系統(tǒng)

過濾一般是指以石英砂、顆粒活性炭等有空隙的粒狀均質(zhì)濾料層通過黏附作用截留水中懸浮顆粒，從而進(jìn)一步除去水中細(xì)小懸浮雜質(zhì)、有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等，使水澄清的過程。

V型濾池是快濾池的一種形式，它的運(yùn)行過程分為過濾和反沖洗兩個(gè)運(yùn)行周期，且兩個(gè)周期互相交替進(jìn)行。V型濾池自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為中心控制室集中監(jiān)控及反沖洗PLC層、單元濾池PLC分層組成，反沖洗控制層對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、沖洗水泵、沖洗水流量、沖洗泵吸水井液位等進(jìn)行控制。單元濾池PLC分層對(duì)反沖水閥、清水閥、濾池閥、氣洗閥、排水閥、水位液位等進(jìn)行控制。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用可對(duì)V型濾池的濾速、過濾周期、水頭損失、反沖洗強(qiáng)度等I/O數(shù)值上下限值的設(shè)定、聯(lián)鎖關(guān)系的編制，最終實(shí)現(xiàn)濾池的自控化控制運(yùn)行，達(dá)到濾池生產(chǎn)運(yùn)行的安全可靠性。

2.4沉淀池排污系統(tǒng)

沉淀池排污系統(tǒng)運(yùn)用水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)是可以根據(jù)設(shè)定的周期對(duì)閥門的開關(guān)時(shí)間展開控制，通過對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而確定科學(xué)合理的排泥周期，提高設(shè)備運(yùn)行效率。每一個(gè)閥門的開關(guān)時(shí)間都是可以根據(jù)實(shí)際工作情況進(jìn)行設(shè)定的。因此在推進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，可以根據(jù)沉淀池的特點(diǎn)設(shè)定閥門的開關(guān)時(shí)間，對(duì)于污泥出現(xiàn)較多的部位，可以適當(dāng)增加排泥時(shí)間;而污泥較少的部位，可以適當(dāng)縮短排泥時(shí)間，確保最終的加藥效果。由于沉淀池的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此工作人員可以采用變頻調(diào)速電機(jī)對(duì)進(jìn)出水部位進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行，根據(jù)污泥的厚度進(jìn)行規(guī)律控制，從而使得排泥車運(yùn)行能夠達(dá)到理想的工作效果。

2.5配水泵系統(tǒng)

通過將自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用于配水泵房之中，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻水泵與定頻水泵的自由切換，并且根據(jù)出水壓力數(shù)值展開調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)變頻配水泵的運(yùn)行頻率和定頻水泵的啟停，決定最終的出廠水量，起到節(jié)能降耗作用。在對(duì)變頻泵進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)采集到的出水壓力及城區(qū)主要管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使配水管網(wǎng)內(nèi)水流運(yùn)行穩(wěn)定、壓力數(shù)值相對(duì)恒定。一般水廠會(huì)依據(jù)出廠水量設(shè)置主配水定頻大流量水泵、小流量調(diào)節(jié)定頻水泵、變頻水泵，定頻水泵負(fù)責(zé)主供水，變頻水泵負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)供水，自控化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠根據(jù)設(shè)定數(shù)值和采集數(shù)值對(duì)水泵的啟停進(jìn)行控制，保障每臺(tái)定頻水泵滿載運(yùn)行的同時(shí)，變頻水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)水量，這樣能夠很好發(fā)揮每臺(tái)水泵的高效率運(yùn)行同時(shí)保護(hù)水泵的電機(jī)在安全范圍值內(nèi)運(yùn)行。

3.結(jié)束語

綜上所述，在自控化控制系統(tǒng)技術(shù)不斷發(fā)展的背景之下，自來水廠應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行控制管理已經(jīng)成為了行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，通過將自動(dòng)化控制系統(tǒng)及PLC技術(shù)應(yīng)用于自來水廠之中，能夠提高供水系統(tǒng)的抗干擾能力、節(jié)省大量的生產(chǎn)成本、降低水工藝生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也能夠更加準(zhǔn)確的傳達(dá)指令，對(duì)于推動(dòng)自來水廠的可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。

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