自动化控制系统在自来水厂节能降耗中的应用探析

吴媛静 常维 罗静 王倩

[摘    要]自来水厂的供水是否稳定以及水质的情况会对人们的用水产生很大的影响，为提高水质和减少运行能耗，自来水厂应当引入自动化控制技术，在自来水厂的运行中使用自动化控制系统。文章分析了自动化控制系统的两个主要构成部分，探讨了自动化控制系统在自来水厂中的实际运用以及系统的节能降耗作用。

[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]2095–6487（2021）05–0–02

Probe into the Application of Automatic Control System in Energy

Saving and Consumption Reduction in Waterworks

Wu Yuan-jing，Chang Wei，Luo Jing，Wang Qian

[Abstract]Whether the water supply of a water plant is stable and the water quality will have a great impact on people's water use. In order to improve water quality and reduce operating energy consumption， the water plant should introduce automated control technology and use an automated control system in the operation of the water plant . The two main components of the automatic control system are analyzed， and the practical application of the automatic control system in the water plant and the energy-saving and consumption-reducing effects of the system are discussed.

[Keywords]automation; control system; water plant; energy saving and consumption reduction

生活用水和生产用水的不断增多要求自来水厂在传统运行模式的基础上应用新的技术手段，通过自动化控制技术的应用对自来水厂进行自动化和智能化的控制，提高自来水厂的运行效率，解决传统运行模式中的能源消耗问题。自来水厂应当加强对自动化控制系统的研究和应用，购入先进的自动化设备，提高技术人员的设备操作水平，降低自来水厂的能耗。

1 自动化控制系统的构成和运行过程

自来水厂中的自动化控制系统由设备及终端两个重要的部分构成。自动化控制设备在运行中有一系列完整的工艺流程，包含了取水过程、制备过程、混凝过程、沉淀和过滤过程、供水过程5个主要的流程。自来水制水工艺可以让设备和系统顺利转化污水并提供自来水。自动化控制与传统的人工控制相比，具有自动化和智能化的优点，可以根据不同的污水量控制系统中的能源资源，以此来实现节能降耗的目标。自动化控制设备的另一个优势体现在污水处理的过程中，可以让污水得到最大程度的净化，提高自来水厂的水质。自动化控制系统应用了先进的技术手段，技术人员只需利用计算机就可以做到远程控制，降低了自来水厂运行中的人工成本。自动化控制设备具有多样化的特征，在自动化技术的不断研发和应用中，设备中的各项功能也会不断丰富。

系统终端具有控制和调整设备的功能，还可以对设备进行监管。自来水厂的几个控制站就是系统终端调控设备的场所，每个控制站都有着不一样的调控功能。自来水厂要想有效运行系统终端，就要利用好不同的系统。例如，系统终端需要数据采集系统的配合，采集自来水制水各个环节中的模拟量;需要自动监视系统的配合，有效监管自来水制水的实际运行过程;需要自动集散控制系统的配合，将控制和调整的信息传输给指定的设备，调控自来水厂的水量。自动化控制系统的两个构成部分使运行更加智能、高效、便捷，在系统的设计和自动化技术的应用中考虑供水需求和能源消耗，做到了节能降耗。

2 自动化控制系统在节能降耗方面的具体运用

2.1 在取水过程中的运用

自动化控制系统在自来水厂取水过程中的应用体现在取水泵站的频率调节上。在传统的取水泵操作中，需要收集并分析水样数据，再按照分析结果来调整水位，这一操作要不断开闸和关闸，每次调整都要花费很长的时间，消耗了大量的电能，取水过程也非常低效。而自动化控制系统的应用，解决了传统取水泵运行的弊端，自动化控制设备可以利用PLC来自动采集取水变频泵的频率区间等数据信息，让取水泵始终能够平稳运行，改变了以往反复调整和长时间调整清水池水位的情况。自来水厂中除了取水泵之外，还有着数量众多且能耗较大的设备，自动化控制系统的引入和应用能够对各个设备实现自动化控制，令各项设备的运行更加智能、精准、高效。

在自动化控制系统对变频泵的频率控制中，对PLC控制系统的应用，能够实时调控频率，让频率保持在合理的区间范围中。技术人员需要在控制系统的人机操作界面中设定具体的频率范围。PLC控制系统能够将设备停止运行时的频率数据记录到系统中，变频泵再次开始运行时会按照上次运行结束记录的频率数据继续运行。自动控制系统对定速泵的运行数量的控制，定速泵运行数量取决于变频泵的运行频率，应当规定两个限定值来确定自来水厂定速泵的数量。第一个变频泵运行频率的限定值是在开启一台定速泵时的数值，第二个变频泵运行频率的限定值是在停止一台定速泵时的数值。当变频泵运行频率大于或等于第一个限定值时，应当确保至少有一台定速泵能夠开启和运行。在停止定速泵的时候，当变频泵的频率比第二个限定值低的时候，要确保至少有一台定速泵还在运行的过程中，这时才能进行停止定速泵的操作。

2.2 加药加氯系统的运用

加药加氯系统通过自动化控制技术的运用能够有效控制药物的使用量，自来水厂的加药系统能够根据实际情况来调整聚合氯化铝的用量，有利于实现自来水厂节能降耗的目的。加药加氯自动控制系统在运作中需要计算氯化铝的使用量，在得到使用量后需要根据药物量来计算药物投入的速度，通过精确的计算得到合理的速度，在系统中按照计算得出的聚合氯化铝的使用量和投入的速度对药物进行控制。在计算速度的时候需要做好设定，确定手动冲程的设定量，对额定投入量进行设定。

另外，自来水厂还存在加氯系统，加氯系统的功能是对自来水进行消毒，加氯系统由三个部分构成：真空加氯系统、气源系统和控制检测仪表系统。

加氯系统还包括三个程序：①前加氯。前加氯控制会用到前加氯机，要避免前加氯控制受到其他情况的影响。前加氯机能够减少破坏，根据水量和流速来决定加氯机的实际运行。②后加氯。后加氯机的主要功能和作用是保证自来水中的氯含量，后加氯还具有一定的消毒功效，后加氯机的运行受到余氯和流量的控制量的影响。③补加氯。补加氯能够保证出厂水和管网水两者的水中含有一定量的氯含量。目前的加氯系统中的液氯经常使用次氯酸钠来代替，次氯酸钠的自动化控制系统在运行中与聚合氯化氢有很大的相似性。以某自来水厂的加氯系统为例，该水厂的加氯系统分别由压力水供给、气源和真空加氯三个系统组成，该水厂将加氯设备与PLC控制系统相结合，对加氯的状况进行监控和检测。

2.3 沉淀池排泥系统的运用

自来水厂的沉淀池排泥系统由排泥车和排泥阀两部分构成。自动化控制技术能够有效控制沉淀池排泥系统中的排泥车。系统自动控制排泥阀有利于自来水厂的节能降耗，系统可以对排水量进行精准调控，还可以控制开启排泥阀的具体时间。如果泥量增多，就会增加排泥阀开启的时间，反之则会减少排泥阀的开启时间。所以，自来水厂沉淀池的排泥系统有很好的排泥效果并能调控排水量和排泥阀的时间，排泥系统的排泥车可以调整排泥的速度，加强节能降耗的效果。

对沉淀池排污自动控制系统的实际运行过程进行分析。①在沉淀池的排泥车控制中，要按照沉淀池沉泥的情况和规律调整进水和出水，沉淀池底部的沉泥应当从厚度较大到厚度较少的顺序进行调整。为了有效控制排泥车的速度并节约水资源，可以使用变频调速电机，让排泥车在沉淀池进水区域以低速状态运行，在出水区域以高速状态运行。也可以使用定速电机，让排泥车在进水区域运行总共的30%，再退回到进水的区域，确保污泥能够从进水区域排放到出水端，并以空车的状态回到原处。②在沉淀池的排泥阀控制中，沉淀池会按照实际的情况来确定排泥的周期，系统可以在监测水质的基础上设置科学的排泥周期，最大程度减少排泥的时间。开启和关闭排泥阀的时间能够通过系统自动调整，各个排泥阀的开关时间能够按照设备的具体运行情况和平流沉淀池的特点进行合理安排。污泥较多的区域要适当增加排泥阀的开启时间，污泥较少的区域可以适当减少排泥时间。排泥时间的合理调整能够降低能耗，且不会影响加药和加氯的效果。

2.4 在送水过程中的运用

自动化控制系统在送水过程中的应用主要体现在送水泵的控制上，送水泵和取水泵在应用过程中有很多相似之处。送水泵同取水泵一样由工频泵和变频泵2部分组成。送水泵在运行时要让变频泵稳定持续运行，当其中一台变频泵结束运行，系统就会立即开启另一台变频泵。在调整变频泵的时候需要利用出水厂的压力，如果出水厂管道的压力比用户设置的压力数值低，自动化控制系统就会增加变频泵的频率。另外，送水泵中工频泵数量的确定方法同取水泵相同。在送水泵对自动化控制系统的具体运用中，加压变频泵的频率要按照自动控制系统记录的实际出水压力值进行调节，根据PID参数来调节频率。PLC控制器能够通过变频泵在运行过程中的压力来控制频率，当实际压力值小于设置的压力值时，会增加变频泵的频率，反之则要降低变频泵的频率。自动控制系统在确定送水过程中的定速泵数量时，与取水过程的数量确定方法相同，同样要选择两个限定值，根据限定值和变频水泵的实际运行频率来确定定速泵的运行数量。

2.5 监控系统的运用

自动控制系统的监控系统主要是对中央控制器的供水量数据进行监控。传统的自来水制水工艺在调控供水量时往往要非常多的操作人员来调整控制闸的参数，在调整的同时还要保证制水设备的正常运行，这一过程消耗浪费了大量的能源。而且一旦在调整的时候发生设备故障的情况，就会使污水无法彻底处理，在正常运行之后，还要再次处理污水，这种情况也会消耗和浪费大量能源。而监控系统的应用能够有效解决上述问题。自来水厂的中央控制器能够通过监控系统来调节控制站。系统能够利用记录的数据进行仿真模拟，通过模拟水量调整来得到最佳的设备调整参数，根据模拟结果来调整控制站的设备。监控系统的应用使控制站设备的调整更加优化和迅速，还不会影响其他设备的正常运行，为自来水厂节省了大量的能源资源。

3 结语

自动化控制系统在自来水厂中的应用能够满足节能降耗的要求，通过自动化控制技术使自来水的取水过程实现了频率的自动调控，让加药加氯系统合理控制药物的使用量和投入频率，让沉淀池排泥系统控制排泥阀的时间和排泥车的速度，让送水过程能够自动调整频率，让监控系统能够实时监控供水量数据。

参考文献

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