电气自动化控制系统在自来水行业中的应用

李新燕

摘要：随着科学技术的不断发展与创新，自动化的应用已经应用于各个领域，并且在此基础上推动了计算机智能自动化控制系统，使水厂的电气自动化有了长足的发展，但要真正实现电气自动化的自来水行业目前还存在经济、技术因素等差距。现代化自来水行业不再是一个独立的个体，还要与外界共享水厂信息，便于上级部门的管理和监控。基于此，本文就电气自动化控制系统在自来水行业中的应用进行分析与研究。

关键词：电气自动化控制；自来水行业；应用

中图分类号： F407 文献标识码： A

引言

现阶段，供水问题不仅与人民日常生活与工作息息相关，也与经济发展密不可分。在社会经济高速发展的时期，国家及社会对经济发展水平和居民生活质量的重视程度日益提高。而供水建设和管理中出现的问题日益突出，使其成为群众迫切希望得到解决的主要问题之一。由于供水工程建设大多处于传统形式，自动化程度较低，导致水厂运行管理成本日益提高。因此，本文对供水模式展开讨论，分析电气自动化技术在供水中的应用，并提出切实可行的解决对策。

一、现代自来水厂自控系统的主要内容

（一）当前水厂采用自动控制系统的结构形式

水厂自动控制系统的结构形式，从自控的角度可以划分为数据采集与监视控制系统和集散型控制系统，即个人计算机与可编程逻辑控制器构成的系统等。SCADA 系统组网范围大，通讯方式灵活，但实时性较低，对大规模和复杂的控制实现较为困难。D C S系统则采用分级分布式控制，在物理上实现了真正的分散控制，且实时性较好，但应用软件的编程工作量较大，对开发和维护人员要求较高，开发周期较长。IPC+PLC系统既可实现分级分布控制，又可实现集中管理分散控制。而且PLC本身可靠性高，组网、编程和维护很方便，开发周期很短，系统内的配置和调整又非常灵活，可与工业现场信号直接相连，易于实现机电一体化。因此，IPC+PLC系统成为当今水厂自动控制系统的主要结构形式。

自来水厂主要的控制技术与核心组成基本相同，主要有水质检测技术、水处理控制技术、变频节能技术与综合自动化系统四个方面。

（二）水厂制水工艺流程及自控系统组成

1.水厂制水工艺流程

各水厂根据实际情况，其工艺流程千差万别，设备有增有减，但基本的流程都相似。其主要工艺过程大都是：取水：通过多台大型离心泵将江、河、地表等处的水抽入净水厂；药剂的制备与投加：按工艺要求制备合适的混凝剂，并投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒的目的；混凝：包括混合与絮凝，即源水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥；平流沉淀：与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥；过滤沉淀：水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂；送水：多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入供水管网。

2.水厂自控系统组成

自来水厂是将整个工艺按控制单元划分，主要包括：取水泵房自动控制系统、送水泵房自动控制系统、加矾自动控制系统、加氯自动控制系统、格栅配水池控制系统、反应沉淀池控制系统、滤池气水反冲洗控制系统、配电控制系统、水厂中央控制室自动化调度系统，这些工艺单元内设备相对集中。根据这些特点，自控系统较多采用PLC＋IPC的集散控制系统(DCS)模式。

采用PLC+IPC 系统的水厂自动化控制设计，一般是采用多主站加多从站结构，能够较好的满足水厂自动化的监控、保护要求。控制点分布在水厂内不同的位置，采用就近控制原则，在设备集中区分别设置不同的PLC站对该区域设备进行监控，再通过通讯网络，各PLC站之间进行数据通讯，实现整个水厂的自动化控制。

二、电气自动化控制技术及在水厂中的应用情况

（一）水质检测自动化技术

水处理中的自动检测技术，即水质检测技术是保证供水和排水水质的重要手段，也是指导水处理工艺运行过程的重要依据，随着自动化技术、机械制造技术等的发展，出现了越来越多的新型自动化检测仪表。目前使用的水处理自动化仪表包括流量、水位、温度、压力仪表以及水质测量分析仪表，如pH测量仪、流动电流检测仪、漏氯报警仪、余氯分析仪、高低浊度在线检测仪等。在流量测量方面，除了传统的电磁流量计外，还出现了大量非接触式仪表。水位测量仪表是水处理中另一类使用广泛的检测仪表，滤池、清水池、格栅配水井、配矾等处都要用到，主要有差压式、静压式、吹气式、浮子式、静电电容式、以及超声波等类型。检测仪表是实现水厂自动化的基础，在日本等发达国家除大面积使用现有成熟仪表外，还不断开发出新的检测仪表并发展相关的检测技术，不断扩大检测范围，提高检测精度。

（二）水处理控制技术

随着科学技术的不断发展，自来水厂的电气自动化程度不断加深。水厂内的自动化控制系统的不断完善，大大提升了水厂对水的处理能力。人们对于水的质量要求越来越高，人工的水处理技术已经不能达到人们对于健康饮水的标准。水处理自动控制技术的根据水质数据的变化，快速实现滤池的冲洗，及时控制药剂的投加频率和投加量，达到水质指标要求。

（三）自动变频控制技术

在水处理行业中，普遍存在着用水量变化较大的问题，在不同的季节、不同的时段，用户用水的需求量有很大的差别，存在着明显的用水高峰特征，因此水处理厂供水系统的给水压力需要随用户的用水需求量变化而变化。在低峰时，如果水泵机组按高峰期的用水量运行，虽可通过调节阀门来满足用水需求，但供水能量损耗大，而且还会影响机组的正常运行。因此，根据用水需求自动控制水泵机组运行，且实现节能，是水厂自动化技术的一项重要内容。变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节电效率很高，几乎能将因设计冗余和用水量变化而浪费的电能全部节省下来。变频调速控制技术，是指以变频调整原理为基础，在保证供水可靠性的前提下，根据供水系统用水量的变化情况，自动调整水泵工况，使之始终尽可能地在高效区间内运行，以达到降低能耗、提高效率的目的。这一技术是比较科学，可靠性较高的一种调节水泵工况的方式。变频器是一种以变频调速技术为基础通过改变频率来调整电机转速的工业装置。作为一种先进的调速装置，变频器不但调速范围广、可靠性高、操作与维护方便，而且节电效果明显。应用变频器来实现变频节能供水，可以通过采用恒压变量或变压变量两种方式来实现。恒压变量供水系统通过调整变频器转速（即供水流量）来保证供水压力不变，该系统技术比较成熟，应用广泛。变压变量供水系统则根据用户用水量的变化同时调整变频器转速（即供水流量）和供水压力，很明显该方案节能效果更好。但是由于水头损失等受各种因素影响，难以准确确定，实际应用的很少  。

（四）水厂电气自动化控制系统的发展趋势

随着电气自动化技术的发展不断加深，未来的自动化系统应该向智能化、网络化、信息化、一体化等方向发展，扩大自动化系统对水厂的影响程度，促使自来水厂的生产效率不断提升。智能化的发展方向体现在智能化设备、智能化的控制技术，自动化控制系统具有自身采集数据和传递信息的智能化的表现；网络化的表现为自来水厂的数字化，信息化，远程监控等多方面；一体化表现为管理、监控、现场控制三个空间的一体化，对我国水资源的统筹规划和充分利用等。

结束语

经过长期的实践证明,该电气自动化系统在自来水厂中的应用具有极大的商业潜力,主要是因为它同时实现了高质量、高效率、高安全系数以及低能耗,这种自动化处理系统在保证水质的前提下大大提高了自来水厂的处理能力,所以值得在水厂中大力推广。

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