智慧水廠控制系統運用

黃智，謝花

（中建五局第三建設有限公司，湖南 長沙 410004）

城鎮給水系統由各生產構筑物和輸配水管網組成，保障城市居民及企業等用水系統。水在日常生產生活中占有極其重要的地位，缺水將會直接影響居民生活、工業生產和國民經濟發展。因此，給水工程是每個城市及其生產企業的一個重要基礎設施，必須保證足夠的水量、合格的水質、充裕的水壓供應生活用水、生產用水和其他用水，當然還要兼顧今后的發展需求，包括對水量需求的增長及水質品質要求的提高。

1 水廠智能控制系統分析

水廠常規處理工藝：原水→混凝→沉淀（澄清或氣浮）→過濾→消毒→飲用水。混凝是在靜態混合器中投加堿式氯化鋁，機械攪拌澄清池或折板沉淀池進行沉淀絮凝，過濾設備常采用V型濾池或翻板濾池。最后投加液氯或次氯酸鈉進行消毒(如圖1)。經過凈水廠中各處理構筑物處理后，出廠水能夠達到飲用水標準要求。

圖1

1.1 水質數據采集

目前，部分水廠沒有水源水質檢測，或水質監測系統仍主要采用現場采集－實驗室分析的方法。該方法存在水質采樣不足、缺乏自動測報能力、水質監測信息處理不及時，沒有對突發性污染事故的預警能力等問題。通過在水源上游安裝水源監測站，利用溫度傳感器、流速傳感器、PH傳感器、COD傳感器、氨氮傳感器、硝氮傳感器、葉綠素傳感器、總磷傳感器對水源水質環境進行實時信息采集，并通過數據傳輸終端進行發送。能夠自動連續采樣、實時記錄數據并預警，方便工作人員觀察水質的連續變化情況（如表1）。

表1

1.2 濾池控制系統

（1）恒水位過濾控制。正常過濾時，現場I/O控制單元采集濾池超聲波液位計檢測的當前液位值，并將此檢測值通過現場以太網總線傳送至PLC與預設參考值進行比較運算，然后將調節信號通過以太網傳回到遠程控制I/O單元，通過I/O端輸出調節信號至濾池出水閥，調節閥門開啟度，以維持恒水位過濾。

（2）反沖洗控制。濾池反沖洗，常采用的是氣水反沖洗技術，根據此種反沖洗技術的特點，濾池的控制采用集中控制與就地控制相結合的方式。氣水反沖洗技術：在濾層結構不變或稍有松動的條件下，利用高速氣流擾動濾層，促使濾料強烈互撞摩擦，加上氣泡振動對濾料表面的擦洗，使表層污泥脫落，然后利用水沖使污泥排出池外。氣水反沖洗方法不僅提高了沖洗效果還延長過濾周期，從而節約沖洗水量。

①反沖洗的條件。該格濾池的所有閥門及反沖洗泵等設備處于正常工作狀態，無故障報警。自動方式：在上位機或濾池控制臺的操作面板上將控制方式轉換到時間模式、液位模式（可同時選擇），此時，PLC主站將計算參數傳送至運程I/O控制單元，包括：設定運行時間、濾池出水閥的開度（全開時，阻塞值超限）等參數，并開始進行反沖洗，這兩個參數是并列關系，哪一值先到，就按哪個反沖洗。手動控制方式：在濾池控制臺的操作面板上或中央控制室，點擊 一鍵反洗 按鈕，可以手動控制濾池的反沖洗。該種方式的反沖洗請求為最高級別，無論其他反沖洗請求條件是否滿足，都會進入反洗隊列進行排隊。

②濾池反沖洗排序。同一時間只允許一格濾池執行反沖洗程序。如果某格濾池達到反沖洗條件，但其他濾池正處于反沖洗程序狀態時，則該格濾池保持原有狀態，進入排隊等待狀態。濾站PLC按照 先進先出 的原則對處于等待狀態的濾池進行排序。

1.3 加藥控制系統

混凝是凈水系統中最重要的工藝過程，也是制水成本的主要組成部分，同時混凝劑的投加量的準確性直接影響著最終出水水質。目前，傳統的混凝投藥自控技術如下：

（1）鍵控加藥：在值班電腦上根據所監控的原水流量、濁度、和加藥流量。在電腦上實現中控啟停計量泵，并且在界面上可以調節計量泵的頻率，從而改變加藥流量，不需要操作人員到現場進行操作。

（2）自動加藥：首先進行數據采集，把原水溫度、原水流量、濁度、和加藥流量等通過采集來的模擬信號送至PLC中，根據加藥系數、修正系數等計算出來的數據，再通過模擬信號輸出到對應的變頻器中，實現頻率的變化，從而控制加藥量的大小。

1.4 送水泵房控制系統

送水泵房控制系統，負責水廠送水泵房有關設備及出廠水水質參數的監控及檢測。

主要自控功能：

（1）送水泵房機組根據命令通過程序實現機組開停的一步化操作。

（2）水泵根據管網水量的需要或管網壓力以及調度命令，可自動調節水泵頻率控制。

（3）水泵根據水廠生產的需要采用PID自動調節水泵運行轉速。自動狀態下，電機轉速與總管壓力連鎖，如電機轉速達到最大值，壓力仍不滿足要求時，電機運行數量不會自動增加，此時需要人工干預，控制電機啟動數量。

1.5 污泥脫水系統

原水經明礬溶液絮凝反應，經過折板絮凝區在沉淀池沉淀，絮凝區經角式排泥閥排出泥水，沉淀池經吸泥機排出泥水至排泥池。排泥池水下推流攪拌機運轉防止泥水沉淀，后經排水泵排出至濃縮池。濃縮機運轉，初步使泥水分離，后經重力壓至平衡池。泥水經平衡池進料泵房中的螺桿泵及污泥切割機處理后，排至脫水機房。泥水進入離心脫水機，由進料泵房提供的PAM藥劑，使泥固化，后經脫水機離心處理后，螺旋傳送機運至儲泥斗后成為泥餅運出。泥水進管道重新排回排泥池再次進行循環處理。藥劑投加均由脫水機房PLC子站及中控室進行監測完成。

2 智慧水務綜合管理系統

智慧水務綜合管理系統通過高速可靠的工業以太網系統，采用云計算方式，將監控系統部署到云服務器上。打破傳統控制系統獨立運行，信息不通暢等問題，使獨立的過程控制自動化、管網調度指揮、泵站水壓檢測等部分有機融合，解決供水企業生產運營的全過程監控自動化和管理信息化。用于水廠、管網供水調度，保證供排水全周期運行監測。提高事故預防及應急處理能力，將各項資源全面整合利用，實現供排水各個環節聯動作業，達到全生產鏈管理的先進水平(如圖2)。

圖2

3 結語

智能控制將自來水現代化生產與現代通信技術及現代化控制技術相結合，不僅可以實現自來水系統的信息采集自動化及自來水生產工藝流程控制自動化而且可以實現供排水各個環節聯動作業，達到全生產鏈管理的目標。同時可以減少自來水供水系統人力的投入，節約人力成本，增加經濟效益和社會效益。