自动化控制系统在自来水厂节能降耗中的应用

赵宇

摘 要：近年来，随着城市对水资源的需求量不断提高，对自动化控制系统的建设已经得到城市自来水厂的关注。随着城市化进程的加快，大部分控制装置已经成功地投入到自来水厂的建设中。为了达到节能降耗的目的，自来水厂自动控制系统的应用能够有效满足需求。因此，重点研究自动控制系统在自来水厂节能降耗中的应用。

关键词：自动化控制系统；自来水厂；节能降耗

中图分类号：TU991.62 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）33-0164-02

Abstract： In recent years， with the increasing demand for water resources in the city， the construction of automatic control system has been the concern of the city waterworks. With the acceleration of urbanization， most of the control devices have been successfully put into the construction of waterworks. In order to save energy and reduce consumption， the application of automatic control system in waterworks can effectively meet the demand. Therefore， this paper focuses on the application of automatic control system in energy saving and consumption reduction in waterworks.

Keywords： automatic control system； waterworks； energy-saving and consumption-reducing

前言

当下，随着我国水资源需求量的不断增加，城市供水量也在逐年增长，这就给供水企业带来了很大的供水压力，为了使供水顺利高效进行，纷纷加强了对供水自动化控制系统的研究与利用，使供水自动化水平得到了很大程度的提高。现如今，很大自来水厂都应用到了自动化控制系统，不仅提高了供水效率，满足了社会的用水需求，还大幅提高了自来水厂的节能性，减少了能源消耗，给自来水厂带来了更加可观的经济效益。本文主要对自来水厂中的自动化控制系统构建以及节能方法进行探讨，希望能够为我国自来水厂实现节能降耗、提高供水效率的目标做出一定的贡献。由于自来水厂给人民的日常生活带来了较大的影响，消耗了大量的电能，电气自动化与自来水厂运行相结合能够提升节能降耗的效率。在此基础上，探究并分析了怎样将自动控制系统有效地使用在自来水厂节能降耗中，以供参考。

1 自来水制水工艺

在人们日常生活中，及工厂运营过程中，都必然会使用自来水，自来水厂已经成为了人们生活中及很多工厂运行中必不可少的一部分，由其可见，自来水厂对于人们的生活质量及社会的经济发展是至关重要的。现如今，随着社会对水资源需求量的不断增加，自来水厂的供水量也在不断提升，在这种情况下，促使了自来水厂的制水、供水工艺水平的提高，使供水质量及供水效率得到了有效的提高，有效防止了长时间供水现象的发生。当下，很多自来水厂都采用了互联网技术来对送水工程进行监督，确保了送水的顺利、高效进行，并提高了制水工艺，实现对自来水供应的自动化、智能化控制。水的生产过程分为取水-制备和试剂用量-混凝-平流沉淀-过滤沉淀-供水几个步骤。水处理工艺采取最领先的处理技术，且能够符合我国相关标准要求。自动控制设备主要采用的是分布式控制设备，并采用互联网来实现设备与计算机控制系统等互相连接，从而实现对自来水生产过程的自动化、智能化管理与控制，使水资源的供应效率及水质得到有效的提升，为自来水厂创造更加可观的经济效益。

2 自动化控制系统概述

一般来说，自来水自动控制系统主要由两个系统组成，一个为开环控制系统，另一个为闭环控制系统。开环控制系统又称时序控制系统。它通常用于化学和机械领域。闭环控制系统主要由输出与期望值的偏差来实现控制。通过对信号的分析与判断，来对自来水的生产及供应进行控制。当下，随着我国自来水供应领域自动化控制水平的不断提高，自动化控制系统的应用价值也在不断提高。其使用领域非常广泛，如在化工、机械制造、办公自动化等领域，并且在医疗领域中也能够应用自动化控制系统。自21世纪以来，科技的發展已经成为每一个国家发展的根本，只有科技水平的不断提升，才能够使国家的经济及综合国力得到有效提高，才能使国家在世界上立足。

自来水厂在应用自动化控制系统的时候，往往会在多层级的控制站内来实现对自来水生产供应的控制。通常情况下，一级控制站内都是采用PLC自动化控制系统，在进行节能研究的过程中，必须要对该控制系统进行深入的剖析。PLC自动化控制系统主要由CPU、电源以及通讯硬件组成。

3 自动化控制系统在自来水厂中实现节能降耗的方法

3.1 取水泵站自动化控制系统设计

作为电力消耗的重要站点之一，取水泵站同时也是自来水厂注重节能降耗控制的站点。在自动控制系统的设计中，泵可分为两组，一组运行变频泵组，另一组运行变频泵组和两组恒速泵组，最少要有一台运行变频泵组。如果运行变频泵停止运行，那么系统会自动切换到另一台变频泵中。变频泵在调频的时候，会充分依据自来水池内的水位高低。在这一过程中，自动控制系统需要在运行前记录原变频泵的频率，以保持原变频泵运行前的频率[3]。

3.2 加药加氯自动化系统控制设计

3.2.1 加药系统自动化设计

自来水厂的加药系统自动化设计目的是管控聚合氯化铝的添加，实现加药系统的节能与降耗。因而自来水厂应设定3台加药计量泵，且计量泵速度应利用PLC进行计算，然后再采用通信网络技术来实现对加药系统的控制。加药泵在添加聚合氯化铝之前，往往需要先对加药速度进行设计，而在加药速度设计的时候，必须要加强对以下几个重点内容的重视：首先，必须要对聚合氯化铝添加流量进行严格的计算，计算单位应当为L/h；其次需要对聚合氯化铝的实际浓度进行检测，检测单位应当为g/L；最后是沉淀池的进水流量，单位是m3/h，是应用PLC进行计算，若是投放的浓度不变以及泵冲程不变的话，那么投加泵的运行就会直接影响到沉淀池的进水量。此外，为了使自来水的生产实现节能、降耗的目标，在加药系统自动化设计的过程中，必须要加强对配比的重视，确保配比的合理性及科学性。

3.2.2 加氯消毒站自动化程序设计

水厂氯化系统主要由气源系统、真空氯化系统、安全保护系统和电气检测仪器系统组成。为了知道氯化反应是手动氯化还是自动氯化，氯化机的手动/自动选择信号应该设置在氯化机中。水厂氯化控制设计分为氯化前控制设计和氯化后控制设计。预氯化控制设计的作用是除藻除胶体。所以，预氯化的添加量往往都是由远水流比例来决定的。在实际运行过程中，如果氯化机发生故障，那么SCADA会迅速发出警报信号，并自动切换设备，及时切换到备用的氯化机中。然后在对预氯化的添加量进行设计，其主要目的就是对自来水生产质量进行控制，防止氯超标现象的发生。可以完成对清澈池和出水口部位的消毒，其控制原理基本上与预氯化一样。

3.3 沉淀池排泥系统自动化控制设计

自来水厂内的沉淀池排泥系统主要由两个部分组成，一个是排泥阀，另一个是排泥车。实现沉淀池排泥的节能与降耗核心是保证排泥时排水的科学应用，并且污泥排放过程中尽量的避免不必要的排水，节省水资源的使用，防止浪费现象的发生。（1）沉淀泥排泥阀的管理与控制。排泥阀的主要作用就是对自来水生产过程中所产生的泥物进行定期的排除，但是排泥所间隔的时间以及排泥阀的具体开阀时间要根据实际情况进行设置。其中在对排泥周期进行设置的时候，工作人员必须要制定科学化、合理化的排泥时间，尽可能的降低间隔时间。同时，还需要对排泥阀的开阀时间进行合理的设定，在设定的过程中必须要充分考虑沉淀池的实际情况，确保开阀时间设定的合理性。（2）对排泥车的控制。在对自来水厂的排泥车进行控制的时候，必须要严格按照沉淀池的特点来进行自来水厂沉淀池进水至出水过程中，池底沉积的厚度规律是由多至小，呈现逐级递减的特点。因而，为在保证排泥车排泥效果的基础上，实现节能与降耗，自来水厂排泥车中行走电机应该选择变速电机，并且沉淀池进水端应该慢速行走，但是沉淀池出水端应该快速行走，或者是排泥车中行走电机选择定速电机，这样排泥车就能够实现节能与降耗。

3.4 送水泵站自动化控制设计

送水泵站与取水泵站相同，送水泵站是由两台变频泵和两台恒速泵构成。确保至少一台变频泵运转，将变频泵设置为变频组，然而，另一台备用变频泵以及两台恒速泵设置为恒速组。当切断变频泵的运行时间时，系统自动切换到另一个变频泵。变频泵的调频应根据出口压力的预设值增加亦或是减少。当用户设置压力值时，变频泵的频率相应降低。对于相同数量的泵，泵的数量将根据泵的频率进行调整。首先设置两个值，分别是启动恒速泵和停止恒速泵的频率。当变频泵的工作频率大于或等于第一个限值，且有一台恒速泵可用时，就启动恒速泵。

要想使送水泵站达到节能降耗的目标，必须要严格实施以下措施：（1）对加压变频泵的工作频率进行适当的调整。在进行加压变频泵工作频率设计的过程中，必须要严格按照相关压力值设定标准来对泵压进行设置，并进行PID恒温控制，以此来实现对变频泵工作频率的控制。（2）加强变频泵工作频率。送水泵站的实际工作频率调节往往都需要依靠用户的用水量、用水高低峰进行调节与设计的，在实际运行的时候，如果送水管道的压力达不到用户设定压力的话，那么就必须要对变频泵的工作频率进行提高，使水管的压力与用户设定压力相符合。（3）降低变频泵的工作效率。在实际运行的时候，如果送水管道内的压力远远超过用户设定压力的话，就需要对变频泵的工作频率进行降低，从而降低水管压力。

4 结束语

总而言之，近年来，随着城市水资源需求量的不断增加，很多自来水厂内的自动化水平也得到了有效的提高，都加強了自动化控制系统的建设。自动控制系统可实现电能的控制，药剂数量和水量在自来水厂制水过程的各个环节，如进水，准备和剂量，输沙量和水供应，减少能源消耗，提高工作效率，提高经营管理水平的水生植物，改善水质。与此同时，它也取得了社会效益，满足了人们生活和工作的需要。

参考文献：

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