论文部分内容阅读
摘 要：介绍了重庆地区净水厂的工艺及厂区自动化现状。提出了目前各厂存在的普遍问题，对今后该地区净水厂自动化发展指出了方向。
关键词：净水厂；控制网络；自动化
1 现状
1.1 水处理工艺
重庆地区净水厂的常规水处理工艺，一般包括混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程。
⑴混凝反应。原水由长江或嘉陵江经取水泵房提升后，先经过混凝工艺处理，即：原水+处理剂→混合→反应→矾花水。自混合过程要求在加药后迅速完成。混合的方法是通过水力、机械的剧烈搅拌，使药剂迅速均匀地散于水中。
⑵沉淀处理。混凝阶段形成的絮状体依靠重力作用从水中分离出来的过程称为沉淀，这个过程在沉淀池中进行。水中的颗粒沉于池底，污泥不断堆积并浓缩，定期排出池外。
⑶过滤处理。过滤一般是指以石英砂等有空隙的粒状滤料层通过黏附作用截留水中悬浮颗粒，从而进一步除去水中细小悬浮杂质、有机物、细菌、病毒等，使水澄清的过程。
⑷滤后消毒处理。水经过滤后，浊度进一步降低，同时亦使残留细菌、病毒等失去浑浊物保护或依附，为滤后消毒创造良好条件。消毒后的水由清水池经送水泵房提升达到一定的水压，再通过输、配水管网送给千家万户。
净水处理的这些环节都是由水厂自动化控制系统通过对现场数据的采集[1]，如压力和混浊度，从而来控制电气设备以及加药、进水管流量、出水管流量。重庆地区多数净水厂已将水质检测技术、水处理控制技术、变频节能技术、综合自动化系统、计算机网络技术与水厂生产过程相结合，实现了滤池自动化、投加自动化、泵站自动化、水质检测自动化等全过程的自动控制及现场数据的信息采集，并通过网络与水厂监控中心连接，实现“集中监控和管理、分散控制、数据共享”，以保证整个水厂的运行协调、一致。
1.2 控制网络
目前净水厂的自动化控制系统从结构上划分为三层。设备层：由现场的在线水质监测仪表、泵、阀、流量计、加氯机等设备组成；采集控制层：由车间控制中心和车间内的分控柜组成，负责在线水质参数的采集传输、现场设备的自动控制，并上报到水厂监控中心；监控层：由服务器、数据库、工程师站、操作员站、以太网交换机等组成。接收各个车间控制中心设备运行状态、告警信息，实时显示水厂工艺流程状态，对设备可进行远程控制。现阶段实现的过程自动控制内容如下：取水泵站。取水泵房目前大都根据清水池水位调节水泵机组的运行台数及电动阀的启闭，包括真空泵自动引水及泵房内排水泵的自动开、停；二级泵房。二级泵房根据出水压力和流量来调节水泵运行台数和阀门的开启度。运行的水泵发生故障时，备用水泵能自动启动投入运行。依靠阀门开启度来调节出水流量和压力会增加能耗并降低机组效率，因此部分水厂采用若干调速电机水泵机组来调节出水流量；投药自动控制。混凝剂投加量主要根据原水水质和水量来自动控制。目前只有个别水厂实现加药自动控制，如玄坛庙水厂用神经网络控制器实现自动加药，效果比较理想；沉淀池。目前沉淀池的自动控制内容是排泥。可以定时自动排泥，也可根据池中泥位自动排泥；滤池。
以上各工艺过程均采用PLC进行控制。若设备发生故障，均会报警，有的会自动停止运行或采用安全措施。例如，若清水池水位过低或发生水压力过大，二级泵站除发出警报外，水泵还会自动停止。又如，若加氯间或氯库探测器检测到漏氯后，PLC可自动启动抽氯风机和苛性钠溶液泵，将氯和苛性钠送入中和塔内中和，同时发生警报。
2 存在问题
2.1 设备问题
设备方面存在的问题是影响水厂自动化系统正常运行的一个主要因素，具体表现在如下几个方面[2]：质量问题。水厂中有些设备容易出现质量问题，如碱度计、氯测定仪、浊度测定仪、PH测定仪、压差变送器、加氯机、计量泵、调节阀、电磁流量计等，这些质量问题有的是设备本身的质量不过关，有的则是安装或维护质量达不到要求，但均影响了自动化系统的正常运行；配套问题。在有的水厂自动化系统中，外围设备如传感器、测量仪表及执行机构本身并无质量问题，而是精度不够或稳定性达不到系统要求；备品备件问题。有些设备发生故障后，由于缺乏备品备件而一时无法修复，这对进口设备尤为明显。
2.2 系统问题
目前的净水厂自动化系统都是单独系统，与全厂电气系统的融合不够。主要电气设备，如较大功率的机泵的电气参数采集不够，无法对收集到的数据进行二次分析。另外，各水厂的数据报表系统存在不完整的情况，有些数据属人为后期添加，对生产管理产生误导。
3 发展趋势
目前重庆地区各净水厂的自动化控制系统虽然能够满足生产的需要，但离一个现代化的净水厂还有一定的距离。未来的发展趋势可以从以下几方面入手：对水质数据进行记录；自动加药、加氯控制实现方法。充分利用现代控制理论，如仿人智能控制、专家系统、模糊控制、神经网络等。实现时，应对比确定经济、可靠的实现方法；增加主要机泵的电气监测，对参数进行数据分析。计算设备的经济寿命及维修节点，还可进行状态检修与故障预测；利用网络通讯技术的优势，采用开放的网络传输协议和客户机服务器体系结构。实现远程监控、操作和综合信息数据库的访问。
[参考文献]
[1]董昆明.现代水厂自动化综合控制系统结构设计[J].电脑知识与技术，2011，24：43-45.
[2]王岚.中小型水厂自动化改造中存在的问题探讨[J].价值工程，2011，12：28-30.
关键词：净水厂；控制网络；自动化
1 现状
1.1 水处理工艺
重庆地区净水厂的常规水处理工艺，一般包括混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程。
⑴混凝反应。原水由长江或嘉陵江经取水泵房提升后，先经过混凝工艺处理，即：原水+处理剂→混合→反应→矾花水。自混合过程要求在加药后迅速完成。混合的方法是通过水力、机械的剧烈搅拌，使药剂迅速均匀地散于水中。
⑵沉淀处理。混凝阶段形成的絮状体依靠重力作用从水中分离出来的过程称为沉淀，这个过程在沉淀池中进行。水中的颗粒沉于池底，污泥不断堆积并浓缩，定期排出池外。
⑶过滤处理。过滤一般是指以石英砂等有空隙的粒状滤料层通过黏附作用截留水中悬浮颗粒，从而进一步除去水中细小悬浮杂质、有机物、细菌、病毒等，使水澄清的过程。
⑷滤后消毒处理。水经过滤后，浊度进一步降低，同时亦使残留细菌、病毒等失去浑浊物保护或依附，为滤后消毒创造良好条件。消毒后的水由清水池经送水泵房提升达到一定的水压，再通过输、配水管网送给千家万户。
净水处理的这些环节都是由水厂自动化控制系统通过对现场数据的采集[1]，如压力和混浊度，从而来控制电气设备以及加药、进水管流量、出水管流量。重庆地区多数净水厂已将水质检测技术、水处理控制技术、变频节能技术、综合自动化系统、计算机网络技术与水厂生产过程相结合，实现了滤池自动化、投加自动化、泵站自动化、水质检测自动化等全过程的自动控制及现场数据的信息采集，并通过网络与水厂监控中心连接，实现“集中监控和管理、分散控制、数据共享”，以保证整个水厂的运行协调、一致。
1.2 控制网络
目前净水厂的自动化控制系统从结构上划分为三层。设备层：由现场的在线水质监测仪表、泵、阀、流量计、加氯机等设备组成；采集控制层：由车间控制中心和车间内的分控柜组成，负责在线水质参数的采集传输、现场设备的自动控制，并上报到水厂监控中心；监控层：由服务器、数据库、工程师站、操作员站、以太网交换机等组成。接收各个车间控制中心设备运行状态、告警信息，实时显示水厂工艺流程状态，对设备可进行远程控制。现阶段实现的过程自动控制内容如下：取水泵站。取水泵房目前大都根据清水池水位调节水泵机组的运行台数及电动阀的启闭，包括真空泵自动引水及泵房内排水泵的自动开、停；二级泵房。二级泵房根据出水压力和流量来调节水泵运行台数和阀门的开启度。运行的水泵发生故障时，备用水泵能自动启动投入运行。依靠阀门开启度来调节出水流量和压力会增加能耗并降低机组效率，因此部分水厂采用若干调速电机水泵机组来调节出水流量；投药自动控制。混凝剂投加量主要根据原水水质和水量来自动控制。目前只有个别水厂实现加药自动控制，如玄坛庙水厂用神经网络控制器实现自动加药，效果比较理想；沉淀池。目前沉淀池的自动控制内容是排泥。可以定时自动排泥，也可根据池中泥位自动排泥；滤池。
以上各工艺过程均采用PLC进行控制。若设备发生故障，均会报警，有的会自动停止运行或采用安全措施。例如，若清水池水位过低或发生水压力过大，二级泵站除发出警报外，水泵还会自动停止。又如，若加氯间或氯库探测器检测到漏氯后，PLC可自动启动抽氯风机和苛性钠溶液泵，将氯和苛性钠送入中和塔内中和，同时发生警报。
2 存在问题
2.1 设备问题
设备方面存在的问题是影响水厂自动化系统正常运行的一个主要因素，具体表现在如下几个方面[2]：质量问题。水厂中有些设备容易出现质量问题，如碱度计、氯测定仪、浊度测定仪、PH测定仪、压差变送器、加氯机、计量泵、调节阀、电磁流量计等，这些质量问题有的是设备本身的质量不过关，有的则是安装或维护质量达不到要求，但均影响了自动化系统的正常运行；配套问题。在有的水厂自动化系统中，外围设备如传感器、测量仪表及执行机构本身并无质量问题，而是精度不够或稳定性达不到系统要求；备品备件问题。有些设备发生故障后，由于缺乏备品备件而一时无法修复，这对进口设备尤为明显。
2.2 系统问题
目前的净水厂自动化系统都是单独系统，与全厂电气系统的融合不够。主要电气设备，如较大功率的机泵的电气参数采集不够，无法对收集到的数据进行二次分析。另外，各水厂的数据报表系统存在不完整的情况，有些数据属人为后期添加，对生产管理产生误导。
3 发展趋势
目前重庆地区各净水厂的自动化控制系统虽然能够满足生产的需要，但离一个现代化的净水厂还有一定的距离。未来的发展趋势可以从以下几方面入手：对水质数据进行记录；自动加药、加氯控制实现方法。充分利用现代控制理论，如仿人智能控制、专家系统、模糊控制、神经网络等。实现时，应对比确定经济、可靠的实现方法；增加主要机泵的电气监测，对参数进行数据分析。计算设备的经济寿命及维修节点，还可进行状态检修与故障预测；利用网络通讯技术的优势，采用开放的网络传输协议和客户机服务器体系结构。实现远程监控、操作和综合信息数据库的访问。
[参考文献]
[1]董昆明.现代水厂自动化综合控制系统结构设计[J].电脑知识与技术，2011，24：43-45.
[2]王岚.中小型水厂自动化改造中存在的问题探讨[J].价值工程，2011，12：28-30.