吴中水厂电气自动化应用与生产管理思考

杨建峰

(苏州吴中供水有限公司 江苏苏州215100)

苏州吴中供水有限公司下属吴中水厂建于1996 年，供水能力为15×104m3/d，取用太湖水作为水源水。2019 年吴中供水公司对吴中水厂实施臭氧-生物活性炭深度处理工艺改造，出厂水水质优于GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》，结合改造工程将电气自动化控制应用到水厂各车间全流程，进一步提高了制供水安全保障能力和生产效率，提升了水厂生产管理水平。

1 吴中水厂自来水生产工艺简介

1.1 太湖水源地取水口

吴中水厂水源地位于苏州吴中区太湖寺前村，太湖水通过湖底2 根直径为1.2 m 的管道流至取水泵站，湖体水质指标常年符合《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类水要求。

1.2 取水泵站

取水泵房建造有电压等级35/6 kV 的变电所和一级泵房，将由取水口流入的太湖水加压提升，通过16.5 km 原水管道压送到吴中水厂进行净化处理。

1.3 水厂折板絮凝平流沉淀池

吴中水厂建有4 组折板絮凝平流沉淀池，其前端安装静态混合器与原水管道串联，加入混凝剂和消毒剂后，经过折板反应池絮凝进入沉淀池沉淀，最后通过集水槽收集上清液至滤池过滤。

1.4 污泥脱水车间

吴中水厂沉淀池及絮凝池排水通过管道流入污泥脱水处理车间，经尾水收集、加药浓缩、推流均质，最后进入脱水设备进行泥水分离。

1.5 砂滤池

吴中水厂有8 组普通快滤池、6 组V 型滤池。沉淀池出水流入砂滤池，过滤后的水再流到深度处理车间进一步净化，滤池反冲洗水回用到原水管道。

1.6 加药间

加药间包括混凝剂和消毒剂投加系统两个部分，运用计量泵将配制好的液态净水剂和次氯酸钠投加到静态混合器内。

1.7 深度处理车间

采用臭氧-生物活性炭吸附深度处理技术，砂滤池过滤后的水汇总进入深度处理车间，首先进行3 阶段臭氧曝气反应，然后进入活性炭滤池净化处理。经过深度处理的水再经全面消毒后进入水厂清水库储存，炭滤池反冲洗水回用到原水管道。

1.8 二级泵房

二级泵房与10 kV 变电所合建。水泵机组将储存在清水库的净水加压，通过输水管道输送至城市供水管网的各个用户。

2 电气自动化控制系统的应用

吴中水厂中控室与二级泵房控制室合建，在取水泵站、沉淀池、砂滤池、深度处理车间、加药间、脱水机房、臭氧制备车间设立现场PLC(可编程控制器)站，用于实现现场数据采集和设备控制。各PLC 站配有人机界面，方便巡检操作。PLC 站独立于中控室进行本区域及相关工艺过程的监控，并带有不同级别的访问保护。厂区所有机电设备设三级控制模式：就地、现场PLC 控制、水厂中控室。现场PLC 控制、水厂中控室级均设有“手动/自动”两种控制方式，就地控制级设有“就地/遥控”两种方式。现场控制单元与中控室控制优先权，以“申请优先”的方式通过程序确定，为无扰动切换。当上级中控室监控设备发生故障，不影响泵站的运行，操作人员可通过现场PLC 站按预先设置的运行模式来监控水泵机组的运行。当现场PLC 站发生故障时，可通过就地机旁箱上的“就地/遥控”选择开关切换实现就地手动操作，机组仍能正常操作运行。

对取水泵站及二级泵站这两个泵站，主要是通过电气自动化技术应用实现水质、水量、电量的数据传输和人机交互、自动控制。水源地建立有水源水质在线监测预警体系，对耗氧量、氨氮、DO 等指标实时在线监测。取水泵站建有原水预处理装置，与水质预警体系联动可实现高锰酸钾、粉末活性炭自动投加。二级泵房建有出厂水在线监测预警体系，对出厂水水质实时监控，同时在线水质仪表数据均与政府监管部门共享。泵房机组能自动调节运转频率或者增、减泵，而且保持分时恒压或分时恒流量供水状态。变电所高压开关柜采用微机综保装置及网络仪表，直接安装在开关柜上，实施继电保护、电量参数测量、状态信号采集和数据变送，并通过现场总线上传自动化控制系统。

在滤池的每个滤格设PLC 控制台，可独立完成恒水位、反冲洗的自动控制，操作面板上可实现独立于PLC 的手动操作控制。滤池的自动反冲洗由滤池PLC 控制单元和滤格PLC 子站共同完成。

沉淀池排泥阀及排泥机具备时间周期、排泥机运行距离、往返频次等可调节功能，实现精准排泥。加药间次氯酸钠、硫酸铝、聚氯化铝药剂的稀释、投加均实现自动控制，自动加药系统与水源地水质、过程水水质、出厂水水质实现多参数联动，根据各工艺点在线仪表数据反馈实现智能调节。污泥脱水车间根据调节池液位、流量等参数实现自动加药、自动脱水运行控制。

水厂自动化系统还建立运行实时报警功能，包括水质报警、网络通信状态报警、设备运行报警和故障报警等。现场发生报警系统立即提示，弹出报警框告知事件情况，并发出警报声。所有事件均按站点分别记录在相应的站点报警库内，既可以总览全部报警事件，也可以按站点查询报警事件。

水厂自动化系统建立有自动报表功能，数据采集周期、汇总值、历史曲线趋势图均可自由调整设置。能自动生成厂、站各类运行日报、周报、月报、年报等运营数据，并实现数据分析报告。例如，可对水泵机组在不同运行频率下流量、用电量等数据生成能耗分析报告；对臭氧浓度、氧气与用电量之间生成运行成本测算报告；对各工艺点水质数据结合用药量、滤池反冲洗强度、周期等数据之间生成水质指标去除率与药耗、自用水率分析报告，指导生产；对流量、水质指标、药耗等数据信息之间生成分析报告，摸索规律。通过智能化分析，有效指导生产运行管理工作。

3 水厂生产自动化后带来的管理思考

过去在水厂管理岗位的通常是工作经验和阅历丰富并年长的人，他们遇见和处理水厂各类情况的经验比较多，面对整个系统情况，知道什么问题该怎么处理，但是也存在处理的滞后性。目前水质情况复杂、现场机电设备种类繁杂，许多稳定状态的判断可能有错误，因而需要自动化控制系统实现预告预警，用现场实时数据来提示生产管理者当前关注的是哪个设备、哪个仪表，是水质还是能耗，第一时间告知潜藏的隐患，这使处理的时间缩短，成本降低。当然经验阅历也重要，对企业来讲，自动化系统的应用管理与经验结合才是更好的结果。

水厂运用数据描绘业务流程，用数据指导生产管理，实现了生产环节的健康良性发展[1-2]。在水厂各生产班组之间衡量各自生产效率、能耗、水质、事件处理、工时对比等，可促进组织效能的提升。同样也可以通过系统的数据使员工的贡献更好地勾勒出来，体现各自的竞争力与优势，从而帮助企业树立标准化模板、标准工时、标准流程等，指导生产管理，规范生产行为，保障水质稳定、生产安全。

通过自动化控制系统的应用，员工可以更新生产运行管理的标准化技能、知识库，促使员工的学习能力同步提升；高层领导可以直接接受更多的企业数据信息，基于系统智能化的贡献做出更多更好的决策，同时也削弱了中层管理者的价值功能。由于过去生产管理职位大多会自下而上的升迁，管理者往往起步于生产一线某个岗位——化验工、净水工、泵站工，当实现自动化控制后，基层员工更多是由系统指令来管理，升迁的通道可能更少，而且员工受自动化控制实现的生产管理，每个工作行为都会不断受到监控，员工也担心自动化系统导致的技术性失业，所以企业一定要对员工进行再培训，确保员工的能力符合企业发展的要求[3-4]。

4 结 语

自动化系统在吴中水厂的应用，实现了制水、加药、滤池、泵房等车间无人值守，制水生产全流程精准自动控制，同时加强了生产数据信息在各个环节的信息互通和价值挖掘，为水厂生产管理提供了智慧辅助功能，提高了生产运营管理水平，保障了供水可靠性和稳定性，较好地实现了降本增效的目标。同时通过自动化系统的应用，构建了扁平化的水厂管理模式，也督促水厂管理岗位及一线基层岗位员工技能升级和思想观念加速转变，进行智能化转型，减少对人的依赖，形成新的生产力和组织能力。