水厂自动化供水技术

我国水厂自动化控制系统的发展过程可分为三个阶段：第一个阶段是分散控制阶段，该时期水厂各部分分别进行自动控制，各独立系统各不相关；第二阶段是水厂综合自动化阶段，在该时期整个水厂作为一个综合自动化控制系统进行生产，同时各个独立子系统可以独立工作，该系统共享整个水厂的信息，同时又有分散控制的可能性。现阶段大部分水厂处于此阶段；第三阶段是供水系统的综合自动化控制阶段，该阶段要求在一个区域的供水企业共享信息，实现整个城市或地区供水系统的自动控制。我国的中小型水厂大部分处于第一或第二阶段，只有很少大型水厂达到了第三阶段。在国外，如加拿大、美国等发达国家基本实现了供水系统的全自动化，而开始进行分质供水，同时对水厂内部的自控系统也在不断进行改进和提高。

当前水厂采用的自动控制系统结构形式，从自控的角度可以划分为数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA）、集散型控制系统（Distributed Control System,DCS）、IPC PLC（Industrial Personal Computer & Programmable Logic Controller）系统，即工业个人计算机与可编程逻辑控制器构成的系统等。

SCADA系统组网范围大、通讯方式灵活、但实时性较低，对大规模和复杂的控制实现较为困难。DCS系统则采用分级分布式控制，在物理上实现了真正的分散控制，且实时性较好，但应用软件的编程工作量大，对开发和维护人员要求较高，开发周期较长。IPC PLC既可以实现分级分布控制，又可实现集中管理分散控制。而且PLC本身可靠性高、组网、编程和维护很方便，开发周期短、系统内的配置和调整又非常灵活，可与工业现场信号直接连接，易于实现机电一体化。因此，IPC PLC系统成为了当今水厂自动控制系统的主要结构形式。

综合分析国际和国内水厂发展的各个阶段的特点以及现有的水厂自动控制系统可知，自来水厂主要的控制技术与核心组成基本相同，主要有水质检测技术、水处理技术、变频节能技术与综合自动化系统四个方面。

1）系统高度可靠，其本身的局部故障不应影响现场设备的正常运行。

2）系统成熟、可靠、先进、性价比高。系统配置和设备选型符合计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，使系统达到当前的国际先进水平。

3）系统为全分布、全开放自动化控制系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充。

4）系统实时性好、抗干扰能力强，采用国际流行组态软件，人机接口界面友好，操作方便。

5） 遵循国内、国际标准。

开环控制、闭环控制和复合控制。

水厂实现自动化的根本目的是提高生产的可靠性和安全性，实现优质、低耗和高效供水，获得良好的经济效益和社会效益，积极响应党的号召，让人民喝上安全放心的好水。

水厂自动化供水技术起停方式

1）直接起动： 总的来讲，笼型交流异步电动机在起动的过程中会带来很大的电流，大约会是其额定电流的 7 倍，这种情况只是单纯的限制于功率稍小的电动机。

2）定子串电抗或电阻降压起动： 这样的方式只是单纯的适用于轻载起动 ，能够非常好的增加起动平稳性 ，并且有效的减小电流，但是由于起动的过程中损耗比较大，并且经济型较差，所以也只是在电机容量较小的时候才运用。

3）自耦变压器降压起动： 这样的起动方式一般来讲有失压和过载保护，能够有效的减少电动机电流对于电网的影响，但是它也有自身的缺点，主要是体积较大、结构比较复杂、价格较为昂贵，并且检修起来不是十分的方便。

4）软起动器起动： 软启动器的原理是利用可挖硅能够更好的控制整流，如果改变可挖硅的控制角，使得电动机的电压按照相应的规律升为全压时，撤去控制信号，软动器可退出运行，把此项技术运用到水泵中，可以更好的避免水锤效应产生。

5）变频起动： 此种启动方式主要是变频器带动电机从零起动，直到其能够达到额定转速。 一般来说采用电压/频率的控制方法，不会使得电流过大，对于机器的冲击也是比较小的，能够进行调速。但是它也有一个缺点，就是价格相对来讲比较高，有电磁兼容的问题，是重载设备的首选。

水厂自动化供水技术恒压供水

如果需要实现恒压供水，就需要保持水压力的稳定，也就是平时所提到的调节供水量。简单来讲，调节供水量一般是可以通过以下两种形式实现的：需要保持水泵的恒速转动，可以依靠调节阀门的宽度来调节供水量；如果阀门的开度不变，那么我们可以调节水泵的转速，从而有效的调节供水水量。

水厂自动化供水技术设计

1）井群系统： 我们对水泵的控制大体可以分为三种形式：手动控制、水源地值班室控制、远程控制。 一般来说，手动控制是依靠人工来进行的；水源地值班室控制是依靠相应系统进行控制的；远程控制主要是通过远程中心来控制。

2）水厂系统： 主要设备包括了加氯车间、输水泵房以及清水池。 井群水泵起停是依靠水厂的蓄电池进行控制的。 一般可以分为如下几个单元：水厂参数需要采集压力和流量等参数；控制系统主要是实现恒压供水；数据系统是负责有效交换数据的。

3）调度中心： 这是整个供水系统操作、处理、统计、维护和监管的中心，集中管理的整个监控系统。 水厂的监控软件主要是负责同现场的通信设备进行协作运行，要把采集到的数据经过计算后以图表或者数据的形式进行显示，同时还需要进行故障报警、发出声光信号等。

为解决农村饮水安全问题，很多地方建立了小型水厂，集中为一些村镇供水。小型水厂自动化与配电是水厂建设中的重要部分，以下对该部分内容做简要介绍。

农村集中供水形式：

各地根据自身的水资源及地势情况确定供水形式，主要包括以下几种：

1、 直供井供水：每个村镇打一眼或多眼深井，直接通过管网为村镇供水。

2、 一眼或多眼水源井取地下水，进入小型水厂，加氯，进入清水池，再通过几套加压泵为不同村镇供水；有的小型水厂清水池地势较高，可通过自流为不同的村镇供水。

3、 一个或多个取水泵站取地表水，进入小型水厂后，经加药加氯等工艺处理进入清水池，再通过几套加压泵为不同村镇供水；有的小型水厂清水池地势较高，可通过自流为不同的村镇供水。

小型水厂自动化解决方案

以第二种供水形式为例介绍水厂自动化系统。多眼水源井取地下水，原水进入小型水厂，加氯，进入清水池，再通过几套加压泵为不同村镇供水。

1、总体方案设计

◆ 在水源井井房内安装水源井远程测控终端。

◆ 在水厂进水口安装流量监测终端。

◆ 在水厂加氯间安装加氯设备远程测控及水质监测终端。

◆ 在水厂加压泵房安装加压泵站远程测控终端。

◆ 在水厂低压配电室安装配电监测终端。

◆ 在水厂值班室安装工控机、计算机、投影仪、打印机等。安装监控系统软件。

◆ 流量监测终端、加氯设备远程测控及水质监测终端、加压泵站远程测控终端与值班室工控机之间采用局域网有线通信方式；水源井远程测控终端与值班室工控机之间采用GPRS无线通信方式（支持光纤通信方式）。

◆ 未来，水厂需要对各用水单位进行流量监测，采用GPRS无线通信方式。

2、系统拓扑图

3、自动化监控系统主要功能

◆系统可以实时监测水源井水泵工作情况，包括：电流、电压、电能、泵开关状态、保护状态、出水压力、出水流量。可以远程起停水源井水泵。

◆系统可以实时监测进厂流量、出厂流量、出厂压力、水池水位、余氯等信息。

◆ 系统可以实时监测加氯机的工作状态、加氯速度、自动控制/远程控制加氯机的起停。

◆ 系统可以实时监测加压泵组水泵的工作状态，包括：开关状态、保护状态、电压、电流、频率等。

◆ 系统可以自动控制、远程控制加压泵的起停。根据出口压力自动调整水泵转速。

◆ 系统可以实时监测配电站信息，包括：开关状态、电流、电压、电能等。

水厂自动化供水技术水质检测技术

水处理中的自动检测技术，即水质检测技术是保证供水和排水水质的重要手段，也是指导水处理工艺运行过程的重要依据，随着自动化技术、机械制造技术等方面的发展，出现了越来越多的新型自动化检测仪表。

现阶段使用的水处理自动化仪表包括流量、水位、温度、压力仪表以及水质测量分析仪表，如 pH 测量仪、流动电流检测仪、漏氯报警仪、余氯分析仪、高低浊度在线检测仪等。

在流量测量方面，除了传统的电磁流量计外，还出现了大量非接触式仪表。 水位测量仪表是水处理中另一类使用广泛的检测仪表，滤池、清水池、格栅配水井、配矾等处都要用到，主要有差压式、静压式、吹气式、浮子式、静电电容式、以及超声波等类型。 检测仪表是实现水厂自动化的基础，在日本等发达国家不仅大面积使用现有成熟仪表外，还不断开发出新的检测仪表并发展相关的检测技术，不断扩大检测范围，提高检测精度。

水厂自动化供水技术水处理控制技术

随着电子技术、计算机技术以及光电技术等相关学科的发展，工业自动化在各个方面都发生了深刻的变化，包括自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等底层设备，以及自动回路调节器、自动控制单元、各种大小型装置控制系统乃至综合优化调度系统等。有关控制系统的研究和应用也一直是现代工业生产的重点工作之一，并且已经在控制理论和自动控制系统水平方面都发生了极大的变化。随着水处理技术的不断发展，对于水质指标的控制与水处理效率的要求也在不断提高。新工艺、新设备的广泛应用一方面提高了水处理能力，另一方面也对整个系统的控制、协调提出了更加严格复杂的要求。常规控制手段已经成为水处理行业中的薄弱环节之一，需要在现有工业自动化已经取得的成果基础上研究、设计、投用适合于水处理行业的先进控制系统。由于水处理系统（特别是混凝投药和加氯控制过程） 是一个大迟滞、非线性、时变的复杂系统，系统建模困难，很难控制好。因此各种先进的控制算法不断提了出来。虽然各种先进的控制理论和算法不断被提了出来，但是在实际的应用过程中，尤其是中小型水厂自动化控制系统中，经典的控制理论仍有着广泛的应用空间。

水厂自动化供水技术变频节能技术

变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节点效率很高，几乎能将因设计冗余和用水量变化而浪费的电能全部节省下来。变频调速控制技术是指以变频调整原理为基础，在保证供水可靠性的前提下，根据供水系统的用水量的变化情况，自动调整水泵工况，使之始终尽可能地在高效区间内运行，已达到降低能耗、提高效率的目的。这一技术既科学又可靠，它具有调速精度高、功率因素高等特点，使用它可以提高产品质量、产量，并降低物料和设备的损耗，同时也能减少机械磨损和噪音，改善车间劳动条件，满足生产工艺要求。

水厂自动化供水技术综合自动化系统

随着计算机网络技术的不断进步，建立一个供水系统的综合自动化系统成为可能。在现代化的大型水厂中，除了采用先进的设备和控制技术对厂区内部进行有效控制和管理外，还要求实现对一个城市或地区整个供水系统的综合自动化管理。对自来水公司而言，为了安全、稳定、可靠地管理好遍布全城的供水系统，要有一个满足企业特点的、现代化的、先进的的企业综合自动化系统(SAS)。 在该系统中，要实现对整个供水系统的现代化企业管理。主要包括社会服务系统，自来水管网地理信息系统（GIS）、自动抄表收费系统（AMR）、生产过程数据采集与监控系统（SCADA）、办公自动化系统（OAS）、自来水管网优化系统、数据仓库中心数据管理系统、信息管理中心系统（IMCS）等。在美国和加拿大等发达国家，已经建立了不少现代化的水厂，实现了整个供水系统的自动化。

系统组成：水厂远程监控系统是水司生产调度管理系统的一个子系统，主要由水司调度中心、水厂监控中心、通信平台、水厂测控终端、配电设备监测终端组成。

通信平台：水司调度中心、各水厂、各职能部门之间数据通信在局域网内完成；水厂与调度中心之间一般租用或铺设光纤。

水厂监控中心主要功能：

远程监测所辖水源井的工作情况、安防情况，远程控制所辖水源井水泵的启停；

在线监测水厂内加压泵组设备的工作情况，控制加压泵组的启停。

在线监测水厂内蓄水池水位、清水池水位；进厂原水流量；出厂清水流量和压力。

在线监测出厂水的浊度、PH值、余氯等水质指标，录入其它水质信息。

在线监测大门、制水车间等重要场所的图像。

生成各种报表及数据曲线。

随着经济的飞速发展，信息技术的不断普及，这样就为水厂自动化结构体系的改革，实现控制系统智能化、分散化、网络化奠定了坚实的物质和技术基础。

随着智能传感器、变送器、测量仪表、调节器及其执行器等装置，及其模糊控制、专家系统、自适应控制及其神经网络等智能技术的应用，水厂的自动化将面临着逐步向智能化进展。