1、廠級凈水系統(tǒng)的自動控制與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計2天津泰達津聯(lián)自來水有限公司摘要：一般日供水量 50 萬立方米的凈水廠，運行人員至少需要配置 40 名 左右，通過實現(xiàn)上述自動化控制方案，一方面水廠的運行人數(shù)可減少至 15 個人 提高人員工作效率，減少現(xiàn)場操作人員，另一方面利用多參數(shù)復合加藥控制，在 保證出水水質(zhì)的情況下，降低了千噸水的藥耗，對送水泵機組的多種組合運行方 式的自動切換控制，提高了泵的整體效率，降低了千噸水電耗。水廠自動化控制 方案的投運，極大的降低了制水成本，從而提升了企業(yè)的盈利能力。關(guān)鍵詞：凈水廠；多參數(shù)復合控制；半自動運行；全自動控制引言國內(nèi)外凈水處理工藝已日趨成熟，常規(guī)的凈水處理工藝基

2、本可以滿足我國大 部分地區(qū)的地表飲用水處理需求。各地凈水工藝雖然大同小異，一般都采用混合 - 反應(yīng)絮凝 - 沉淀 - 過濾 - 消毒的處理過程，但自動化控制程度良莠不齊。 我國凈水廠自動化控制系統(tǒng)起步較晚，現(xiàn)大部分水廠基本上都只在濾池恒水位調(diào) 節(jié)、濾池反沖洗及送水恒壓調(diào)節(jié)達到了自動運行的程度，而在凈水藥劑投加、消 毒藥劑投加、污泥脫水、進廠水流量調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)均需要人工憑借經(jīng)驗來完成。1進水流量自動控制凈水廠采用三個并列安裝的電動閥門來控制進廠水流量（一個電動蝶閥，兩 個調(diào)流閥），利用電動蝶閥進行流量粗調(diào)，兩個調(diào)流閥用于微調(diào)。為實現(xiàn)進水流 量自動調(diào)節(jié)，將進廠水流量與廢水調(diào)節(jié)池回流量的和值作為流量測

3、量值，分別與 三個進水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成兩個 PID 流量控制回路，其中與電動蝶閥構(gòu)成間斷輸出的 PID 粗調(diào)節(jié)控制回路（測量值與設(shè)定值偏差大于規(guī)定值時輸出刷新，偏差小于規(guī) 定值時保持原來開度），與兩個進水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程調(diào)節(jié)回路，進水流量設(shè)定后， 調(diào)節(jié)閥根據(jù)進水設(shè)定流量自動調(diào)節(jié)閥門開度。進水流量可由人工設(shè)定，也可根據(jù) 出水流量修正后自動設(shè)定，調(diào)節(jié)閥根據(jù)進水設(shè)定流量自動調(diào)節(jié)閥門開度，閥門全 開（大于 90%）五分鐘后，若流量設(shè)定值與測量值偏差大于 500m3/h 時發(fā)出聲 光報警信號。2自動配藥控制該水廠設(shè)計有 2 個溶解池，8 個溶液池，溶解池用于配置設(shè)定濃度的 PAC 藥液，溶液池則用于儲存配置好的

4、藥液。為達到自動配藥的效果，水廠配備了一 套上藥設(shè)備，上藥設(shè)備主要由進藥倉、給藥機及螺旋輸送機組成，進藥倉上安裝 有料位計，給藥機可根據(jù)設(shè)定藥劑質(zhì)量精確給藥。在設(shè)定好配藥濃度及體積后， 根據(jù)溶液的濃度公式，自動計算出所需藥劑的質(zhì)量及水的質(zhì)量，一鍵自動完成配 藥工作（自動開啟進水閥進水至需要水位后關(guān)閉進水閥門自動開啟給料機向溶 解池內(nèi)輸送定量的藥劑 - 開啟混合攪拌機配料完成按照已選定的投配池控 制相應(yīng)的切換閥及傳輸泵將配好的藥劑打入池內(nèi)）。3自動加藥控制傳統(tǒng)的藥劑投加多采用比例投加方式，但比例投加屬于開環(huán)的控制方式，當 水量及水質(zhì)變化時，不易及時根據(jù)實時的水量、水質(zhì)情況調(diào)節(jié)投加量，從而導致 水

5、量或水質(zhì)波動時，沉淀池出水濁度大。本次藥劑投加采用前饋 +反饋的多參數(shù) 復合控制方式，將進水處理間流量、濁度、pH、溫度經(jīng)比例修正后作為PID的前 饋輸入（設(shè)置好投加率后便可根據(jù)配置的濃度自動計算出投加比例），沉淀池出 水濁度作為 PID 調(diào)節(jié)的反饋輸入（由于濁度反饋存在較大的滯后性，因此修正 后的濁度需引入慣性環(huán)節(jié)），在根據(jù)前饋和反饋的復合控制輸出自動調(diào)節(jié) PAC 計量泵輸出頻率，從而控制藥劑投加量，減少人工干預，完成藥劑的自動投加工 作。為了避免常規(guī)增量式 PID 控制中，當外界擾動或系統(tǒng)誤差較大，以及系統(tǒng) 存在滯后時，容易引起控制系統(tǒng)較大超調(diào)量及長時間運行不穩(wěn)定的問題，本次采 用了積分分

6、離的 PID 算法。采用積分分離的 PID 控制的基本思路是：當被控量 與設(shè)定值偏差較大時，消除積分作用，單純采用比例-微分作用（PD）使被控 參數(shù)向設(shè)定值靠近，以免此時的積分作用是系統(tǒng)超調(diào)量增大，穩(wěn)定性下降；當被 控參數(shù)接近給定值后，再引入積分作用，從而消除靜差，提高控制精度。4濾池恒水位及自動反沖洗控制凈水廠 V 型濾池大都采用恒水位過濾，因此保持濾池水位恒定是保證濾池 濾后水水濁度的關(guān)鍵，要實現(xiàn)恒水位自動調(diào)節(jié)，需使濾池水位與出水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成 PID 水位控制回路，通過濾池測量水位與設(shè)定水位的差值，進行 PID 運算，自 動控制出水調(diào)節(jié)閥開度，從而使水位恒定，達到控制過濾速度的目的。在濾池運

7、 行一段時間后，濾池截留的污染物聚集過多將會直接導致濾后水濁度增高，水頭 壓力減?。〒p失增大），在此運行過程中，需定時進行反沖洗操作。大型凈水廠 由于 V 型濾池數(shù)量較多，若采用人工反沖洗工作量大，沖洗效率低。因此我們 需要一套完整的自動反沖洗程序來解決這個問題。為滿足不同工況下的需求，濾 池反沖洗程序設(shè)置為手動、半自動、自動三種運行模式。a 手動狀態(tài)下，由操作人員通過上位機依次遠程控制鼓風機、反洗水泵及其 對應(yīng)的出入口閥門進行人工反沖洗操作。 b 半自動狀態(tài)下，由操作人員通過上位 機上每個濾池對應(yīng)的自動反沖洗按鈕按照，氣洗（時間可設(shè)定） - 汽水混合洗 （時間可設(shè)定）水洗（時間可設(shè)定）的過程

8、完成自動反沖洗操作。c 自動狀態(tài)下，通過每個濾池的過濾時間（上一個反沖洗結(jié)束后，開始過濾 算起）以及水頭損失超出設(shè)定值（上位機設(shè)定），進行排隊后自動進行反沖洗操 作（時間與水頭損失以先到為準）。5自動排泥控制根據(jù)不同的凈水處理工藝，排泥控制也不盡相同。該水廠采用折板絮凝 + 平流斜管沉淀的 +V 型濾池的凈水工藝，在絮凝池及沉淀池均有排泥閥。絮凝池 排泥閥采用手動一鍵排泥和定時自動運行兩種模式。在手動模式下，運行人員根 據(jù)泥位計測量出的泥位計經(jīng)驗順序開啟排泥閥進行排泥操作。沉淀池排泥閥與泥 位計聯(lián)鎖，當泥位超過設(shè)定值，按照一定的順序依次間隔開啟排泥閥排泥，待泥 位下降至設(shè)定低限以下時，依次關(guān)閉

9、排泥閥。刮泥小車采用定時自動運行模式， 每次運行 1 小時。定時間隔可根據(jù)工藝情況通過上位機設(shè)定。刮泥機運行時若 沉淀池出水濁度過高（高于聯(lián)鎖至），自動停止刮泥機。6清水池及吸水井液位聯(lián)鎖控制清水池及吸水井的控制多為水位與設(shè)備的聯(lián)鎖控制。清水池液位與進水閥聯(lián) 鎖，液位高于設(shè)定值，關(guān)閉進水閥并發(fā)出清水池滿聲光報警。吸水井液位與對應(yīng) 離心泵聯(lián)鎖，液位低于 4.15 米（可根據(jù)泵的汽蝕余量做調(diào)整），自動停止離心 泵（禁止啟動離心泵）并發(fā)出聲光報警。結(jié)語綜上，某凈水廠設(shè)計日供水能力為 50 萬立方米/ 天，水廠采用預處理機 械混合折板反應(yīng)絮凝復合沉淀過濾消毒的常規(guī)地表水處理工藝。此項目 自控系統(tǒng)采用分布式集散型計算機控制系統(tǒng)，由一個中央控制室，五個現(xiàn)場控制 站（分控站），28 個濾池控制站，28套濾池閥島箱和 4 套沉淀池閥島箱站組成 整個自控系統(tǒng)采用施耐德公司的M580系列PLC熱備冗余構(gòu)成和M340系列PLC 構(gòu)成；所有遠程IO站由冗余以太環(huán)網(wǎng)連接；SCADA系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，參考文獻：趙宇，張劍鋒，常華凈水廠排泥系統(tǒng)及污泥泵房優(yōu)化運行研究J.天津科 技，2020，47（08）:68-69+73.平鈺柱.給水廠污泥