电气工程及其自动化技术在水厂中的应用

2023-10-22刘楠

中国设备工程 2023年18期

刘楠

（大庆油田水务公司水务环保研究院，黑龙江大庆 163000）

经济社会稳步发展的过程中对水厂工作提出了新的要求，越来越多的水厂开始探索全新的工作模式，一些水厂的电气工程及其自动化取得了突出成效。随着水厂供水任务的增大，每个水厂都需要增大在电气工程及其自动化方面的技术、资金投入，以构建全新的电气自动化系统，打破固有工作模式的限制。水厂电气自动化体现在各个方面，部分水厂在电气自动化方面的发展尚不成熟，未来的工作中这些水厂需立足自身的实际情况，进一步扩大电气自动化技术的应用范围。

1 电气工程及自动化技术的优势

1.1 提高了水厂的管理效能

在水厂中采用电气工程及其自动化技术后，可改变原有的工作模式，两种模式相比，电气自动化的优势更突出，不仅能大大降低人工成本，保障管理的便捷性，还可提升供水系统的稳定性与安全性。水厂的传统管理模式下，监测主要体现在以下方面：（1）每个环节都需配备几名专业的管理人员来负责监测工作，监测时的人力投入多、成本高；（2）需进行全天候监测，主要为轮岗工作模式，管理的效率偏低。而当水厂中采用电气工程及其自动化技术后，就可利用自动化技术构建全新的控制系统，达到全过程、全方位监管的目标，提升管理的自动化水平，不再需要投入更多的人力资源，降低了岗位人员的工作压力，有利于保障水厂的管理效能。

1.2 使管理信息更加可靠

水厂在原先的工作中，由于技术水平落后，主要为人工巡查工作模式，就是要由专业的技术人员借助相应的仪器设备来完成检查任务，最后由人工来整理、处理和分析数据，这种模式下常常会存在数据误差，不利于保障水厂管理工作的有效性，也就会最终影响水厂运营的安全性，难以保障供水质量。而在信息时代下电气工程及自动化技术发展迅速，通过构建电气自动化控制系统，可利用自动化模块达到动态化、全天候监管的目标，数据采集、分析均由系统自动实现，几乎不会有原有人工模式下的数据偏差问题，有利于在水厂的管理决策中科学利用各种信息，用信息辅助管理工作。

2 水厂电气工程中的自动化技术

2.1 智能化信息采集技术

随着互联网时代的到来，电气工程及其自动化方面出现了越来越多的技术，且应用范围日渐扩大。就当前电气工程及其自动化发展的实际情况来看，单一数据运算已经发展到了多领域应用阶段，水厂中的电气自动化中，智能化信息采集为核心技术，只有在这一技术条件下，才能实时采集和处理水厂中各个环节所产生的信息，在智能化数据采集与处理下提升决策的科学性，保障水厂的高效运营。

2.2 远程控制技术

水厂电气自动化控制中的远程控制中，需要不同部分之间的高效配合，如调度端、通道与厂站端，每个部分通过系统来建立相互之间的关联，在此情况下，打造水厂的现代生产系统，使不同部分处于同一运行系统。水厂内配备的调制解调器可使系统中的电流、电压、电阻等信息上传到厂站端，再由远程控制模块将这些信息转化为需求信息，以这些信息为基准执行相应指令。远程控制技术下的水厂控制发生了巨大的转变，可突破控制中的时间、地点限制，保障水厂工作的高效性。

2.3 分散监控技术

水厂中的电气工程及其自动化还体现在监控技术上，在水厂工作中采用监控技术，实际上就是要监测全部流程与要素，以最大化利用资源，提高水厂的工作效率，为水厂创造更大的经济与社会效益。实际上，监控技术的本质就是要监测、管理不同阶段的信息资源，用这些信息资源来辅助水厂内的各项管理与决策，通过以阶段来划分系统，有助于保持各个分系统的独立性，并使各个分系统之间保持一定的内在逻辑关系，通过全面监控来解决水厂工作中的诸多问题。

3 水厂中的电气工程及其自动化技术

3.1 滤池工艺反冲洗在电气自动化中的应用

水厂中存在滤池反冲洗技术，此项技术就是要由专人清洁处理滤池，在此前提下为电气自动化系统的稳定运行创造条件，反冲洗为有效手段，相关人员需参考滤池水位高低科学实施反冲洗。水厂滤池技术应用于电气自动化时，需考虑以下方面：（1）由专人检查和分析各种自动化设备的运行状态；明确真空技术是否与水厂工作需求相一致，确保系统内各种设备无损坏，以正常开展电气自动化。（2）操作过程中可选择的方式较多，手动操作虽有效，但操作时的要求高，也存在较大的操作难度。电气自动化装置所包含的控制方式较多，主要为现场控制、远程控制与集中监控控制，几种控制方式相比，现场控制具有更强的针对性，且控制系统的构成较为复杂，具体的控制工作中，相关人员可采用间隔控制法控制电气自动化系统，采用这一控制方式能优化和升级系统，进一步扩大监管范围，不需要配备更多的模拟量变送器，整个控制中的成本偏低，控制效率更高。与此同时，相关人员可利用近距离安装监控设施的方式来构建更完善的监控系统，用该系统监控水厂的各个环节，最大程度上降低电能消耗，达到了节能目标。自动化设备的功能多样、性能稳定，在监控过程中可取代原先的人工模式，提升控制效率，并保持电气系统的稳定运行。现场总线监控装置下，为发挥其在监控中的作用，需在设备之间配备连接装置，加强不同设备之间的关联，用监控装置来保障各个设备的可靠运转。现场总线监控的效率高、可靠性好，在当前的工业生产领域有着较广的应用范围，在未来具有广阔的发展空间。

3.2 管控一体化的控制系统

水厂中的电气自动化也体现在管控一体化系统中，相关人员立足实际情况所构建的管控一体化控制系统，可在水厂工作中实时监视、控制现场的一切流程与要素，保持管理信息与生产现场信息的高度结合，保障系统的功能多样性。管控信息集成的基本前提就是企业信息，企业横向、纵向信息沟通、汇集时需要有完善的信息网络支持，通过建立稳定且完善的网络系统来保持内部信息的共享，使信息在不同部门、岗位人员之间高效传输。水厂的综合自动化监管系统一般包含管理层、控制层、设备层三层结构，系统的运行过程中，管理层兼具故障报警、信息采集、状态监控功能，其中包含服务器、客户机，在该层级可保持信息的高度集成，将其与Internet 连接后，管理层能为各项管理与决策服务。水厂中的设备层负责送水、过滤、沉淀、混凝、取水等流程的测控，在机组电器柜、水泵机组、加药设备、水质监测设备等可采集现场的有关数据，并在获得这些数据后将其上传到控制中心的SCADA 系统，在该系统的历史数据库中保存这些数据。控制层包含控制网络、现场总线设备，水厂原来的管理系统中，集散系统控制站的有关工作内容直接被分配给底层网络，在此过程中可发挥测控设备的通信作用，保持控制网络与通用数据网络之间的可靠连接。在现阶段的条件下，不同工艺流程高度分散，需由处于中控室的控制中心来统筹和处理各种信息。

3.3 水厂清水池的自动化控制

水厂控制系统的运行中可采用功能分散控制模式，其基本的操作过程就是由技术人员借助现代信息技术来保持计算机系统与水厂自动化设备控制系统的可靠连接，建立二者之间的关联，使相互之间保持信息交互，保障控制系统的功能。水厂的净水处理中，清水池净水工程为其中的关键部分，这一环节的工作可提升水资源的净化水平。净化操作阶段，有关人员需将过滤处理后的水资源集中于净水池内，并采用科学的方式来提高存储效果，在该方式下水源供给充足，更有利于保障供水任务，处理后的清水经由水泵装置流入供水管道，以满足生产生活所需。

3.4 自动化变频控制技术

通常情况下，城市供水由水厂的自动供水系统来实现，当前城市化发展迅速，城市人口急剧增多，不论在生活还是生产方面，用水需求量显著增大，在此背景下，水厂再坚持采用原先的供水系统将难以满足需求，为此，水厂需优化原有的供水系统，如自来水公司可通过调节供水系统的压力、科学控制水泵运行速度，来确保供水量符合规定，在这种供水方式下即使用水量相对较大，供水系统也基本可维持正常的运行状态，但供水系统运行中的设备磨损严重，设备故障频发。因此，水厂应安排专人引入自动化变频技术来优化供水方式。自动化变频技术就是要保持供水管网中的压力合理性，严格根据工作中的供水情况来调节压力，以符合实际的供水需求，高效开展供水工作。当前的水厂工作中，自动化变频技术的应用范围显著扩大，可发挥该项技术在节能减排方面的作用，加快推进水厂工作的现代化。

3.5 水净化处理控制

水厂工作中水净化为重要环节，为避免这一环节出现问题，相关人员在实际的工作中也需做好水净化的监控、管理，以保障工序的合理性、流程的科学性，提高供水质量。现阶段电气自动化技术日渐成熟，通过构建电气自动化系统并利用该系统来监控净化过程，可提升净化工作水平。首先，电气自动化控制系统通过对滤池的反复冲洗、反冲洗，可进一步提高水质沉淀、过滤后的出水质量，冲洗环节需注意以下细节工作：电气自动化系统要科学控制冲洗过程，必须结合实际需求将冲洗时间、频率、量等控制在合理的范围内，以达到智能化控制的目标；冲洗要进行2 次，就是利用冲洗、反冲洗来净化滤池。其次，水净化处理的一大目标就是消毒和净化水中的微生物，具体的处理过程中有关技术人员可直接在待处理水体中添加氟，但需严格控制添加量，实现消毒灭菌。水厂在消毒净化环节同样需要由电气自动化系统来实现控制，以确保消毒、灭菌的效果。消毒净化过程中的监控工作中需注意以下工作：科学控制投氟量，把控投氟时间；对整个操作与执行过程实施严格监督，以达到理想的执行效果。如在实际的操作中投氟的量过多，可启用漏氟系统来吸收、过滤水体中的氟。

3.6 水质检测自动化技术

现阶段的水厂工作中，人们对水厂的供水水质等提出了新的要求，为保障水质可达到相应的标准，水厂内需开展水质检测。水质检测的复杂性较高，为提高水质检测的整体水平，实际的工作中也需利用电气工程及其自动化技术来实现。通常情况下，水厂的水质检测过程中往往要配备各种新型的自动化检测仪器，这些仪器的功能多样，在相互配合中可检测水的流量、水位、温度和水质。就当下的水质检测情况来看，水厂内主要配置有pH 测量仪、流动电流测量仪、漏氯检测仪，通过配备和使用这些检测仪器，可发挥不同仪器的作用，如在实际的工作中为准确测得水流数据，除了可使用传统的电磁流量计，还需配备非接触仪表，以获得更准确的结果。此外，水质检测结果受仪表类型、精度影响较大，一般需采用更多的精密仪表，利用这些仪表准确测定水位、温度信息，并从根本上确保水厂内其他工作的高效性、安全性。因此，现阶段的水厂工作中，检测仪表的作用越来越突出，各个水厂在管理各种检测仪表时也需利用电气自动化技术，且在各种仪表的设计中也有电气自动化技术，不论是仪表设计还是后期的管理工作，电气自动化都不可或缺，对水厂工作的影响巨大，各个水厂在当前及未来的水质检测中，还需进一步推行电气自动化技术。