中小型水廠自動化技術(shù)改造的實踐與體會

1、中小型水廠自動化技術(shù)改造的實踐與體會中小型水廠自動化技術(shù)改造的實踐與體會摘要：本文介紹了振華水廠自動化控制系統(tǒng)的組成與功能，著重論述了改造前后凈水工藝控制方式的變化，并就自動化生產(chǎn)運行一年來的實踐經(jīng)驗提出對中小型水廠自動化技術(shù)改造的一些體會。關(guān)鍵詞：中小型水廠 技術(shù)改造 自動化控制 體會一、振華水廠簡介振華水廠于 1994 年底投產(chǎn)，規(guī)模：6 萬立方米日，屬中型水廠，擔負著開平市城區(qū)大部的自來水供應，其供水水質(zhì)及安全性對整個城區(qū)都有著重要的影響。工藝流程：該廠生產(chǎn)控制方式為現(xiàn)場手動控制方式，投藥、加氯的準確度、連續(xù)性，濾池反沖洗、二級泵站供水的安全可靠性都受到相當大的制約。為適應城市供水行業(yè)

2、2000 年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃要求及人們對水質(zhì)和供水安全性要求的提高，1999 年 5 月我水司與有關(guān)高?？蒲腥藛T及自控專業(yè)公司合作對該水廠進行了自動化改造。經(jīng)改造后的生產(chǎn)實踐證明，效果相當不錯，說明中型水廠自動化改造是必要和可行的，具有一定的推廣價值。二、自控系統(tǒng)改造設(shè)計思路2.1 系統(tǒng)組成本自動控制系統(tǒng)主要由中央控制室兩臺計算機（pentium /450，內(nèi)存96m）、模擬屏及現(xiàn)場兩套 plc（simatic s7300，cpu314）組成，控制規(guī)模di160 點、do96 點、ai24 點和 ao12 點。采用 dcs（distribute controlsystem）系統(tǒng)，為中央控制室集

3、中監(jiān)控、plc 分散控制和現(xiàn)場操作臺手動控制的三級控制。plc 軟硬件主要由西門子公司提供，使用 windows nt 4.0 操作系統(tǒng)構(gòu)成 cs 結(jié)構(gòu)，分別以 step7 和 winccv4.0 為編程與監(jiān)控軟件。整個系統(tǒng)采用 mpi 多點接口網(wǎng)絡(luò)，plc 框架采用內(nèi)部總線，plc 與計算機之間采用 rs485通訊接口，兩套 plc 站通過專用雙絞線聯(lián)接，如圖 1 所示。其中，二級泵站 plc 監(jiān)控泵站電機、水泵、真空泵及閥門工作狀態(tài)，監(jiān)測調(diào)速泵頻率、運行時間、電流、電壓、電源有功功率、耗電量、機泵閥開關(guān)量狀態(tài)及出廠水水質(zhì)指標；而中控室 plc 同時監(jiān)控加礬、加氯、過濾、反沖洗和反沖洗水池補

4、水系統(tǒng)的設(shè)備運行工況，監(jiān)測混合 scd 值、濾后水余氯及原水水質(zhì)指標。2.2 系統(tǒng)功能監(jiān)視功能模擬屏以直觀的表達方式，通過色彩和動態(tài)顯示數(shù)據(jù)，形象表示出制水生產(chǎn)全過程。監(jiān)控計算機可以對生產(chǎn)進行全面監(jiān)控，并對投藥、加氯、濾池及送水泵站各系統(tǒng)以立體圖和平面圖表現(xiàn)相應的工藝流程、設(shè)備運行工況以及儀表參數(shù)。此外還具有歷史數(shù)據(jù)分析和報表系統(tǒng)功能，自動生成 7 種不同類型生產(chǎn)報表，并可隨時進行修正和打印。自動控制自動控制分為人工和自動方式，前者是把輸出模擬量固化，后者則通過預設(shè)參數(shù)實現(xiàn)優(yōu)化控制，控制單元對設(shè)備檢測部份傳來的信號進行運算，將結(jié)果送至設(shè)備執(zhí)行部分。故障診斷plc 外部控制電路和o 接線系統(tǒng)的故

5、障檢測診斷，由用戶程序找出最佳矛盾邏輯狀態(tài)組，及時發(fā)現(xiàn)故障點，開啟報警并記錄。通過啟動“報警置位”功能復位，消除故障。2.3 改造后凈水工藝控制方式（1）加礬系統(tǒng)改造前采用重力與泵壓聯(lián)合投加：礬液從高位礬池流入礬泵，經(jīng)提升至高度與礬池項約相平的緩沖罐，然后應用重力投加。受原水管道壓力變化影響，在水質(zhì)水量發(fā)生變化時，憑經(jīng)驗人為調(diào)節(jié)造成滯后和不準確。改造后，加礬系統(tǒng)采用隔膜可控容積計量泵、變頻調(diào)速電機和美國 mitionroysc5200e4wjooo 游動電流檢測儀（簡稱 scd 儀），見圖 2。其中，以原水流量為前饋量控制電機頻率，流量越大，頻率越大，轉(zhuǎn)速也就越高，確保原水流量發(fā)生階躍變化時控

6、制系統(tǒng)響應速度和穩(wěn)定性；以 scd 儀檢測混合 scd 值為反饋量控制計量泵沖程。水廠集中采用中控室 plc 內(nèi)部 pid 控制器，實現(xiàn) pid控制算法。加礬系統(tǒng)在原水流量計和 scd 儀的自動監(jiān)測下，實現(xiàn)頻率和沖程雙點調(diào)節(jié)，最大限度擴展控制范圍，適應了原水水量和水質(zhì)大幅度變化，并可克服原水管道壓力變化影響，保證了混凝效果。（2）加氯系統(tǒng)改造前只有濾后加氯，投加量偏差多少依據(jù)一小時后檢測耗氯量、余氯值來估計，再手動改變加氯機開度，調(diào)節(jié)氯氣流量，調(diào)節(jié)粗糙，反饋過慢，致使加氯不夠可靠。改造后，濾后加氯采用復合環(huán)控制，并增加反應前加氯系統(tǒng)。反應前加氯按原水流量比例投加，屬開環(huán)控制。濾后加氯以原水流量

7、為前饋量，以濾后水余氯為反饋量進行投加，屬閉環(huán)控制。應當說明的是濾后加氯流量信號仍取之于原水流量，是因為原水流量與濾后水流量不等情況很少，且有余氯儀檢測反饋。這種前后反饋復合環(huán)控制加氯技術(shù)保證后加氯系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，也適應水量和水質(zhì)變化。論文出處(作者):（3）濾池系統(tǒng)原系統(tǒng)過濾時靠肉眼判斷濾池水位高度，手動調(diào)節(jié)進水閥和濾水閥門，造成水位忽升忽降且各濾池水位高度不一，濾速不均。改造后，保持進水閥全開，以超聲波水位儀和角度轉(zhuǎn)換器分別監(jiān)測濾池水位和濾水闊開度，執(zhí)行 pid 指令后，送出開度控制信號，實現(xiàn)恒水位過濾。如圖 3 所示。過濾到一定周期進行自動反沖洗。為簡單起見，反沖洗省去按阻塞值條件控

8、制，當過濾能力下降并形成一定水頭差，值班人易發(fā)現(xiàn)水位突破恒定水位并不斷上升，由此進行強制反沖洗。另外，反沖洗水池自動補水，以液位計反饋液位高度信號控制水泵啟停，同時保留原靠浮球到達限位作為水泵停止信號的控制，兩者并用確保反沖洗水池滿水后水泵自動停止，以免事故發(fā)生。（4）二級泵站系統(tǒng)改造前，四臺型號一致大泵和一臺小泵都是定這泵。手動控制出水閥門開度來調(diào)節(jié)供水壓力，浪費能量且不適應管網(wǎng)壓力變化。改造后，利用壓力變送器的壓力反饋，一號大泵進行變頻調(diào)速，達到恒壓力供水目標，如圖 4 所示。變頻器最佳輸出頻率范圍為 40hz 至 49hz，當達到設(shè)定極限 50hz 時，變頻器會自動跳閘，并發(fā)出警報。在實

9、踐中，以一號變頻調(diào)速泵與其它定速泵的不同并聯(lián)組合，使變頻調(diào)速在最佳變頻范圍進行工作。三、運行效果及體會3.1 運行效果（1）加礬和加氯兩套系統(tǒng)均實現(xiàn)了優(yōu)化控制，確保了水質(zhì)的提高。出廠水濁度一般在 1.0ntu 以下，余氯值在 0.40.7mg/l 之間，達到類水司水質(zhì)標準，其它指標均符合或優(yōu)于國標。另外，自控監(jiān)測儀表一般都有靈敏度高、準確性好和易于維護的優(yōu)點。（2）自動化控制，大大降低了工人的勞動強度，提高工作效率。同時，也提高了凈水生產(chǎn)的穩(wěn)定性、連續(xù)性與供水的安全性，符合供水行業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求。（3）降低了能耗、藥耗。利用調(diào)速泵與定速泵不同并聯(lián)組合來適應不同供水需求，在滿足管網(wǎng)壓力

10、逐時變化前提下提高效率，節(jié)約了電能。我們對調(diào)速大泵和一臺定速大泵并聯(lián)運行與兩臺定速大泵并聯(lián)運行作出比較，節(jié)能約為 10左右。不僅節(jié)約電能，而且經(jīng)統(tǒng)計節(jié)約礬藥約 10。如表 1 所示。3.1 體會中小型水廠規(guī)模小，自動化改造的投資成本相對較高，因而需要在保持技術(shù)先進的前提下尋求自控系統(tǒng)的可行性簡化。如用集成在 cpu 內(nèi)的 mpi 進行簡單聯(lián)網(wǎng)，以 step7 用戶接口簡單組態(tài)等。對中小型水廠自動化技術(shù)改造在我國尚屬嘗試階段，應用不多，本項目注重設(shè)計與實際情況的緊密結(jié)合。例如，本廠的原水進水采用計量堰計量時一般會出現(xiàn)水面波動較大的現(xiàn)象，我們通過設(shè)置擋板以消除計量堰水面紊動，確保水位和流量信號檢測準確；反沖洗水池抽水泵真空判斷原以在真空表內(nèi)設(shè)定固定真空值為準，為適應清水池水位大幅度變化要求，特改用在真空管路內(nèi)水位提升浮球取得真空形成信號等。另外，進口自動監(jiān)測儀表需穩(wěn)定安全的工作環(huán)境才能正常發(fā)揮作用。對此我們在相關(guān)儀表前加設(shè)緩沖排氣筒，出廠水經(jīng)氣水分離后依靠重力流向儀表，相對穩(wěn)定、平緩，使儀表正常工作。水廠生產(chǎn)實現(xiàn)自動化控制，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)運行方式，促進了凈水處理技術(shù)水平的提高，經(jīng)過一年多的實際運行證明，改造是成功的，達到了我們預期目的，提高了投藥加氯的準