自动化控制系统在自来水厂供水工艺中的应用

发布时间：2022-10-05 10:03 热度：

　　陈旭源

　　摘要阐述了自来水厂供水控制系统总体设计，重点对关键工艺的次氯酸钠加药系统进行了介绍，分析了次氯酸钠投加量的影响因素、自动控制设计、以及一些常见问题的处理。该系统大大提高了自来水厂的自动化管理水平，提高了工作效率、降低了生产成本。

　　关键词自来水厂控制系统次氯酸钠加药

　　中图分类号：TU991.6文献标识码：B文章编号：1009-0177(2018)s1-0247-03

　　DOI：10.15890/j.cnki.jsjs.2018.s1.063

　　ApplicationofAutomaticControlSystemforWaterSupplyProcessinWaterworksChenXuyuan(WusongWaterworks,ShanghaiSMIWaterProductionBranch，Shanghai200002,China)AbstractThispaperexplainstheoveralldesignofwatersupplycontrolsysteminwaterworksandfocusedonthekeyprocessofsodiumhypochloritedosingsystem.Italsoincludstheanalysisofthedosageofsodiumhypochlorite,automaticcontroldesignandthetreatmentofsomecommonproblems.Theautomaticcontrolsystemhasgreatlyimprovedtheautomatedmanagementofthewaterworksandworkefficiencyaswellreducingcosts.

　　Keywordswaterworkscontrolsystemssodiumhypochloritedosing

　　2014年7月，上海城投水务(集团)有限公司成立，上海城投水务类企业迈入了集团化、市场化、专业化运作的新阶段。吴淞水厂隶属重新整合成立的负责制水业务板块的制水分公司，地处上海城区东北面，占地面积为25540m2，主要承担上海宝山、吴淞等地区的供水任务。

　　制水设施包括日供水能力19.01万t的进水泵房一座，日处理能力10.08万t的脉冲澄清池三座、日处理能力9.6万t的加速澄清池两座，日处理能力10.58万t的综合滤池两座、日处理能力7.45万t的双阀滤池一座，总容量10万t的清水库两座。制水工艺流程如图1所示。

　　1自来水厂供水控制系统总体设计

　　PLC是集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体且可编程的自动控制系统，其安全可靠、操作简单，在各行各业的应用十分广泛。水厂的水处理程序引用PLC自动控制系统[1]，使水处理的各操作环节更加精确化，提高了供水质量和生产效率，实现自来水厂的现代化管理，并给企业带来十分可观的经济效益。吴淞水厂供水自动控制系统采用ABLogix5561系列PLC，性能稳定、可扩展性强，通过工业总线实现各个工艺点的数据互通。根据制水工艺流程，主要包括以下功能模块：(1)总工艺监控平台，原水脉冲池综合滤池双阀滤池清水库2清水库1加氯加氨加氯加氨汗水池及泵房废水排放加矾加氯管网二级泵房加速池集水井以组态画面显示水厂整体工艺流程，操作人员可根据这种画面，直观对应实际生产工艺环节，监控全厂正常生产运行;(2)脉冲池+综合滤池工艺监控，对脉冲池和综合滤池进行详细工艺环节显示，包括泵阀启停状态、滤前水质数据、滤后水质数据等;(3)加速池+双阀滤池工艺监控，对加速池和双阀滤池进行详细工艺环节显示，包括泵阀启停状态、滤前水质数据、滤后水质数据等;(4)二泵房运行监控，对出水泵房设备、生产运行数据进行图形化显示和监控;(5)配电系统监测，对整个水厂高低压配电设备运行状况，如电压、电流、功率、温度等进行实时监测;(6)运行趋势图，以数据列表或趋势图形式，对生产运行数据进行有序显示;(7)警戒报警信息，提供对生产运行过程中的各种越界信号的报警提示和显示，通过醒目的文字、色块显示，在泵站或设备运行恢复正常时会自动消除。

　　2关键工艺自动控制设计

　　在自来水厂中，加氯工艺一般包含两个部分：前加氯和后加氯，前加氯通常实在原水进入沉淀池之前进行，前加氯过程中的投加量不大。后加氯是在滤后水进入清水库前进行，起到杀菌消毒作用。水厂出厂水的余氯含量不许以后滤后水加氯环节来保证，本文主要讨论滤后水加氯环节。

　　2.1影响次氯酸钠投加量的因素分析

　　(1)清水库进水流量清水库进水流量的大小对投加量有直接影响，而这个流量会因用水调度或工艺等方面而发生较大变化，没有特定规律，可通过比例控制方法来解决。

　　(2)水中氨氮含量目前水厂的次氯酸钠投加，一般采用氯胺消毒，水中的氨氮含量是投加过程最主要的影响因素。

　　(3)清水库出水流量清水库的出水流量越小，滤后水在水库中滞留的时间越长，次氯酸钠混合、反应、挥发的程度越大。

　　(4)清水库水位清水库水位高低不同，会对次氯酸钠的混合、反应产生一定的影响。次氯酸钠受温度和光照影响易分解，会造成出厂余氯值的不稳定[2]，所以尽量保存在避光的场所，并且一般应在14d内进行更换，夏季时最好在10d内。

　　2.2次氯酸钠投加量自动控制设计

　　整个药剂投加控制，采用现场手/自动及远程手/自动两种控制模式。在现场可通过触摸屏实现远程自动及本地操作切换，当状态为远程时，此系统由控制室通过上位机进行操作，当状态为本地时可由相关人员在本地通过触摸屏进行计量泵的启停及相关参数的设定。本地控制优先级高于远程模式，也提高了系统的安全性。手动控制模式分为就地手动控制和远程手动控制两种。手动控制需要人工计算加药量，容易出现偏差，一般处于备用状态，当自动模式出现问题时采用手动控制方式。

　　为了使计量泵更精准的进行加药，采用PID调节系统进行加药控制，利用式(1)得出理论加药量

　　QL。QL=QH×Vna×DF×K(1)

　　Qs—实际加药量;QH—瞬时进水流量;Vna—吨水加药量;DF—调节每吨水加药量变化系数;K—调节因日变化所引起的每吨水加药量的变化系数。再通过流量计得出的监测值QS与QL进行闭环PID调节，通过PLC控制计量泵的工作频率使实际加药量与理论加药量的绝对值一直保持在一个固定的范围内实现精确加药。

　　2.3次氯酸钠投加过程常见问题处理

　　(1)管道防腐蚀性处理次氯酸钠具有腐蚀性，为了防止腐蚀渗漏，宜采用UPVC化工管路，尽量用专用胶粘接。对于法兰及丝扣连接时，要采用耐碱密封材料。

　　(2)管道结晶堵塞问题次氯酸钠溶液在与水接触的地方会生碱结垢，长时间会逐渐减小管径影响投加量。应在与水接触的入口处安装疏通孔，定期疏通;或可通过酸性溶液清洗。整套次氯酸钠消毒系统从设计到实现本着安全可靠节约的原则，秉承我厂自控程度高集中控制的特点。其中有流量闭环控制的技术亮点，也解决了系统管道易受腐蚀、结晶堵塞的难题。

　　3结论

　　自来水制水工艺过程具有连续性、不可替代性及不间断性，通过自动控制系统可大大提供其运行可靠性、稳定性。随着社会的不断发展，对城市供水水质提出了更高要求，水厂自动化控制系统必然成为一种趋势。借助计算机技术、网络技术、信息技术等高新技术实现水厂生产过程的自动控制，设计适合制水工艺且运行稳定的自动化供水系统，尤其是次氯酸钠的自动投加系统，可以有效的解决供水工艺过程的诸多问题，可有效保证水质，提高自来水厂的处理能力。

　　参考文献

　　[1]申玉霞,赵彩红.基于PLC的水净化设备的自动控制系统设计[J].制造业自动化,2012,34(22):146-148.

　　[2]潘卫文,应培琪,杨珍,等.次氯酸钠消毒剂在闸北水厂的应用及其有效成分衰减实验[J].上海水务,2007,35(1):19-20,15.