水厂自动化范文

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机器解放了人的双手，而自动化能使人从低级简单重复的低级脑力劳动和体力劳动解放，使人的思维更高级。从制水的工艺环节来看，目前我国最普遍的制水工艺环节有：取水、配水、加压、加药、反应、沉淀、过滤、消毒，近来先进的制水又工艺增加了加氨等工艺环节。在自动化程度比较低的厂里，这些环节的控制、操作和维护都需要由人来完成。一个环节一个班少的需要两个人，多的则需要四至五人，每天至少两轮班。这样值班人员就需要二、三十人。再加上电、钳工，以及管理人员，一个厂就有职工六十至一百多人。虽然有这么多人，然而每人的工作尤其是两班制、三班制职工，每天都是简单而重复的工作内容，工作期间的其他时间和精力无法得到利用。另外，一般车间的操作员都是采用定时巡视，往往突如其来的水质变化等情况不能得到即时处理，而导致生产材料的浪费，甚至设备的损坏。

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近年来，我国供水事业蓬勃发展，各项新技术的应用日益广泛，其中自动化技术的应用是近年来自来水厂生产发展的最大特点，但同时其存在诸多设计、设备和管理方面的问题，严重制约水厂自动化水平的提高。

1.水厂自动化中存在的常见问题

1.1水厂自动化的设计问题[1]

水厂的生产过程是一个较为复杂的连续过程，对于其自动化系统的设计要求较高，涉及众多技术和设备，设计本身具有一定的难度，故在有些水厂自动化设计中存在的问题较多，影响了自动化功能的发挥，甚至影响了系统的正常运行。

（1）缺乏统一的发展规划。在有些水厂自动化设计中，对控制系统的持久性和未来发展规划一致性考虑不够全面，导致控制系统开放性和扩展性不够，造成系统很快落后于生产发展的需要。

（2）功能设置过于复杂。在有些水厂自动化设计中，由于片面追求高标准，致使功能设置过于复杂，而忽略了水厂的实际工艺情况和管理水平，使系统的故障率增高，而维护管理又跟不上，导致关键工艺的自动控制得不到保证。

（3）功能设置过于简单。在有些水厂自动化设计中，工艺过程的功能设置过于简单，达不到控制要求，特别是关键工艺的控制要求，造成虽有自动化系统，但关键工艺（如投药等）仍由手动完成的现象，失去了实现自动化的实际意义。

（4）设置过多的手动功能。有些设计为了在自动化系统故障时不影响生产，而设置了过多的手动操作功能，从设计上就将自动化系统置于可有可无的地位，既造成了设备的重复投资，也使生产人员产生了不正确的依赖心理，加上运行管理改革力度不够，出现了自控设备搁置不用而仍由人工手动操作的现象。

（5）设计人员水平不够。水厂的自动化设计涉及众多技术和设备，要求设计人员既要掌握先进的控制技术，又要熟悉生产工艺过程，同时对设备也要有相当的了解。但在有些设计中，由于设计人员对生产实际情况或对进口设备的性能了解不够，导致设计与实际生产有出入或出现设备选择不当，满足不了工艺要求，造成了自动化系统局部失败。

1.2水厂自控设备问题

设备方面存在的问题也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：

（1）质量问题。水厂中有些设备容易出现质量问题，如碱度计、氯氨测定仪、溶解氧测定仪、浓度测定仪、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。

（2）配套问题。在有的水厂自动化系统中，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，即与系统配套不合理，也是影响自动化系统正常运行的一个原因。

（3）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。如果由原产品供应商修理，则时间长、费用高，特别是有的产品已更新换代而根本无法得到备品备件，造成了这些设备的检修十分困难，从而导致这些设备长时间处于瘫痪状态，影响了自动化系统的正常运行。

（4）检修和改造问题。对于部分进口设备如网络设备，由于外商对通信协议和通信软件的公开性不够，且本身的技术要求也较高，既增加了这些设备的维护和检修难度，也降低了自动化系统的开放性，影响了系统的正常更新和改造工作。而且很多进口通信设备较难与国内设备互联，致使更新和改造困难，从而降低了自动化系统的合理性和统一性。

1.3水厂自动化的运行管理问题

（1）操作人员对设备性能和操作要求不够熟悉，不能完全掌握仪表技术。不少水厂反映，操作工人对仪表设备的使用要求不能完全掌握，致使仪表使用不正常，对仪表的调校保养缺乏必要的技术和专门知识，常常不重视仪表必要的日常清洁和维养工作，不懂得仪表的定期保养、检修等的规定和内容要求，所以往往使仪表精度降低，甚至不能正常工作，影响加药、加氯自动化的实施。

（2）缺乏专业维修队伍。之前，水厂在人员编制上，只有泵机值班工和电工，不设置仪表工。现在水厂自动化纷纷上马，水厂编制上也配置了一些仪表工，但是这些仪表工的配置数量和本身的专业技术水平均不能满足要求，有的甚至用电工代替仪表工，因此当仪表或监控设备发生故障后，不能得到及时的修复和处理。在保修期过后，不敢与国外联系，不少搁置起来，渐渐由“伤风感冒”而导致“全身瘫痪”。

（3）操作工人、管理人员以及领导层对自动化设施的认识不够全面。1）对自动化控制在水厂中应用的迫切性认识不够：不少水厂配备自动化只是为赶时髦，将其作为水厂的点缀。认为全国大、中、小水厂都纷纷实现自动控制，我们也不能不上，实为大势所趋。认为一个新的水厂要体现其先进，必须有自动化内容，而且尽量争取高标准。在国外考察后更是要求设备齐、标准高。这种想法在筹建部门较为普遍。2）对仪表和自控系统实质上缺乏信心：怕麻烦，表示明显的不信任感，最好少一些自动化内容，以免自找麻烦，这种想法在生产部门较为普遍。

2.解决水厂自动化问题的对策

2.1用国产设备直接取代

通过对国内市场的细致调查，找到种类、性能指标、接近于进口产品后，直接取用而代之。例如：安徽省滁州市自来水公司一水厂将国产在线浊度仪、计量泵应用在自动加药系统中，效果较好；引用国产电磁流量计和超声波流量计对原水、出厂水进行测量，计量较准确；同时该水厂还积极利用国产仪表应用在自动化系统的改造工程中，不仅完全达到了自控系统的各项功能技术要求，而且节约了大量的技改资金。

2.2自我改进消化吸收

拥有自己技术开发队伍的水司，应充分了解引进设备的性能特点，对系统中存在的问题进行仔细分析、改进，找出解决问题的办法。例如：滁州二水厂的自动投矾系统改造，就充分体现了技术人员对控制系统改造持有比较新颖的思路。他们没有采用较为流行的流动电流控制器，而是根据原水水质的特点，利用原水流量和滤前水浊度作为主要控制参数，滤后水浊度和PH值、水温作为后反馈控制参数，构成闭环控制系统，运行效果较好。

2.3谨慎选用进口设备

经过数十年的运行表明，进口设备虽然具有许多优点，确实在城市供水事业中起到了举足轻重的作用，但是也客观存在着一些问题，不得不引起广大供水同仁的高度重视。通过多年的运行效果表明，有的国产设备使用效果良好，维护也比较方便，备品备件能得到及时供应，售后服务能得到保障。所以建议在功能、技术参数能满足自控系统要求的前提下，尽可能使用国产设备。

2.4推陈出新，横向联系

在对进口设备的性能充分了解的基础上，寻找合适的厂家进行制造，不仅解决自身的设备问题，而且还可以推而广之，帮助其他使用同类设备的厂家排忧解难。例如：计量泵的隔膜片、加氯机的管配件等等，都可以委托国内厂家生产。同时要加强供水行业之间的技术交流，互通有无，积极推广成熟技术，共同提高自动化技术水平。

3.结束语

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我国水厂自动化在20世纪80年代得到了较大规模的发展，特别是随着外资的引入，大量国外先进的自动化控制技术与设备进入我国，建成了一批全引进的水厂，使我国水厂自动化进程大大加快，自动化水平也快速提高。近年来，在我国一些发达地区，建成了少量测控管一体化的现代化水厂，对推动水厂实现综合自动化功能起到了积极的促进作用。但由于历史和现实的原因，我国水厂自动化的总体发展水平还不高，发展也不平衡。大中城市的水厂特别是发达地区的大型水厂，自动化程度很高，而小城市和城镇的水厂特别是落后地区的小型水厂，自动化程度较低，甚至还是空白。而且，在一些已实现自动化的水厂中，虽然其自动化系统和设备与其他行业如化工、电力等相比并不差甚至更先进，但是，其功能并未充分发挥出来。有的自控系统从未运行过，一直处于闲置状态；有的运行一段时间后变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了自动化系统和设备的极大浪费。根据对近40个引进水厂自动化设备的调查资料表明：单项设备运行情况基本良好的占78.3％，基本运行正常的占11.7％，设备故障极多已被拆换替代的占5.7％，设备从未投入使用的占4.3％［1］。对于这些水厂自动化中出现的问题，究其原因，与目的、设计、设备和管理等多种问题有关。

1水厂自动化的目的

对水厂实施自动化的根本目的认识不够全面或出现偏向，是造成一些水厂自动化系统未能充分发挥作用的一个原因。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。但是，有的水厂实现自动化是为了赶时髦，将其作为一种点缀；有的水厂是迫于形势，在大批水厂纷纷实现自动化的情况下，自己也不能不上；有的水厂使用的自动化功能过于复杂，特别是在考察自动化水平较高的水厂后，更是盲目地提高标准；有的水厂则自动化功能过于简单，主要是对自动化不熟悉，缺乏必要的信心，怕造成麻烦；有的水厂是为了凑合贷款数，不得已而配置自动化系统和设备。这些不正确想法的存在，使水厂实现自动化的根本目的发生了偏向，造成了自动化设计不切合水厂实际，不注重生产过程特别是关键工艺环节的自动化，并忽略了在运行和管理模式方面的相应改革，从而导致自动化未能充分发挥作用，甚至建成后处于闲置状态。

2水厂自动化的设计

2.1未解决的相关理论问题

在水厂自动化中，工艺理论对自动化提出的控制要求本身存在未解决的理论问题或理论不够完善，使控制未能达到规范化和最优化，系统运行达不到理想的控制状态，从而影响了自动化的实际运行效果。

（1）絮凝理论不够完善。加药系统是一个大延时、强耦合、干扰因素多的非线性系统，目前广泛采用的控制方法为：用原水流量按比例前馈调节计量泵的频率，用流动电流仪（SCD）反馈调节计量泵的冲程，从而构成加药复合控制系统。由于凝聚作用本身有多种理论，决定加药量多少的水质成分因素在理论上还不够完善，如原水浊度、温度、pH、污染因素以及非胶体颗粒干扰因素等参数变化都对SCD有很大影响，而在SCD反馈调节方法中，只采用了反映水中胶体稳定度的参数ζ电位来代表全部水质因素，因此该控制方法并不完全符合生产实际。同时，传感器缝隙小易造成堵塞，加药后不易形成絮粒，特别是滞后反应和水质变化对SCD影响较大，导致该方法适应性较差，准确度不够，达不到优化自动加药的要求，实际使用效果并不理想［1］。在有的系统中，虽然采用了智能技术如专家系统、自学习模糊控制等方法，取得了一定效果，但并未完全解决加药量优化控制的问题。

(2)加氯系统理论问题。在加氯系统中，传统的控制方法为：前加氯采用流量比例控制，后加氯采用余氯反馈控制。由于影响加氯效果的因素很多，如水质、天气、水厂的具体工艺特点等，而且后加氯存在时间滞后问题，同时对控制方法和投加氯氨存在的问题目前有不同的看法，特别是对水射器安装位置和余氯取样位置的规范化确定目前尚无完整的理论［1］，从而使加氯系统不够规范，实际运行效果也不是十分理想。在有的系统中，虽然采用了一些其他控制方法，如采用双因子控制方式（用流量和余氯控制前加氯和后加氯）或多参数非线性控制方式，取得一定的效果，但并未完全解决加氯系统存在的问题。

(3)其他理论问题。如变频供水泵和定速供水泵的台数比例确定、变频供水泵的自动调节方法以及供水泵的科学调度等问题，理论上还未完全解决，管理上还有待进一步研究。

2.2技术规范和设计标准问题

到目前为止，我国在供水行业自动化控制方面，除《城市供水行业2000年技术进步发展规划》等少量规划性技术文件之外，尚无制定供水行业自动化控制方面的技术规范和设计标准，致使水厂在实施自动化过程中，技术上缺乏统一的规范性，设计上存在一定的盲目性和随意性，不同类型的水厂自动化分别应该达到的主要功能和主要技术指标不明确，影响了自动化系统配置的科学性和合理性。而在其他行业，如水电行业，国家有关部门早已经颁布了相关的技术规范和设计标准，这对该行业的自动化设计和实施起到了积极的促进作用。

2.3专著和文章问题

我国供水行业的自动化起步较晚，总体发展水平也不高，致使在供水自动化方面发表的文章数量有限，总体质量也不太高，出版的专著更少，既不利于在实施自动化时提供必要的理论指导和技术参考，也不利于行业内的技术交流和经验交流，影响了自动化知识普及和提高的速度。而在其他行业，如电力，除有大批专著可供参考外，还有大量的文章可供参阅。另外，每年还举行众多的技术研讨会和交流会，这对提高该行业的自动化水平起了很大地推动作用。当然，这与该行业从业人数多、技术力量雄厚、期刊数量大等多种因素有关。

2.4设计中存在的一些具体问题

水厂的生产过程是一个较为复杂的连续过程，对于其自动化系统的设计要求较高，涉及众多技术和设备，设计本身具有一定的难度，故在有些水厂自动化设计中存在的问题较多，影响了自动化功能的发挥，甚至影响了系统的正常运行。

（1）缺乏统一的发展规划。在有些水厂自动化设计中，对控制系统的持久性和未来发展规划一致性考虑不够全面，导致控制系统开放性和扩展性不够，造成系统很快落后于生产发展的需要。

（2）功能设置过于复杂。在有些水厂自动化设计中，由于片面追求高标准，致使功能设置过于复杂，而忽略了水厂的实际工艺情况和管理水平，使系统的故障率增高，而维护管理又跟不上，导致关键工艺的自动控制得不到保证。

（3）功能设置过于简单。在有些水厂自动化设计中，工艺过程的功能设置过于简单，达不到控制要求，特别是关键工艺的控制要求，造成虽有自动化系统，但关键工艺(如投药等)仍由手动完成的现象，失去了实现自动化的实际意义。

（4）设置过多的手动功能。有些设计为了在自动化系统故障时不影响生产，而设置了过多的手动操作功能，从设计上就将自动化系统置于可有可无的地位，既造成了设备的重复投资，也使生产人员产生了不正确的依赖心理，加上运行管理改革力度不够，出现了自控设备搁置不用而仍由人工手动操作的现象。

（5）设计人员水平不够。水厂的自动化设计涉及众多技术和设备，要求设计人员既要掌握先进的控制技术，又要熟悉生产工艺过程，同时对设备也要有相当的了解。但在有些设计中，由于设计人员对生产实际情况或对进口设备的性能了解不够，导致设计与实际生产有出入或出现设备选择不当，满足不了工艺要求，造成了自动化系统局部失败。如有的设计中滤池出水阀选择了两位阀，虽配置了完备的自动化控制设备，但却无法实现滤池水位的自动调节功能。

3水厂自控设备存在的问题

设备方面存在的问题也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：

（1）质量问题。水厂中有些设备容易出现质量问题，如碱度计、氯氨测定仪、溶解氧测定仪、浓度测定仪、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。

（2）配套问题。在有的水厂自动化系统中，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，即与系统配套不合理，也是影响自动化系统正常运行的一个原因。

（3）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。如果由原产品供应商修理，则时间长、费用高，特别是有的产品已更新换代而根本无法得到备品备件，造成了这些设备的检修十分困难，从而导致这些设备长时间处于瘫痪状态，影响了自动化系统的正常运行。

（4）检修和改造问题。对于部分进口设备如网络设备，由于外商对通信协议和通信软件的公开性不够，且本身的技术要求也较高，既增加了这些设备的维护和检修难度，也降低了自动化系统的开放性，影响了系统的正常更新和改造工作。而且很多进口通信设备较难与国内设备互联，致使更新和改造困难，从而降低了自动化系统的合理性和统一性。

4管理方面存在的问题

水厂自动化系统建立后，管理水平滞后是影响自动化功能正常发挥的一个重要因素。由于管理人员受自身素质和传统观念的束缚，未能在管理方面进行及时的调整和改革，导致管理水平落后，无法适应水厂自动化的发展需要。如何提高管理水平和管理人员素质是自动化水厂目前面临的一个重要课题。

（1）不注重设计、安装、调试过程的人员参与。很多水厂在建设自动化系统时，由于受人员和素质的限制，常采用交钥匙工程的方式，这样在建设时轻松省事，但后患无穷，由于没有自己的技术力量参与设计、安装、调试过程，导致投产后出现很多问题，影响了系统的实际运行效果。

（2）对自动化系统和设备不够熟悉。由于值班人员缺乏必要的技术知识，对自动化系统和设备不够熟悉或掌握不够，导致设备得不到正常的保养、调校和检修，造成仪表精度降低或设备故障；导致软件得不到必要维护和调整，造成因一些小软件故障得不到及时处理而影响系统正常运行；有的甚至出现误操作或引起人为故障。

（3）缺乏完善的自动化管理规程。水厂实现自动化后，其运行管理和维护管理已和传统水厂不一样，但不少水厂在这方面的改革力度不够，缺乏满足自动化生产需要的管理规程，如岗位职责、运行管理制度、操作规程和设备维护保养及检修规程等，致使运行管理满足不了生产需要，维护管理达不到要求。

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引言

对自来水厂自动化控制起着最广泛、最基本影响的技术就是PLC控制技术，其不同于传统的继电器电路，实现了顺序控制、逻辑控制，而且PLC控制技术既可以控制水厂的单个设备，也可同时控制多个设备，从而形成水厂的自动化流水线，并有效地对生产水资源过程中的自动化进行全方位的控制[1]。目前，很多自来水厂都对加氯、加氨、加矾、过滤和沉淀等各个环节进行自动化的控制，这种模式的形成对水处理过程中的安全性和可靠性都有极大的提高。

1.水厂水处理流程

实现水处理流程的自动化控制是水厂应用自动化控制系统的根本目的。不同的水厂拥有不同的设备配置，其处理水的工艺流程也有着很大的区别，但其水处理的基本流程相差不大，总体来说包括取水、配药、加氯、投加混凝剂、沉淀、过滤、消毒、送出几大方面。水厂的水源一般来自地下水、地表水、江河、湖泊等处，首先水厂必须通过水泵来取水，将原水抽入净水厂，此时原水中含有很多杂质，必须经过净水处理才能供给用户。当原水进入净水厂之后，净水厂需要配置合适的混凝剂及氯气等投入到原水当中，以此来对原水进行混凝消毒。当原水经过混凝处理之后流入沉淀区时，水中的颗粒会沉淀在池底，并进行堆积，因此沉淀池需要定期进行清理。过滤则是一个使水澄清的过程，其采用石英砂等滤料层来清除水中的各种杂质，滤料层也需要定期清洗。水澄清之后就需要进行消毒处理，以达到杀菌消毒的作用，正因为水经过滤后，降低了它的浊度，细菌、病毒才能更好地被消灭。水经过消毒后将存储于清水池中，根据实际所需情况向各管网送水，再通过管道送给用户。

2.滤池自动化控制系统的功能

水厂可通过对滤池自动化的控制来进行全面的管理和实时监控，使水厂在生产过程中的调控能力得到增强，水厂的自动化程度也能得到相应的提高，从而增加水厂的经济效益，其功能主要体现在以下两个方面。

2.1节能减排。人们在日常生活中离不开

水资源，而人们最直接的供水来源就是水厂，因此，水厂起着极大的作用。传统的方式使水厂在进行滤水的过程中消耗了很多能源，那么就必须对水处理的过程进行优化处理，其中较为合理的方式就是通过自动化系统来对能源消耗进行调节，在自动化系统运行工作的过程中，通过对水泵电机调速的控制可以改变其运作的方式，有效地避免浪费。因此，应用水厂自动化系统可以极大程度地减少能源的消耗，实现能耗的优化[2]。

2.2降低水处理成本，进一步提高水质

如今人们对生活质量的要求越来越高，对水质的要求更是如此。而PLC能够适应当代人们的用水需求，具有极高的安全性和可靠性，从而有效地提高水质。同时，在滤水的过程中，自动化系统的应用也可以极大地降低其运行的费用，滤水系统甚至可以自动调节出水的浊度，使水处理系统实现低成本运行的目标。

3.PLC控制在水厂自动化控制中的运用

3.1PLC在水厂监控系统中的应用

在水厂的监控系统中，PLC实现了顺序控制和逻辑控制，PLC控制技术在监控系统中既可以控制水厂的单个设备，也可同时控制多个设备，从而形成水厂的自动化流水线，各个现场的变化、现场设备的数据都可以通过上机位来进行获取并实时控制[3]。不仅如此，PLC对整个水厂的水处理工序的运行都进行全自动的控制，在线数据采集设备会自动采集所有的运行设备的参数，数据被即时送入PLC，PLC甚至可以做到对这些数据进行交换，对水处理的各个生产换季的设备运行都进行实时的监视和控制，进而更加合理地利用水资源并优化水厂的调度能力。

3.2PLC在水质监测系统中的应用

水质监测是在水厂的自动化控制中的重要内容，整个系统能否平稳运行的重要参数就来自于水质监测的数据，如今，水质监测系统中应用了更多的新型自动化检测仪，对水厂自动化控制系统的发展起到了推动作用。目前，水质监测系统中的技术方包括水质监测分年仪表、温度检测技术、水位检测技术、流量监测技术、压力检测技术以及高低浊度测量分析、漏氯检测分析、流动电流检测分析等方面，所应用的仪器也不仅仅是传统的仪器，非接触式仪器也得到了大量的运用。

3.3PLC在水厂滤池系统中的应用

单元滤池的PLC控制需要完成的工作很多，例如每个滤池的出水阀、进水阀、排气阀、排污阀、反冲水阀、反冲进气阀等的自动控制和对本格滤池的恒水位进行过滤控制，除此之外，PLC还需要进行数据的采集、信息的交换等工作。滤池在过滤时必须进行恒水位过滤，以达到平稳生产和稳定出水品质的目的。而调节清水阀门的开度大小决定着滤池液位的高低，这就意味着在滤池系统的运行中，管理人员必须对该系统进行人工编写，以达到滤池系统自动化的效果[4]。

3.4PLC在水厂远程操作中的应用

PLC可以对所有的设备进行实时监测并对其进行控制，例如在PLC自动控制系统中，其中一个滤池的运行出现了故障，监控人员就可以通过远程控制，对该流水线进行关闭并及时派技术人员进行处理。这样一来，可以很大程度上减少资源的浪费并保证其稳定运行。

4.结语

在水厂自动化控制中，PLC控制技术有着很重要的作用。该系统较为可靠、先进，同时解决了水厂管理成本高、运行工况复杂的问题。而且，该系统可以根据人们不同时期的不同用水情况，运行最经济合理的方式，有助于提高水厂的经济效益，达到经济运行的目的。相信在将来，PLC控制技术的功能会更加齐全，也会不断进行完善，其在水厂自动化控制中的运用也将会越来越广泛。

【参考文献】

[1]杨立福.给水排水自动化技术（SCADA）综述[J].给水排水，2013（1）：56-57.

[2]郭凤文.水工业自动化控制技术的发展趋势[J].中国给水排水，2012（8）：12-13.