智慧水厂控制系统运用

黄智，谢花

（中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410004）

城镇给水系统由各生产构筑物和输配水管网组成，保障城市居民及企业等用水系统。水在日常生产生活中占有极其重要的地位，缺水将会直接影响居民生活、工业生产和国民经济发展。因此，给水工程是每个城市及其生产企业的一个重要基础设施，必须保证足够的水量、合格的水质、充裕的水压供应生活用水、生产用水和其他用水，当然还要兼顾今后的发展需求，包括对水量需求的增长及水质品质要求的提高。

1 水厂智能控制系统分析

水厂常规处理工艺：原水→混凝→沉淀（澄清或气浮）→过滤→消毒→饮用水。混凝是在静态混合器中投加碱式氯化铝，机械搅拌澄清池或折板沉淀池进行沉淀絮凝，过滤设备常采用V型滤池或翻板滤池。最后投加液氯或次氯酸钠进行消毒(如图1)。经过净水厂中各处理构筑物处理后，出厂水能够达到饮用水标准要求。

图1

1.1 水质数据采集

目前，部分水厂没有水源水质检测，或水质监测系统仍主要采用现场采集－实验室分析的方法。该方法存在水质采样不足、缺乏自动测报能力、水质监测信息处理不及时，没有对突发性污染事故的预警能力等问题。通过在水源上游安装水源监测站，利用温度传感器、流速传感器、PH传感器、COD传感器、氨氮传感器、硝氮传感器、叶绿素传感器、总磷传感器对水源水质环境进行实时信息采集，并通过数据传输终端进行发送。能够自动连续采样、实时记录数据并预警，方便工作人员观察水质的连续变化情况（如表1）。

表1

1.2 滤池控制系统

（1）恒水位过滤控制。正常过滤时，现场I/O控制单元采集滤池超声波液位计检测的当前液位值，并将此检测值通过现场以太网总线传送至PLC与预设参考值进行比较运算，然后将调节信号通过以太网传回到远程控制I/O单元，通过I/O端输出调节信号至滤池出水阀，调节阀门开启度，以维持恒水位过滤。

（2）反冲洗控制。滤池反冲洗，常采用的是气水反冲洗技术，根据此种反冲洗技术的特点，滤池的控制采用集中控制与就地控制相结合的方式。气水反冲洗技术：在滤层结构不变或稍有松动的条件下，利用高速气流扰动滤层，促使滤料强烈互撞摩擦，加上气泡振动对滤料表面的擦洗，使表层污泥脱落，然后利用水冲使污泥排出池外。气水反冲洗方法不仅提高了冲洗效果还延长过滤周期，从而节约冲洗水量。

①反冲洗的条件。该格滤池的所有阀门及反冲洗泵等设备处于正常工作状态，无故障报警。自动方式：在上位机或滤池控制台的操作面板上将控制方式转换到时间模式、液位模式（可同时选择），此时，PLC主站将计算参数传送至运程I/O控制单元，包括：设定运行时间、滤池出水阀的开度（全开时，阻塞值超限）等参数，并开始进行反冲洗，这两个参数是并列关系，哪一值先到，就按哪个反冲洗。手动控制方式：在滤池控制台的操作面板上或中央控制室，点击 一键反洗 按钮，可以手动控制滤池的反冲洗。该种方式的反冲洗请求为最高级别，无论其他反冲洗请求条件是否满足，都会进入反洗队列进行排队。

②滤池反冲洗排序。同一时间只允许一格滤池执行反冲洗程序。如果某格滤池达到反冲洗条件，但其他滤池正处于反冲洗程序状态时，则该格滤池保持原有状态，进入排队等待状态。滤站PLC按照 先进先出 的原则对处于等待状态的滤池进行排序。

1.3 加药控制系统

混凝是净水系统中最重要的工艺过程，也是制水成本的主要组成部分，同时混凝剂的投加量的准确性直接影响着最终出水水质。目前，传统的混凝投药自控技术如下：

（1）键控加药：在值班电脑上根据所监控的原水流量、浊度、和加药流量。在电脑上实现中控启停计量泵，并且在界面上可以调节计量泵的频率，从而改变加药流量，不需要操作人员到现场进行操作。

（2）自动加药：首先进行数据采集，把原水温度、原水流量、浊度、和加药流量等通过采集来的模拟信号送至PLC中，根据加药系数、修正系数等计算出来的数据，再通过模拟信号输出到对应的变频器中，实现频率的变化，从而控制加药量的大小。

1.4 送水泵房控制系统

送水泵房控制系统，负责水厂送水泵房有关设备及出厂水水质参数的监控及检测。

主要自控功能：

（1）送水泵房机组根据命令通过程序实现机组开停的一步化操作。

（2）水泵根据管网水量的需要或管网压力以及调度命令，可自动调节水泵频率控制。

（3）水泵根据水厂生产的需要采用PID自动调节水泵运行转速。自动状态下，电机转速与总管压力连锁，如电机转速达到最大值，压力仍不满足要求时，电机运行数量不会自动增加，此时需要人工干预，控制电机启动数量。

1.5 污泥脱水系统

原水经明矾溶液絮凝反应，经过折板絮凝区在沉淀池沉淀，絮凝区经角式排泥阀排出泥水，沉淀池经吸泥机排出泥水至排泥池。排泥池水下推流搅拌机运转防止泥水沉淀，后经排水泵排出至浓缩池。浓缩机运转，初步使泥水分离，后经重力压至平衡池。泥水经平衡池进料泵房中的螺杆泵及污泥切割机处理后，排至脱水机房。泥水进入离心脱水机，由进料泵房提供的PAM药剂，使泥固化，后经脱水机离心处理后，螺旋传送机运至储泥斗后成为泥饼运出。泥水进管道重新排回排泥池再次进行循环处理。药剂投加均由脱水机房PLC子站及中控室进行监测完成。

2 智慧水务综合管理系统

智慧水务综合管理系统通过高速可靠的工业以太网系统，采用云计算方式，将监控系统部署到云服务器上。打破传统控制系统独立运行，信息不通畅等问题，使独立的过程控制自动化、管网调度指挥、泵站水压检测等部分有机融合，解决供水企业生产运营的全过程监控自动化和管理信息化。用于水厂、管网供水调度，保证供排水全周期运行监测。提高事故预防及应急处理能力，将各项资源全面整合利用，实现供排水各个环节联动作业，达到全生产链管理的先进水平(如图2)。

图2

3 结语

智能控制将自来水现代化生产与现代通信技术及现代化控制技术相结合，不仅可以实现自来水系统的信息采集自动化及自来水生产工艺流程控制自动化而且可以实现供排水各个环节联动作业，达到全生产链管理的目标。同时可以减少自来水供水系统人力的投入，节约人力成本，增加经济效益和社会效益。