自來水廠電氣自動化工程控制系統的構建策略

位翱洋

（浙江中控信息產業股份有限公司，浙江杭州 310051）

近年來，人口數量急劇增長，導致水資源日益短缺。隨著現代化信息技術的高效發展，信息化已經滲透到各個行業中，尤其是自來水廠。對此，在自來水廠中應用電氣自動化控制系統，是實現自來水廠控制系統改革的關鍵所在，也是自來水廠供水生產實現科學性、高效性的主要手段，將供水現代化生產管理推向更高的高度，有助于提高自來水廠的生產效率和出水質量，緩解當前水資源短缺的問題。

1 自來水廠的自動化系統構成

結合自來水廠的生產流程，將自來水廠中的自動化系統分為4個工作站：水源站、投藥站、過濾站、送水泵站。將上述4個工作站歸納到自動化控制系統中，實施自動化操作，基于自動化建立主控室對整個系統下發指令進行統一化的管理。

自來水廠的生產工作需要長時間、不間斷的進行，為了保證人們可以隨時隨地使用水資源，自來水廠要最大限度地減少自動化系統事故的發生概率。同時，一個城市會有多個自來水廠進行水資源供應。在具體設計給排水管道時，相關工作人員需要保證不同自來水廠供水管道相互連接，以保證某一個自來水廠在發生故障不能生產水資源或者水資源供應量較低時其他自來水廠可以及時供應水資源。在這樣的狀況下，造成自來水廠的分布面積太大而且比較密集，再加上地表上的自來水供應設備比較分散，使得自來水廠的自動化控制系統在送水過程中不方便管理。

2 自來水廠電氣自動化工程控制系統的應用意義

在城市自來水集中供水系統中，可結合自來水供水管網壓力的變化情況，應用自動化變頻技術，自動調節水泵的投切和轉速。即，在用水高峰時間段，自來水供水系統很容易出現壓力不穩定的問題，自動化變頻技術的出現，可實現水壓的恒定控制，利用供水PID 變頻控制器，實現水泵的固定變頻和循環變頻自動切換的目標，有效提高供水機械設備的工作效率。加壓泵和風機運行過程中的電量消耗占整個系統運行用電量的60 %，通過自動化變頻控制技術的加壓泵的使用，可保證運行的穩定性，符合我國可持續發展的理念，有效節約電量35 %左右。

自來水廠主要是渾濁水體經過沉積、過濾、施藥等環節的處理，最終還原成潔凈的自來水。在水體處理過程中，不同環節都有不同的凈水設備，只有保證凈水設備的正常運轉，才能完成整個凈水工作。對此，相關工作人員要對凈水設備進行全面監測，保證凈水設備穩定運行，避免因故障而引起凈水工作停滯。電氣自動化工程控制系統是對凈水設備的全面管控，一般來說，電氣自動化工程控制系統包括基層控制和主控制端。基層控制端是建立在自來水廠內部，通過中控平臺對水廠內部的凈水設備進行全面控制；主控制端是對每個自來水廠的總體控制，利用網絡技術實現對多個自來水廠的凈水設備進行有效的管控；或者向基層控制端下達調度指令。電氣自動化工程控制系統有助于我們國家水利系統工作中的管理和調度，借助電氣自動化工程控制系統隨時隨地對自來水廠內的設備進行全面監控，保證自來水廠及時獲得相關信息，實現信息的有效共享。

3 電氣自動化工程控制系統的現狀

現階段，隨著國家對自來水自動化建設的重視，電氣自動化工程控制系統得到了全面的推廣和宣傳。但是因為我國的自來水廠電氣自動化工程控制系統建設還處于初級發展階段，和國外某些發達國家進行對比分析，還存在較大的差距，具體體現在自來水廠的凈水設備和自動化系統不能緊密結合、相關工作人員自身的綜合素養較低等。面對這樣的狀況，需要水利部門積極引進先進的技術、經驗，通過汲取國外先進的管理經驗，在我國的基本國情基礎上進行相關改進，建立切實、可行的自動化管理體系。另外，由于我國自來水廠的自動化建設并沒有得到全面的普及，在經濟水平較差的地區并沒有進行自動化建設，再加上自來水廠內部環境不具備自動化建設的條件，這就需要相關工作人員加大對這些城市自來水廠的自動化建設力度，提高自來水廠的供水質量，為廣大人民群眾提供更為便利的水資源。

近年來，隨著社會經濟的發展，自動化技術也得到了快速發展，并在發電廠和化工廠等方面得到了較好的應用。與發電廠、化工廠進行相比，自動化技術在自來水廠控制系統中應用得較晚，且自動化程度較低。基于此，國家也開始加大對自來水廠自動化建設的投入力度，新建的自來水廠在自動化程度方面遠遠高于過去自來水廠的自動化程度。雖然過去的自來水廠具有豐富的生產管理經驗，但是受到傳統思想的束縛，為了實現自來水廠的自動化建設，相關工作人員需要投入大量的財力資源，并花費大量的時間、精力，加快自動化發展步伐。

4 自來水廠電氣自動化工程控制系統的構建策略

4.1 水凈化處理控制

在自來水廠中，對于水凈化處理進行全面監管，有助于提高供水的質量。在水處理過程中，相關工作人員需借助電氣自動化工程控制系統中凈化功能對水資源進行全方面的監督：

（1）電氣自動化工程控制系統通過對濾池進行反復沖洗，保證水質沉淀和過濾過程中的水質質量。而在沖洗過程中，需要注意以下兩點：①通過應用電氣自動化工程控制系統對沖洗時間、沖洗頻率、沖洗的量進行妥善的控制，并對水廠作業實施智能化的監管。②實施兩次沖洗工作，通過沖洗和反沖洗對濾池進行凈化，有助于提高供水質量。

（2）水凈化目的是為了對水中的微生物進行消毒、殺菌，技術人員在水中加氟，從而發揮出消毒、殺菌的作用。在消毒凈化期間，相關工作人員借助電氣自動化工程控制系統對整個消毒過程進行全面監管，提高消毒水中霉菌的效果。在此期間，需要注意以下兩點：①相關工作人員要有效控制投氟量和實踐，便于投氟量達到規定的范圍。②對整個執行過程進行全方面監督，保證其運行效果更為良好。如果發現自來水廠中投入大量的氟，相關技術人員需要及時采用漏氟系統，對這些過量的氟進行全面的吸收，防止水中氟的含量超標，在達到消毒后提高供水質量。

4.2 水質檢測自動化技術

在對自來水廠進行檢測時，可以使用新型自動化檢測儀，其主要檢測內容是水的流量、水位、溫度、水質等。在檢測過程中，相關工作人員可以使用pH測量儀、流動電流檢測儀、漏氟檢測儀，以保證水流量測量的精準度，相關工作人員在使用傳統的電磁流量計的基礎上，還可以使用非接觸儀表，便于水流量進行有效的測量。在水質檢測過程中，相關工作人員借助精密儀表，保證水位、溫度等方面測量的準確，從而實現水質的安全性。基于此，檢測儀表在水廠中的作用越來越明顯，并且已經成為水廠自動化的基礎保證。隨著現代化信息技術的發展，檢測儀表也在逐步發展、創新，有助于測量結果的精準性，從而為人們提供更為健康的水資源。

4.3 自來水廠自動化設備的維護

自來水廠電氣自動化系統作為智能化的控制系統，在生產過程中，可有效提高自來水廠的生產能力，減少人工勞動力，確保其生產的安全性、穩定性。但是，在長時間運行過程中，很容易會發生各種各樣的故障，如果相關工作人員不能及時處理故障，導致生產工藝的自動化系統轉變為半自動化系統，這對于維護電氣自動化工程控制系統具有積極意義。現階段，對于自來水廠自動化系統來說，因為自動化配件具備更新快的特征，這就造成了自來水廠自動化控制系統中的配件一旦出現問題，便會存在更換的困難。部分配件已經停產，不能購買相同型號、相同規格的配件，而且常規的配件采購渠道也不太流暢，再加上缺少高質量、高專業、高素養的人才，造成自動化系統在出現問題后不能得到具體的維修，嚴重影響電氣自動化工程控制系統的使用，也不能具體發揮其本身的功能、價值。

4.4 電氣自動化技術在自來水廠濾池反沖洗中的應用

自來水廠在水處理生產過程中比較重要的環節就是對過濾池的沖洗，其沖洗效果直接影響水質情況。因為部分自來水廠的反沖洗工作都是人工操作的，在一定程度上會增加操作難度，特別是鼓風機和空壓機等設備，又增加了工作量。為了提高自來水廠的供水質量，相關工作人員要對過濾池的沖洗環節進行電氣自動化技術改造。電氣自動化控制系統借助遠程、集中、現場的集成監控，減少其生產成本，在控制機械設備使用的同時還能減少工作量，并利用網絡監控系統，保證網絡動態的靈活性、自由性。最后，電氣自動化控制系統在運行過程中，可以對數據實時監測，自動監測濾池水質情況，并在第一時間發出反沖洗的指令。

4.5 控制系統的總結構

控制系統分為現場控制、主控制以及相關的管理3種結構。其中，現場控制主要是在自來水廠的現場終端進行一定的視頻檢測。通過相關的視頻接口，促使在自來水廠的實時數據傳輸到主控部分，在此期間，對各個部分進行全面分析，保證各項工作有效執行。其次，通過相關的信號裝置在進行各項工作過程中，精準采集各部分的信號，促使相關的數據信息實時傳輸給其他人員，便于信息的共享。在進行監控時，也可通過各個部分的站點所傳輸的電信號信息進行綜合分析促使主控制室了解各個階段以及相對應環節的運行狀況。

對于中央控制室來說，也就是主控制層，可以對整個生產過程中的各個站點所需要的信號以及相關的傳輸信號進行綜合分析，具體分析出整個系統的運行狀況。最后對各個環節進行調整，促使其有效、穩定的運行。管理層一般都是人為管理，對其中存在的問題、故障不能系統識別后，需要進行人工管理，才能保證自來水廠的安全運行。

4.6 水泵設施的自動化控制技術

水泵是供水方面的重要設施，借助電氣自動化工程控制系統實現對水泵的控制，結合城市、地區不同的供水需求，科學、合理地對管控水泵開啟數量以及功率進行控制。一般來說，一個城市在正常工作日時，8:00—16:00，大部分居民群眾都處于工作狀態中，用水量很少；在17:00—22:00，因為居民下班回家之后需要做飯、洗漱、洗澡，在此期間會使用大量的水資源，是用水的高峰期；22:00—7:00，因為居民群眾處于睡眠狀態中，用水量較少。所以，相關工作人員要結合這一用水規律，借助電氣自動化工程控制系統對水泵的運轉功率進行有效的控制，在低用水量時，減少水泵的運行；在高用水量階段，增強水泵的運行。通過這樣科學、合理的調控，延長水泵的使用年限，減少能源資源的消耗力度，符合國家推行的可持續發展理念。

4.7 變頻控制技術

受市場經濟變動的影響，自來水廠的水量需求也存在一定的波動。在這樣的趨勢下，變頻控制技術順勢產生。變頻控制技術是按照檢測儀提供的水量、水位、水壓等信息，借助自動控制取水水泵的手段，有效調整自來水廠的送水量。將變頻控制技術應用于自來水廠中，改善自來水廠的工作標準、功率，有助于增強水資源的利用率，提高其送水質量，實現能源節約的目標。最后，相關工作人員要加大對變頻控制技術的研究，有效緩解當前我國水資源緊缺的問題。

5 結束語

對于水資源的利用來說，在整體運行過程中，要想實現水資源的有效利用，通過在自來水廠的運行過程中實現電氣自動化及其工程控制系統的集成，保證其運行更為高效化、系統化。同樣地，在自來水廠應用電氣自動化工程控制系統是自來水廠發展和創新的必然趨勢，相關工作人員要強化自動化控制系統應用，有效降低人力、財力資源的投入力度，減少其生產成本，提高自來水廠自動化程度，最終推動自來水廠實現自身的可持續發展。