基于自来水厂生产过程中自动化控制系统的设计与实现

刘瑞林（桂林市自来水公司，广西桂林541003）

基于自来水厂生产过程中自动化控制系统的设计与实现

刘瑞林（桂林市自来水公司，广西桂林541003）

自来水厂生产过程的自动化设计，有助于自来水生产质量和生产效率。文中首先分析了目前我国自来水生产过程中自动化控制系统的现状，主要涉及其发展情况、自动化控制系统的特点以及一些应用。基于以上这些分析，进行了具体的自动化控制系统的设计，其中包括具体的几个方面，通过对这些设计点的说明进一步解释了设计项目的实现方式。

自来水厂；自动化；设计；实现

1 引言

自来水作为人们生活中不可缺少的一部分，它的提供就成为现在科学研究的重要一部分，因此这就涉及到自来水厂生产过程中。同时，随着现代科技的进步与发展，无论在那些研究上我们都不能忽略自动化控制系统。目前的一个问题是，我国的一些制造厂商所制造出的仪器质量与国外相同种类的产品还存在很大的差距，不能满足自来水厂的要求，这促使新的设计方案需要提出。水厂始终以实用为出发点，在全面使用国产设备的前提下，关键要不断加强水质，尽可能地减少设备运行费用，健全、改善相关的生产工艺设备，与此同时，制作出为自身实际情况量身定做的监控管理系统也是必不可少的一项任务。由于历史和现实的原因，我国水厂自动化的总体发展水平还不高，发展也不平衡。在自来水厂的建立过程中，要处理好其综合自动化系统，并能够合理的对自来水生产过程中的管理和控制相互结合，从而更大可能地提高自来水生产质量和生产效率，降低能耗，推动社会的可持续发展。有的自控系统从未运行过，一直处于闲置状态；有的运行一段时间后变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了自动化系统和设备的极大浪费。基于这些情况，一项合理有效的设计需要考虑好多细节性的问题。

2 自来水厂自动化现状

受多种因素的影响，当前我国自来水厂其生产过程的自动化发展水平还相对落后，许多地区的发展趋势与效应也不尽相同。自来水业的科学技术水准较为落后，缺乏在供水技术领域的监控管理岗位能力，人才少。我国自来水厂的自动化工作起步较晚，但发展很快。发展我国自来水行业的生产自动化应当按照自身所需，发展成为具备中国特色的发展路径，随着现代化科学技术的快速发展，自来水厂生产过程的自动化设计要积极引进先进的控制技术和设备，在对国外的先进技术设备实施引入，汲取其经验的同时，也不可以“照单全收”，应当从我国国情出发，加强对自来水生产过程的管理和控制。

2.1 我国水厂自动化控制系统的发展

我国水厂自动化控制系统的发展起初是处于相对零散的控制阶段，然后进入自来水厂相对综合的阶段，最终发展为供水系统的系统化的协调阶段。具体来说，首先是水厂各部分分别进行自动控制，每个独立系统之间没有任何关系；进入下一个时期，整个水厂作为一个综合自动化控制系统进行生产，同时各独立子系统又可以独立工作；在第三个阶段要求在一个区域的供水企业共享信息，实现整个城市或地区供水系统的自动控制。

2.2 自来水厂自动化控制系统特点

自来水厂的自动化系统根据不同类型的变量设置不同的扫描时间，实时采集整个自来水厂各种设备的运行状态，并根据设备的状态和工艺要求自动调节各种设备的运行参数和状态。系统的设置具有一定的安全性，而且是针对系统的构成和工艺流程要求来进行合理安排。，这样可以防止被别人随意动用东西。系统还可运行在自动、手动启动工艺流程和手工操作三种控制方式，使得系统整体的协调性和灵活性大大提高。当然，由于系统之间各种设备交错复杂，因此优良的监视系统也是很有必要的，这样就可及时准确地对各种异常情况给出报警信息。在计算机屏幕上相应区域闪烁报警，并可在打印机上输出。

2.3 目前自来水厂自动化控制系统的应用

建立一个对生产现场状态的监视和控制来实现水厂控制系统管控一体化，同时还把现场信息和水厂管理信息结合起来形成具有水厂控制和企业管理功能的综合自动化系统。

以此同时，PLC在自来水厂自动化系统的应用也是很重要的。PLC是可编程逻辑控制器，是一种具有微处理机的数位电子设备。早期的PLC，主要用于实现原来由继电器实现的顺序控制、定时器、计数器等功能。软件编程主要采用类似于继电器控制逻辑的梯形图语言。用于自动化控制的数位逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。

3 自来水厂生产过程自动化的设计与实现

具体的控制工作需要根据中央控制站点、配电室控制站点以及滤池公共部分控制站点等方面的共同作用，实现现代自来水厂的自动化控制系统运行的高效性。应用自动控制系统可以有效地改善水质和水体的浑浊程度，提升自来水厂的信誉度以及经济效益。

3.1 现代自来水厂自控系统的要素

就自控方面来说，水厂自动控制系统的结构形式可以划分为数据采集与监视控制系统和集散型控制系统两部分，也就是工业个人计算机与可编程逻辑控制器构成的系统等。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，在施工工艺应用的过程中，包含的环节相对较为复杂。取水、药剂的制备和加工等方面的重要性不言而喻。自来水厂通常是将整个工艺按控制单元划分。自来水厂控制工作逐渐采用自动控制的方式已经成为一种普遍的趋势，在实际的工作中，需要相关的操作人员对不同的自动控制方式加强了解，保证操作的可实施性。自来水厂发展的特点各不相同，但是相互之间也存在着紧密的联系。

图1 水厂自动控制系统组成示意图

3.2 自动化控制系统的设计及实现

常规意义上，可以按照设备的布点与功能执行，将自动化系统分为几个站点：中央站、取水站、加氯站、加药站、沉淀池站、配电站、滤池的公共部分站、滤池站、送水站。结合自来水厂生产运行情况，优化生产工艺，构建自来水厂生产过程的电气自动化机械系统，推动自来水厂的快速发展。

3.2.1 水质检测系统的自动化设计

当前，自来水厂生产过程中使用的自动化仪表主要包括压力、温度、水位、流量仪表和水质检测分析仪器。自动化水质检测系统是自来水厂生产过程中确保排水和供水水质的重要模块，也是自来水处理过程中一个关键工艺。当前，传统的控制手段和控制技术已经难以满足自来水厂的水处理要求，现代化自来水厂需要建立自动化水处理控制系统，应用经典控制理论，随着机械制造技术、自动化技术的快速发展，各种现代化自动化检测仪表不用涌出。构建自动化水处理控制模型，全面控制加氯和药剂投放过程，实现时变、非线性的水处理控制系统。

3.2.2 机电一体化设计

自来水厂生产过程的机电一体化设计，顾名思义，就是将机械工程和自动化进行相互结合的一种方式，由于信息技术的飞速发展，网络化、智能化、信息化、管控一体化等概念向自动化领域的渗透。机电一体化方面的研究与应用虽然起步比较晚，但是面对全球经济竞争的市场，使得自动化系统的体系结构面临一场深刻的变革，这种变革也必将对水工业自动化产生重大影响。

关于形成的信息自动化管理系统，测控中心将采集的数据经过汇总、统计、分析等进行正常的运行，同时提供的数据等有用信息供管理中心操作人员实时掌握各部门的运行情况。更重要的是，在必要的时候，还可以通过机电一体化的作用实现远程控制，这样更是极大地提高工作效率。

图2 一般水厂网络层次图

4 结束语

水资源的缺乏以及水体污染是我们面临的紧迫问题。随着科技的不断发展，自动化的功能已经逐渐涉及到了信息网络领域、智能领域、以及管理控制一体化领域，自动化的发展极大地促进了我国当前工业的发展力度，进一步推动了自来水行业的步伐，特别小型的自来水厂。企业信息网络是管控信息集成的基本条件，没有信息网络就不可能实现企业横向和纵向信息的沟通和汇集，以及与外部世界的信息沟通，其科技能力的提高有目共睹。因此，自来水厂依然应当以自动化控制系统为主力方向发展，可以肯定的是，建网的目标在于实现全企业范围内的信息资源共享，这也必然是我国水行业自动化控制技术发展的总趋势。

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TP273.5

A

2095-2066（2016）33-0270-02

2016－10－28

刘瑞林（1982－），男，汉族，桂林人，工程师，本科，主要从事信息自动化管理工作。