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(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)得到城市自來水廠的關(guān)注。隨著城市化進(jìn)程的加快，大部分控制裝置已經(jīng)成功地投入到自來水廠的建設(shè)中。為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，自來水廠自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效滿足需求。因此，重點(diǎn)研究自動控制系統(tǒng)在自來水廠節(jié)能降耗中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動化控制系統(tǒng)；自來水廠；節(jié)能降耗

中圖分類號：TU991.62 文獻(xiàn)標(biāo)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(dāng)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(yè)帶來了很大的供水壓力，為了使供水順利高效進(jìn)行，紛紛加強(qiáng)了對供水自動化控制系統(tǒng)的研究與利用，使供水自動化水平得到了很大程度的提高?，F(xiàn)如今，很大自來水廠都應(yīng)用到了自動化控制系統(tǒng)，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(jié)能性，減少了能源消耗，給自來水廠帶來了更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要對自來水廠中的自動化控制系統(tǒng)構(gòu)建以及節(jié)能方法進(jìn)行探討，希望能夠?yàn)槲覈詠硭畯S實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提高供水效率的目標(biāo)做出一定的貢獻(xiàn)。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(yùn)行相結(jié)合能夠提升節(jié)能降耗的效率。在此基礎(chǔ)上，探究并分析了怎樣將自動控制系統(tǒng)有效地使用在自來水廠節(jié)能降耗中，以供參考。

1 自來水制水工藝

在人們?nèi)粘Ｉ钪?，及工廠運(yùn)營過程中，都必然會使用自來水，自來水廠已經(jīng)成為了人們生活中及很多工廠運(yùn)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(zhì)量及社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是至關(guān)重要的?，F(xiàn)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(zhì)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(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)下，很多自來水廠都采用了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對送水工程進(jìn)行監(jiān)督，確保了送水的順利、高效進(jìn)行，并提高了制水工藝，實(shí)現(xiàn)對自來水供應(yīng)的自動化、智能化控制。水的生產(chǎn)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(lǐng)先的處理技術(shù)，且能夠符合我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。自動控制設(shè)備主要采用的是分布式控制設(shè)備，并采用互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備與計算機(jī)控制系統(tǒng)等互相連接，從而實(shí)現(xiàn)對自來水生產(chǎn)過程的自動化、智能化管理與控制，使水資源的供應(yīng)效率及水質(zhì)得到有效的提升，為自來水廠創(chuàng)造更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 自動化控制系統(tǒng)概述

一般來說，自來水自動控制系統(tǒng)主要由兩個系統(tǒng)組成，一個為開環(huán)控制系統(tǒng)，另一個為閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)又稱時序控制系統(tǒng)。它通常用于化學(xué)和機(jī)械領(lǐng)域。閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由輸出與期望值的偏差來實(shí)現(xiàn)控制。通過對信號的分析與判斷，來對自來水的生產(chǎn)及供應(yīng)進(jìn)行控制。當(dāng)下，隨著我國自來水供應(yīng)領(lǐng)域自動化控制水平的不斷提高，自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用價值也在不斷提高。其使用領(lǐng)域非常廣泛，如在化工、機(jī)械制造、辦公自動化等領(lǐng)域，并且在醫(yī)療領(lǐng)域中也能夠應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)。自21世紀(jì)以來，科技的發(fā)展已經(jīng)成為每一個國家發(fā)展的根本，只有科技水平的不斷提升，才能夠使國家的經(jīng)濟(jì)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(yīng)用自動化控制系統(tǒng)的時候，往往會在多層級的控制站內(nèi)來實(shí)現(xiàn)對自來水生產(chǎn)供應(yīng)的控制。通常情況下，一級控制站內(nèi)都是采用PLC自動化控制系統(tǒng)，在進(jìn)行節(jié)能研究的過程中，必須要對該控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的剖析。PLC自動化控制系統(tǒng)主要由CPU、電源以及通訊硬件組成。

3 自動化控制系統(tǒng)在自來水廠中實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的方法

3.1 取水泵站自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

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

3.2 加藥加氯自動化系統(tǒng)控制設(shè)計

3.2.1 加藥系統(tǒng)自動化設(shè)計

自來水廠的加藥系統(tǒng)自動化設(shè)計目的是管控聚合氯化鋁的添加，實(shí)現(xiàn)加藥系統(tǒng)的節(jié)能與降耗。因而自來水廠應(yīng)設(shè)定3臺加藥計量泵，且計量泵速度應(yīng)利用PLC進(jìn)行計算，然后再采用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對加藥系統(tǒng)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(jìn)行設(shè)計，而在加藥速度設(shè)計的時候，必須要加強(qiáng)對以下幾個重點(diǎn)內(nèi)容的重視：首先，必須要對聚合氯化鋁添加流量進(jìn)行嚴(yán)格的計算，計算單位應(yīng)當(dāng)為L/h；其次需要對聚合氯化鋁的實(shí)際濃度進(jìn)行檢測，檢測單位應(yīng)當(dāng)為g/L；最后是沉淀池的進(jìn)水流量，單位是m3/h，是應(yīng)用PLC進(jìn)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(yùn)行就會直接影響到沉淀池的進(jìn)水量。此外，為了使自來水的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗的目標(biāo)，在加藥系統(tǒng)自動化設(shè)計的過程中，必須要加強(qiáng)對配比的重視，確保配比的合理性及科學(xué)性。

3.2.2 加氯消毒站自動化程序設(shè)計

水廠氯化系統(tǒng)主要由氣源系統(tǒng)、真空氯化系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)和電氣檢測儀器系統(tǒng)組成。為了知道氯化反應(yīng)是手動氯化還是自動氯化，氯化機(jī)的手動/自動選擇信號應(yīng)該設(shè)置在氯化機(jī)中。水廠氯化控制設(shè)計分為氯化前控制設(shè)計和氯化后控制設(shè)計。預(yù)氯化控制設(shè)計的作用是除藻除膠體。所以，預(yù)氯化的添加量往往都是由遠(yuǎn)水流比例來決定的。在實(shí)際運(yùn)行過程中，如果氯化機(jī)發(fā)生故障，那么SCADA會迅速發(fā)出警報信號，并自動切換設(shè)備，及時切換到備用的氯化機(jī)中。然后在對預(yù)氯化的添加量進(jìn)行設(shè)計，其主要目的就是對自來水生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行控制，防止氯超標(biāo)現(xiàn)象的發(fā)生?？梢酝瓿蓪η宄撼睾统鏊诓课坏南?，其控制原理基本上與預(yù)氯化一樣。

3.3 沉淀池排泥系統(tǒng)自動化控制設(shè)計

自來水廠內(nèi)的沉淀池排泥系統(tǒng)主要由兩個部分組成，一個是排泥閥，另一個是排泥車。實(shí)現(xiàn)沉淀池排泥的節(jié)能與降耗核心是保證排泥時排水的科學(xué)應(yīng)用，并且污泥排放過程中盡量的避免不必要的排水，節(jié)省水資源的使用，防止浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)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(chǎn)過程中所產(chǎn)生的泥物進(jìn)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(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。其中在對排泥周期進(jìn)行設(shè)置的時候，工作人員必須要制定科學(xué)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(jìn)行合理的設(shè)定，在設(shè)定的過程中必須要充分考慮沉淀池的實(shí)際情況，確保開閥時間設(shè)定的合理性。（2）對排泥車的控制。在對自來水廠的排泥車進(jìn)行控制的時候，必須要嚴(yán)格按照沉淀池的特點(diǎn)來進(jìn)行自來水廠沉淀池進(jìn)水至出水過程中，池底沉積的厚度規(guī)律是由多至小，呈現(xiàn)逐級遞減的特點(diǎn)。因而，為在保證排泥車排泥效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與降耗，自來水廠排泥車中行走電機(jī)應(yīng)該選擇變速電機(jī)，并且沉淀池進(jìn)水端應(yīng)該慢速行走，但是沉淀池出水端應(yīng)該快速行走，或者是排泥車中行走電機(jī)選擇定速電機(jī)，這樣排泥車就能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能與降耗。

3.4 送水泵站自動化控制設(shè)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(gòu)成。確保至少一臺變頻泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將變頻泵設(shè)置為變頻組，然而，另一臺備用變頻泵以及兩臺恒速泵設(shè)置為恒速組。當(dāng)切斷變頻泵的運(yùn)行時間時，系統(tǒng)自動切換到另一個變頻泵。變頻泵的調(diào)頻應(yīng)根據(jù)出口壓力的預(yù)設(shè)值增加亦或是減少。當(dāng)用戶設(shè)置壓力值時，變頻泵的頻率相應(yīng)降低。對于相同數(shù)量的泵，泵的數(shù)量將根據(jù)泵的頻率進(jìn)行調(diào)整。首先設(shè)置兩個值，分別是啟動恒速泵和停止恒速泵的頻率。當(dāng)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(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，必須要嚴(yán)格實(shí)施以下措施：（1）對加壓變頻泵的工作頻率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在進(jìn)行加壓變頻泵工作頻率設(shè)計的過程中，必須要嚴(yán)格按照相關(guān)壓力值設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)來對泵壓進(jìn)行設(shè)置，并進(jìn)行PID恒溫控制，以此來實(shí)現(xiàn)對變頻泵工作頻率的控制。（2）加強(qiáng)變頻泵工作頻率。送水泵站的實(shí)際工作頻率調(diào)節(jié)往往都需要依靠用戶的用水量、用水高低峰進(jìn)行調(diào)節(jié)與設(shè)計的，在實(shí)際運(yùn)行的時候，如果送水管道的壓力達(dá)不到用戶設(shè)定壓力的話，那么就必須要對變頻泵的工作頻率進(jìn)行提高，使水管的壓力與用戶設(shè)定壓力相符合。（3）降低變頻泵的工作效率。在實(shí)際運(yùn)行的時候，如果送水管道內(nèi)的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過用戶設(shè)定壓力的話，就需要對變頻泵的工作頻率進(jìn)行降低，從而降低水管壓力。

4 結(jié)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(nèi)的自動化水平也得到了有效的提高，都加強(qiáng)了自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)。自動控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電能的控制，藥劑數(shù)量和水量在自來水廠制水過程的各個環(huán)節(jié)，如進(jìn)水，準(zhǔn)備和劑量，輸沙量和水供應(yīng)，減少能源消耗，提高工作效率，提高經(jīng)營管理水平的水生植物，改善水質(zhì)。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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