廠級(jí)凈水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、廠級(jí)凈水系統(tǒng)的自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2天津泰達(dá)津聯(lián)自來(lái)水有限公司摘要：一般日供水量 50 萬(wàn)立方米的凈水廠，運(yùn)行人員至少需要配置 40 名 左右，通過(guò)實(shí)現(xiàn)上述自動(dòng)化控制方案，一方面水廠的運(yùn)行人數(shù)可減少至 15 個(gè)人 提高人員工作效率，減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員，另一方面利用多參數(shù)復(fù)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(duì)送水泵機(jī)組的多種組合運(yùn)行方 式的自動(dòng)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(dòng)化控制 方案的投運(yùn)，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(fù)合控制；半自動(dòng)運(yùn)行；全自動(dòng)控制引言國(guó)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(guó)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(guò)濾 - 消毒的處理過(guò)程，但自動(dòng)化控制程度良莠不齊。 我國(guó)凈水廠自動(dòng)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(dá)到了自動(dòng)運(yùn)行的程度，而在凈水藥劑投加、消 毒藥劑投加、污泥脫水、進(jìn)廠水流量調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)均需要人工憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成。1進(jìn)水流量自動(dòng)控制凈水廠采用三個(gè)并列安裝的電動(dòng)閥門來(lái)控制進(jìn)廠水流量（一個(gè)電動(dòng)蝶閥，兩 個(gè)調(diào)流閥），利用電動(dòng)蝶閥進(jìn)行流量粗調(diào)，兩個(gè)調(diào)流閥用于微調(diào)。為實(shí)現(xiàn)進(jìn)水流 量自動(dòng)調(diào)節(jié)，將進(jìn)廠水流量與廢水調(diào)節(jié)池回流量的和值作為流量測(cè)

3、量值，分別與 三個(gè)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成兩個(gè) PID 流量控制回路，其中與電動(dòng)蝶閥構(gòu)成間斷輸出的 PID 粗調(diào)節(jié)控制回路（測(cè)量值與設(shè)定值偏差大于規(guī)定值時(shí)輸出刷新，偏差小于規(guī) 定值時(shí)保持原來(lái)開度），與兩個(gè)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成分程調(diào)節(jié)回路，進(jìn)水流量設(shè)定后， 調(diào)節(jié)閥根據(jù)進(jìn)水設(shè)定流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度。進(jìn)水流量可由人工設(shè)定，也可根據(jù) 出水流量修正后自動(dòng)設(shè)定，調(diào)節(jié)閥根據(jù)進(jìn)水設(shè)定流量自動(dòng)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(cè)量值偏差大于 500m3/h 時(shí)發(fā)出聲 光報(bào)警信號(hào)。2自動(dòng)配藥控制該水廠設(shè)計(jì)有 2 個(gè)溶解池，8 個(gè)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(chǔ)存配置好的

4、藥液。為達(dá)到自動(dòng)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(jìn)藥倉(cāng)、給藥機(jī)及螺旋輸送機(jī)組成，進(jìn)藥倉(cāng)上安裝 有料位計(jì)，給藥機(jī)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(dòng)計(jì)算出所需藥劑的質(zhì)量及水的質(zhì)量，一鍵自動(dòng)完成配 藥工作（自動(dòng)開啟進(jìn)水閥進(jìn)水至需要水位后關(guān)閉進(jìn)水閥門自動(dòng)開啟給料機(jī)向溶 解池內(nèi)輸送定量的藥劑 - 開啟混合攪拌機(jī)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(dòng)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(dāng) 水量及水質(zhì)變化時(shí)，不易及時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)的水量、水質(zhì)情況調(diào)節(jié)投加量，從而導(dǎo)致 水

5、量或水質(zhì)波動(dòng)時(shí)，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(fù)合控制方式，將進(jìn)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(dòng)計(jì)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(fù)合控制輸出自動(dòng)調(diào)節(jié) PAC 計(jì)量泵輸出頻率，從而控制藥劑投加量，減少人工干預(yù)，完成藥劑的自動(dòng)投加工 作。為了避免常規(guī)增量式 PID 控制中，當(dāng)外界擾動(dòng)或系統(tǒng)誤差較大，以及系統(tǒng) 存在滯后時(shí)，容易引起控制系統(tǒng)較大超調(diào)量及長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)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(dāng)被控量 與設(shè)定值偏差較大時(shí)，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(shí)的積分作用是系統(tǒng)超調(diào)量增大，穩(wěn)定性下降；當(dāng)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(dòng)反沖洗控制凈水廠 V 型濾池大都采用恒水位過(guò)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(shí)現(xiàn)恒水位自動(dòng)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(guò)濾池測(cè)量水位與設(shè)定水位的差值，進(jìn)行 PID 運(yùn)算，自 動(dòng)控制出水調(diào)節(jié)閥開度，從而使水位恒定，達(dá)到控制過(guò)濾速度的目的。在濾池運(yùn)

7、 行一段時(shí)間后，濾池截留的污染物聚集過(guò)多將會(huì)直接導(dǎo)致濾后水濁度增高，水頭 壓力減?。〒p失增大），在此運(yùn)行過(guò)程中，需定時(shí)進(jìn)行反沖洗操作。大型凈水廠 由于 V 型濾池?cái)?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(dòng)反沖洗程序來(lái)解決這個(gè)問(wèn)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(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)三種運(yùn)行模式。a 手動(dòng)狀態(tài)下，由操作人員通過(guò)上位機(jī)依次遠(yuǎn)程控制鼓風(fēng)機(jī)、反洗水泵及其 對(duì)應(yīng)的出入口閥門進(jìn)行人工反沖洗操作。 b 半自動(dòng)狀態(tài)下，由操作人員通過(guò)上位 機(jī)上每個(gè)濾池對(duì)應(yīng)的自動(dòng)反沖洗按鈕按照，氣洗（時(shí)間可設(shè)定） - 汽水混合洗 （時(shí)間可設(shè)定）水洗（時(shí)間可設(shè)定）的過(guò)程

8、完成自動(dòng)反沖洗操作。c 自動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)每個(gè)濾池的過(guò)濾時(shí)間（上一個(gè)反沖洗結(jié)束后，開始過(guò)濾 算起）以及水頭損失超出設(shè)定值（上位機(jī)設(shè)定），進(jìn)行排隊(duì)后自動(dòng)進(jìn)行反沖洗操 作（時(shí)間與水頭損失以先到為準(zhǔn)）。5自動(dòng)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(dòng)一鍵排泥和定時(shí)自動(dòng)運(yùn)行兩種模式。在手動(dòng)模式下，運(yùn)行人員根 據(jù)泥位計(jì)測(cè)量出的泥位計(jì)經(jīng)驗(yàn)順序開啟排泥閥進(jìn)行排泥操作。沉淀池排泥閥與泥 位計(jì)聯(lián)鎖，當(dāng)泥位超過(guò)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(shí)，依次關(guān)閉

9、排泥閥。刮泥小車采用定時(shí)自動(dòng)運(yùn)行模式， 每次運(yùn)行 1 小時(shí)。定時(shí)間隔可根據(jù)工藝情況通過(guò)上位機(jī)設(shè)定。刮泥機(jī)運(yùn)行時(shí)若 沉淀池出水濁度過(guò)高（高于聯(lián)鎖至），自動(dòng)停止刮泥機(jī)。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(jìn)水閥聯(lián) 鎖，液位高于設(shè)定值，關(guān)閉進(jìn)水閥并發(fā)出清水池滿聲光報(bào)警。吸水井液位與對(duì)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(dòng)停止離心 泵（禁止啟動(dòng)離心泵）并發(fā)出聲光報(bào)警。結(jié)語(yǔ)綜上，某凈水廠設(shè)計(jì)日供水能力為 50 萬(wàn)立方米/ 天，水廠采用預(yù)處理機(jī) 械混合折板反應(yīng)絮凝復(fù)合沉淀過(guò)濾消毒的常規(guī)地表水處理工藝。此項(xiàng)目 自控系統(tǒng)采用分布式集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由一個(gè)中央控制室，五個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制 站（分控站），28 個(gè)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(gè)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(yuǎn)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(xiàn)：趙宇，張劍鋒，常華凈水廠排泥系統(tǒng)及污泥泵房?jī)?yōu)化運(yùn)行研究J.天津科 技，2020，47（08）:68-69+73.平鈺柱.給水廠污泥