電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)在水廠中的應(yīng)用

劉楠

（大慶油田水務(wù)公司水務(wù)環(huán)保研究院，黑龍江 大慶 163000）

經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)步發(fā)展的過(guò)程中對(duì)水廠工作提出了新的要求，越來(lái)越多的水廠開始探索全新的工作模式，一些水廠的電氣工程及其自動(dòng)化取得了突出成效。隨著水廠供水任務(wù)的增大，每個(gè)水廠都需要增大在電氣工程及其自動(dòng)化方面的技術(shù)、資金投入，以構(gòu)建全新的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，打破固有工作模式的限制。水廠電氣自動(dòng)化體現(xiàn)在各個(gè)方面，部分水廠在電氣自動(dòng)化方面的發(fā)展尚不成熟，未來(lái)的工作中這些水廠需立足自身的實(shí)際情況，進(jìn)一步擴(kuò)大電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范圍。

1 電氣工程及自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 提高了水廠的管理效能

在水廠中采用電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)后，可改變?cè)械墓ぷ髂Ｊ剑瑑煞N模式相比，電氣自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)更突出，不僅能大大降低人工成本，保障管理的便捷性，還可提升供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。水廠的傳統(tǒng)管理模式下，監(jiān)測(cè)主要體現(xiàn)在以下方面：（1）每個(gè)環(huán)節(jié)都需配備幾名專業(yè)的管理人員來(lái)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)時(shí)的人力投入多、成本高；（2）需進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，主要為輪崗工作模式，管理的效率偏低。而當(dāng)水廠中采用電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)后，就可利用自動(dòng)化技術(shù)構(gòu)建全新的控制系統(tǒng)，達(dá)到全過(guò)程、全方位監(jiān)管的目標(biāo)，提升管理的自動(dòng)化水平，不再需要投入更多的人力資源，降低了崗位人員的工作壓力，有利于保障水廠的管理效能。

1.2 使管理信息更加可靠

水廠在原先的工作中，由于技術(shù)水平落后，主要為人工巡查工作模式，就是要由專業(yè)的技術(shù)人員借助相應(yīng)的儀器設(shè)備來(lái)完成檢查任務(wù)，最后由人工來(lái)整理、處理和分析數(shù)據(jù)，這種模式下常常會(huì)存在數(shù)據(jù)誤差，不利于保障水廠管理工作的有效性，也就會(huì)最終影響水廠運(yùn)營(yíng)的安全性，難以保障供水質(zhì)量。而在信息時(shí)代下電氣工程及自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，通過(guò)構(gòu)建電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可利用自動(dòng)化模塊達(dá)到動(dòng)態(tài)化、全天候監(jiān)管的目標(biāo)，數(shù)據(jù)采集、分析均由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，幾乎不會(huì)有原有人工模式下的數(shù)據(jù)偏差問(wèn)題，有利于在水廠的管理決策中科學(xué)利用各種信息，用信息輔助管理工作。

2 水廠電氣工程中的自動(dòng)化技術(shù)

2.1 智能化信息采集技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，電氣工程及其自動(dòng)化方面出現(xiàn)了越來(lái)越多的技術(shù)，且應(yīng)用范圍日漸擴(kuò)大。就當(dāng)前電氣工程及其自動(dòng)化發(fā)展的實(shí)際情況來(lái)看，單一數(shù)據(jù)運(yùn)算已經(jīng)發(fā)展到了多領(lǐng)域應(yīng)用階段，水廠中的電氣自動(dòng)化中，智能化信息采集為核心技術(shù)，只有在這一技術(shù)條件下，才能實(shí)時(shí)采集和處理水廠中各個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的信息，在智能化數(shù)據(jù)采集與處理下提升決策的科學(xué)性，保障水廠的高效運(yùn)營(yíng)。

2.2 遠(yuǎn)程控制技術(shù)

水廠電氣自動(dòng)化控制中的遠(yuǎn)程控制中，需要不同部分之間的高效配合，如調(diào)度端、通道與廠站端，每個(gè)部分通過(guò)系統(tǒng)來(lái)建立相互之間的關(guān)聯(lián)，在此情況下，打造水廠的現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)，使不同部分處于同一運(yùn)行系統(tǒng)。水廠內(nèi)配備的調(diào)制解調(diào)器可使系統(tǒng)中的電流、電壓、電阻等信息上傳到廠站端，再由遠(yuǎn)程控制模塊將這些信息轉(zhuǎn)化為需求信息，以這些信息為基準(zhǔn)執(zhí)行相應(yīng)指令。遠(yuǎn)程控制技術(shù)下的水廠控制發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，可突破控制中的時(shí)間、地點(diǎn)限制，保障水廠工作的高效性。

2.3 分散監(jiān)控技術(shù)

水廠中的電氣工程及其自動(dòng)化還體現(xiàn)在監(jiān)控技術(shù)上，在水廠工作中采用監(jiān)控技術(shù)，實(shí)際上就是要監(jiān)測(cè)全部流程與要素，以最大化利用資源，提高水廠的工作效率，為水廠創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。實(shí)際上，監(jiān)控技術(shù)的本質(zhì)就是要監(jiān)測(cè)、管理不同階段的信息資源，用這些信息資源來(lái)輔助水廠內(nèi)的各項(xiàng)管理與決策，通過(guò)以階段來(lái)劃分系統(tǒng)，有助于保持各個(gè)分系統(tǒng)的獨(dú)立性，并使各個(gè)分系統(tǒng)之間保持一定的內(nèi)在邏輯關(guān)系，通過(guò)全面監(jiān)控來(lái)解決水廠工作中的諸多問(wèn)題。

3 水廠中的電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)

3.1 濾池工藝反沖洗在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

水廠中存在濾池反沖洗技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)就是要由專人清潔處理濾池，在此前提下為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件，反沖洗為有效手段，相關(guān)人員需參考濾池水位高低科學(xué)實(shí)施反沖洗。水廠濾池技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化時(shí)，需考慮以下方面：（1）由專人檢查和分析各種自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；明確真空技術(shù)是否與水廠工作需求相一致，確保系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備無(wú)損壞，以正常開展電氣自動(dòng)化。（2）操作過(guò)程中可選擇的方式較多，手動(dòng)操作雖有效，但操作時(shí)的要求高，也存在較大的操作難度。電氣自動(dòng)化裝置所包含的控制方式較多，主要為現(xiàn)場(chǎng)控制、遠(yuǎn)程控制與集中監(jiān)控控制，幾種控制方式相比，現(xiàn)場(chǎng)控制具有更強(qiáng)的針對(duì)性，且控制系統(tǒng)的構(gòu)成較為復(fù)雜，具體的控制工作中，相關(guān)人員可采用間隔控制法控制電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，采用這一控制方式能優(yōu)化和升級(jí)系統(tǒng)，進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)管范圍，不需要配備更多的模擬量變送器，整個(gè)控制中的成本偏低，控制效率更高。與此同時(shí)，相關(guān)人員可利用近距離安裝監(jiān)控設(shè)施的方式來(lái)構(gòu)建更完善的監(jiān)控系統(tǒng)，用該系統(tǒng)監(jiān)控水廠的各個(gè)環(huán)節(jié)，最大程度上降低電能消耗，達(dá)到了節(jié)能目標(biāo)。自動(dòng)化設(shè)備的功能多樣、性能穩(wěn)定，在監(jiān)控過(guò)程中可取代原先的人工模式，提升控制效率，并保持電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控裝置下，為發(fā)揮其在監(jiān)控中的作用，需在設(shè)備之間配備連接裝置，加強(qiáng)不同設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，用監(jiān)控裝置來(lái)保障各個(gè)設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控的效率高、可靠性好，在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著較廣的應(yīng)用范圍，在未來(lái)具有廣闊的發(fā)展空間。

3.2 管控一體化的控制系統(tǒng)

水廠中的電氣自動(dòng)化也體現(xiàn)在管控一體化系統(tǒng)中，相關(guān)人員立足實(shí)際情況所構(gòu)建的管控一體化控制系統(tǒng)，可在水廠工作中實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制現(xiàn)場(chǎng)的一切流程與要素，保持管理信息與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息的高度結(jié)合，保障系統(tǒng)的功能多樣性。管控信息集成的基本前提就是企業(yè)信息，企業(yè)橫向、縱向信息溝通、匯集時(shí)需要有完善的信息網(wǎng)絡(luò)支持，通過(guò)建立穩(wěn)定且完善的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)保持內(nèi)部信息的共享，使信息在不同部門、崗位人員之間高效傳輸。水廠的綜合自動(dòng)化監(jiān)管系統(tǒng)一般包含管理層、控制層、設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，管理層兼具故障報(bào)警、信息采集、狀態(tài)監(jiān)控功能，其中包含服務(wù)器、客戶機(jī)，在該層級(jí)可保持信息的高度集成，將其與Internet 連接后，管理層能為各項(xiàng)管理與決策服務(wù)。水廠中的設(shè)備層負(fù)責(zé)送水、過(guò)濾、沉淀、混凝、取水等流程的測(cè)控，在機(jī)組電器柜、水泵機(jī)組、加藥設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備等可采集現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，并在獲得這些數(shù)據(jù)后將其上傳到控制中心的SCADA 系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中保存這些數(shù)據(jù)。控制層包含控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，水廠原來(lái)的管理系統(tǒng)中，集散系統(tǒng)控制站的有關(guān)工作內(nèi)容直接被分配給底層網(wǎng)絡(luò)，在此過(guò)程中可發(fā)揮測(cè)控設(shè)備的通信作用，保持控制網(wǎng)絡(luò)與通用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的可靠連接。在現(xiàn)階段的條件下，不同工藝流程高度分散，需由處于中控室的控制中心來(lái)統(tǒng)籌和處理各種信息。

3.3 水廠清水池的自動(dòng)化控制

水廠控制系統(tǒng)的運(yùn)行中可采用功能分散控制模式，其基本的操作過(guò)程就是由技術(shù)人員借助現(xiàn)代信息技術(shù)來(lái)保持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與水廠自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)的可靠連接，建立二者之間的關(guān)聯(lián)，使相互之間保持信息交互，保障控制系統(tǒng)的功能。水廠的凈水處理中，清水池凈水工程為其中的關(guān)鍵部分，這一環(huán)節(jié)的工作可提升水資源的凈化水平。凈化操作階段，有關(guān)人員需將過(guò)濾處理后的水資源集中于凈水池內(nèi)，并采用科學(xué)的方式來(lái)提高存儲(chǔ)效果，在該方式下水源供給充足，更有利于保障供水任務(wù)，處理后的清水經(jīng)由水泵裝置流入供水管道，以滿足生產(chǎn)生活所需。

3.4 自動(dòng)化變頻控制技術(shù)

通常情況下，城市供水由水廠的自動(dòng)供水系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前城市化發(fā)展迅速，城市人口急劇增多，不論在生活還是生產(chǎn)方面，用水需求量顯著增大，在此背景下，水廠再堅(jiān)持采用原先的供水系統(tǒng)將難以滿足需求，為此，水廠需優(yōu)化原有的供水系統(tǒng)，如自來(lái)水公司可通過(guò)調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)的壓力、科學(xué)控制水泵運(yùn)行速度，來(lái)確保供水量符合規(guī)定，在這種供水方式下即使用水量相對(duì)較大，供水系統(tǒng)也基本可維持正常的運(yùn)行狀態(tài)，但供水系統(tǒng)運(yùn)行中的設(shè)備磨損嚴(yán)重，設(shè)備故障頻發(fā)。因此，水廠應(yīng)安排專人引入自動(dòng)化變頻技術(shù)來(lái)優(yōu)化供水方式。自動(dòng)化變頻技術(shù)就是要保持供水管網(wǎng)中的壓力合理性，嚴(yán)格根據(jù)工作中的供水情況來(lái)調(diào)節(jié)壓力，以符合實(shí)際的供水需求，高效開展供水工作。當(dāng)前的水廠工作中，自動(dòng)化變頻技術(shù)的應(yīng)用范圍顯著擴(kuò)大，可發(fā)揮該項(xiàng)技術(shù)在節(jié)能減排方面的作用，加快推進(jìn)水廠工作的現(xiàn)代化。

3.5 水凈化處理控制

水廠工作中水凈化為重要環(huán)節(jié)，為避免這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，相關(guān)人員在實(shí)際的工作中也需做好水凈化的監(jiān)控、管理，以保障工序的合理性、流程的科學(xué)性，提高供水質(zhì)量。現(xiàn)階段電氣自動(dòng)化技術(shù)日漸成熟，通過(guò)構(gòu)建電氣自動(dòng)化系統(tǒng)并利用該系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控凈化過(guò)程，可提升凈化工作水平。首先，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)濾池的反復(fù)沖洗、反沖洗，可進(jìn)一步提高水質(zhì)沉淀、過(guò)濾后的出水質(zhì)量，沖洗環(huán)節(jié)需注意以下細(xì)節(jié)工作：電氣自動(dòng)化系統(tǒng)要科學(xué)控制沖洗過(guò)程，必須結(jié)合實(shí)際需求將沖洗時(shí)間、頻率、量等控制在合理的范圍內(nèi)，以達(dá)到智能化控制的目標(biāo)；沖洗要進(jìn)行2 次，就是利用沖洗、反沖洗來(lái)凈化濾池。其次，水凈化處理的一大目標(biāo)就是消毒和凈化水中的微生物，具體的處理過(guò)程中有關(guān)技術(shù)人員可直接在待處理水體中添加氟，但需嚴(yán)格控制添加量，實(shí)現(xiàn)消毒滅菌。水廠在消毒凈化環(huán)節(jié)同樣需要由電氣自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，以確保消毒、滅菌的效果。消毒凈化過(guò)程中的監(jiān)控工作中需注意以下工作：科學(xué)控制投氟量，把控投氟時(shí)間；對(duì)整個(gè)操作與執(zhí)行過(guò)程實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)督，以達(dá)到理想的執(zhí)行效果。如在實(shí)際的操作中投氟的量過(guò)多，可啟用漏氟系統(tǒng)來(lái)吸收、過(guò)濾水體中的氟。

3.6 水質(zhì)檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)

現(xiàn)階段的水廠工作中，人們對(duì)水廠的供水水質(zhì)等提出了新的要求，為保障水質(zhì)可達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，水廠內(nèi)需開展水質(zhì)檢測(cè)。水質(zhì)檢測(cè)的復(fù)雜性較高，為提高水質(zhì)檢測(cè)的整體水平，實(shí)際的工作中也需利用電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常情況下，水廠的水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中往往要配備各種新型的自動(dòng)化檢測(cè)儀器，這些儀器的功能多樣，在相互配合中可檢測(cè)水的流量、水位、溫度和水質(zhì)。就當(dāng)下的水質(zhì)檢測(cè)情況來(lái)看，水廠內(nèi)主要配置有pH 測(cè)量?jī)x、流動(dòng)電流測(cè)量?jī)x、漏氯檢測(cè)儀，通過(guò)配備和使用這些檢測(cè)儀器，可發(fā)揮不同儀器的作用，如在實(shí)際的工作中為準(zhǔn)確測(cè)得水流數(shù)據(jù)，除了可使用傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)，還需配備非接觸儀表，以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。此外，水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果受儀表類型、精度影響較大，一般需采用更多的精密儀表，利用這些儀表準(zhǔn)確測(cè)定水位、溫度信息，并從根本上確保水廠內(nèi)其他工作的高效性、安全性。因此，現(xiàn)階段的水廠工作中，檢測(cè)儀表的作用越來(lái)越突出，各個(gè)水廠在管理各種檢測(cè)儀表時(shí)也需利用電氣自動(dòng)化技術(shù)，且在各種儀表的設(shè)計(jì)中也有電氣自動(dòng)化技術(shù)，不論是儀表設(shè)計(jì)還是后期的管理工作，電氣自動(dòng)化都不可或缺，對(duì)水廠工作的影響巨大，各個(gè)水廠在當(dāng)前及未來(lái)的水質(zhì)檢測(cè)中，還需進(jìn)一步推行電氣自動(dòng)化技術(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著水廠工作的復(fù)雜化與專業(yè)化，電氣工程及自動(dòng)化技術(shù)在水廠中的作用巨大，一些水廠內(nèi)的電氣自動(dòng)化取得了顯著的成績(jī)，未來(lái)這些水廠還需意識(shí)到電氣自動(dòng)化的突出優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步創(chuàng)新電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)，為水廠工作提供巨大的便捷。