簡言之，再生(shēng)水是對污水處理後的水再進行深度淨化所得，其在功能上可以部分(fēn)替代自來水，從而大(dà)大(dà)節約水資(zī)源。某再生(shēng)水廠是北(běi)京市第一(yī)座再生(shēng)水廠，自動控制系統是保證其穩定運行、處理水質達标和對外(wài)供水安全的不可或缺環節，發揮着重要作用。本文從實際運行角度出發，對自動控制在再生(shēng)水廠的應用情況進行了簡單探讨。

 

1再生(shēng)水廠簡介

1、整體(tǐ)簡介

某再生(shēng)水廠位于北(běi)京市區東部，占地1.8萬平方米。始建于2002年9月，2003年9月建成投産。設計日處理能力6萬立方米，再生(shēng)水主要供給電廠和垃圾處理廠作爲工(gōng)業用水，爲周邊公園河湖等提供景觀用水，并滿足周邊綠化、居民沖廁和市政雜(zá)用的需要。

2、工(gōng)藝流程簡介

該再生(shēng)水廠采用混凝+沉澱+過濾+消毒的處理工(gōng)藝。水源來自污水處理廠的二級處理出水，經細格栅攔截細小(xiǎo)的顆粒及懸浮物(wù)後首先通過臭氧脫色，再通過與混凝劑反應，去(qù)除水中(zhōng)的微小(xiǎo)懸浮物(wù)和膠體(tǐ)顆粒，出水經砂濾池過濾和紫外(wài)線消毒後向再生(shēng)水管網用戶供水。工(gōng)藝流程如圖1所示。

2自動控制應用

爲了提高操作系統的準确性、穩定性、便捷性和預警性，該再生(shēng)水廠整體(tǐ)采用計算機監控及數據采集(scADA)系統。

1、自控系統組成

組成部分(fēn)總體(tǐ)可分(fēn)爲三層：中(zhōng)央控制層(中(zhōng)央控制室計算機監控設備)、現場控制層(PLCl一(yī)PLC6現場控制站及通訊網絡)、現場設備層(包括水泵、格栅和閥門等機械類設備和流量計、壓力表等儀表類設備)。系統結構(不包含現場設備)如圖2所示。

(1)中(zhōng)央控制室計算機監控設備

控制室計算機監控設備由兩台帶LCD顯示器的工(gōng)業計算機、一(yī)台彩色噴墨打印機及一(yī)台不間斷電源組成。主要通過數據通訊網絡連續采集PLC控制器送來的數據并對其進行處理、儲存和顯示，同時也具備對下(xià)位機設備施控的功能。監控計算機安裝美國RockweU公司的RSView32和RSL09ix500作爲控制和編程軟件，在LCD監視器上可以顯示廠區内工(gōng)藝流程、設備狀态、過程參數及報警信息等，同時可生(shēng)成各類圖表和事故報警列表。

不間斷電源uPs用于停電狀況下(xià)爲監控計算機及打印機提供電源，以便采取必要的操作，其連續供電時間爲30分(fēn)鍾。

(2)現場控制站

全廠共有六個PLC現場控制站，分(fēn)别位于中(zhōng)控室、一(yī)期濾池、加藥間、二期濾池、紫外(wài)消毒間和臭氧消毒間，各控制站通過光纖連成環網。

PLC現場控制站由中(zhōng)央處理單元、儲存單元、電源、輸入輸出模塊、控制器櫃及櫃内附屬設備等組成，具有數據采集、報警、順序控制、邏輯控制及PID控制等功能。用于采集現場設備的狀态故障信号、儀表的測量值、高低壓電路參數值等數據，同時将處理後的數據送人通訊網絡并接受監控計算機通過通訊網絡傳來的信息，實現遠程控制。

控制櫃盤面上配有操作員(yuán)面闆，包括操作鍵盤和10.4寸彩色顯示器，可用于顯示工(gōng)藝及過程控制動态數值和曲線，并可以根據需要修改參數。

(3)通訊網絡

采用通訊速度爲10/100Mbps的工(gōng)業以太網、光纖、光電轉換器和交換機将現場各PLc控制站以及中(zhōng)控室計算機連接起來，以完成生(shēng)産過程監控所必需的數據傳輸。

(4)現場設備

現場設備主要包含兩部分(fēn)，即現場機械設備和現場儀表設備。

現場機械設備主要包括：回轉格栅、提升泵、臭氧發生(shēng)器及輔助設備、臭氧尾氣破壞器、攪拌刮泥機、潛污泵、加藥泵、鼓風機、反沖洗水泵、紫外(wài)線消毒設備、配水泵以及各種閥門等。

現場儀表設備主要包括：濁度計、液位計、流量計、臭氧濃度計、紫外(wài)線強度計、壓力計、餘氯計等。

2、系統控制模式

水廠自控系統控制模式分(fēn)爲就地手動控制、遠程手動控制、遠程自動控制三種控制方式。控制級别由高到低依次爲就地手動、遠程手動和遠程自動。

(1)就地手動控制

設備的現場控制箱或MCC控制櫃上的“就地/遠程”旋鈕開(kāi)關選擇“就地”方式時，可以通過現場控制箱或MCC控制櫃上的按鈕實現設備的啓停操作。設備的急停按鈕或其他保護和安全連鎖裝置(如過載保護等)全部是硬線連接至電氣控制回路的，不受方式選擇開(kāi)關的限制。現場控制箱(櫃)開(kāi)關在“手動”位置時，設備爲離(lí)線方式，PLC不能對設備進行任何控制。就地手動模式運行方式是設備層的最高優先層。

(2)遠程手動控制

設備的現場控制箱或Mcc控制櫃上的“就地，遠程”旋鈕開(kāi)關選擇“遠程”方式時，操作人員(yuán)可以遠程對單個設備實施啓停等控制。操作人員(yuán)通過HMI終端操作或在上位機的“手動/自動”開(kāi)關中(zhōng)選擇“手動”方式對設備進行啓停操作。

(3)遠程自動控制

遠程自動模式是在無人值守的情況下(xià)，利用PLC上已經編制好的邏輯控制程序或者外(wài)部一(yī)些觸發條件，自動控制設備或裝置的運行狀态。現場控制箱或MCC控制櫃上的“就地，遠程”開(kāi)關選擇“遠程”方式，且上位機監控畫面上的“手動/自動”設定爲“自動”方式時，完全由PLC根據工(gōng)況自動完成對設備的運行或開(kāi)關控制，而不需要人工(gōng)幹預。

(4)控制模式的使用條件

三種模式均可以實現控制設備啓停、改變過程參數、調整閥門開(kāi)度等目的，工(gōng)作人員(yuán)根據實際運行的需要選擇使用。

①就地手動：用于危險系數較高的設備操作。如臭氧制備系統，可以在上位機監視其運行狀态，但并不能進行相關操作。這裏考慮到了臭氧的危險性，爲了避免遠程誤操作造成臭氧洩露，也爲了現場核實設備的運行狀态，要求操作人員(yuán)必須到達現場進行啓停、調節投配率等操作。另外(wài)，當自控系統出現問題，如控制模塊損壞而無法遠程控制時，就地手動控制仍可實現對設備的操作，保證生(shēng)産正常進行。

②遠程手動：遠程手動與遠程自動往往配合使用，當需要對一(yī)組遠程自動控制設備中(zhōng)的單台設備獨立控制時，則可使用遠程手動控制。同時，遠程手動方式往往可以通過自控改造變爲遠程自動控制方式：如目前進水泵的控制是由操作人員(yuán)在上位機控制界面手動調整進水泵的工(gōng)作頻(pín)率百分(fēn)數，實現對進水流量的調節。如果在程序中(zhōng)将外(wài)供水量與固進水量進行關聯，根據外(wài)供量确定進水需求量，進而自動調節進水泵的頻(pín)率匹配流量，就實現了遠程自動的功能。

③遠程自動：根據水廠的運行需要，将相關條件編人程序中(zhōng)，當條件觸發時，設備即可自動運行或調整，這就是遠程自動控制的基本思路。遠程自動控制大(dà)大(dà)提高了設備的反應速度，增加了運行穩定性，可以節約人工(gōng)成本，提高效率，使廠站無人值守成爲可能。但同時，爲了保證實際運行的可靠性，需要網絡安全、視頻(pín)監視、遠程傳輸等諸多方面的良好配合，形成完善的遠程自動系統。

3、系統控制方案及優化思路

再生(shēng)水廠的自動控制方案根據運行工(gōng)藝确定，在上位機編程調試後，将程序下(xià)載到PLC現場控制站。該再生(shēng)水廠主要控制方案如下(xià)：

(1)提升泵自動控制：提升泵共六台，三台工(gōng)頻(pín)、三台變頻(pín)，潛于集水池中(zhōng)。集水池處于正常液位時，操作人員(yuán)根據外(wài)供水量遠程手動調節潛水泵的頻(pín)率，使提升水量滿足供水需要；集水池液位低于低水位時，提升泵自動停泵使其免于燒毀。該部分(fēn)可以通過修改程序優化爲根據供水量自動調節進水量。

(2)臭氧投加系統自動控制：PLC根據臭氧接觸池的進水量和設定的臭氧投加濃度、投配率自動調節臭氧發生(shēng)器的功率和産氣量，以滿足生(shēng)産需要。

(3)機械加速澄清池定時排泥控制：通過PLC程序設定，定時開(kāi)啓機械加速澄清池的排泥閥(開(kāi)啓的時間可人爲設定)，以保證澄清池内污泥量滿足運行要求。未來可考慮在泥鬥安裝污泥界面計，并與排泥閥關聯控制，當到達高泥位時，程序自動開(kāi)啓排泥閥，實現精準排泥。

(4)濾池氣水反沖自動控制：濾池需要進行氣水反沖來保持其良好的過濾性能，當濾池達高液位時，程序觸發自動進行氣水混合反沖，把污物(wù)反沖至污水管線。反沖持續的時間可以人爲設定。

(5)紫外(wài)消毒系統自動控制：紫外(wài)系統根據流過紫外(wài)渠道的水量及水的透光性自動調節紫外(wài)燈管的發光效率和紫外(wài)模塊的開(kāi)啓數量，以滿足殺菌需要。

(6)配水泵出水恒壓控制：配水泵共六台，全部安裝變頻(pín)器。爲了保證用戶的供水壓力，水廠采用恒壓供水模式，正常供水壓力設定爲0.4MPa。當外(wài)管網用水量增加時，管道壓力無法滿足設定值要求，則配水泵自動提高頻(pín)率或另開(kāi)啓新泵來提高外(wài)輸水量，随着水量的加大(dà)，管網壓力逐漸恢複到設定值；外(wài)網用水量減少時，管道壓力有升高的趨勢，此時配水泵自動降頻(pín)或自動停泵以減少外(wài)輸水量，最終使管道壓力降至設定值。

3再生(shēng)水廠自動控制展望

再生(shēng)水作爲可再生(shēng)環保資(zī)源，能夠緩解水資(zī)源匮乏，減少城市水污染，美化環境。相信随着國家的重視、國人的認可，再生(shēng)水處理将迎來飛速發展期。而再生(shēng)水自動控制系統爲了适應發展、滿足需求，也必将得到發展和完善，其方向如下(xià)：

1、精确控制

随着水廠精細化管理和成本控制思想的深入，對水廠電耗、藥耗等方面的控制要求逐步提高，精确曝氣、精确排泥和精确加藥等控制方式成爲趨勢。

精确曝氣是通過曝氣池上溶解氧儀的數值反饋自動控制鼓風機進出口導葉開(kāi)度，實現風量調節避免曝氣過量，達到節電的目的；精确排泥是由污泥界面計數值控制泥泵和閥門的開(kāi)關，避免設備無效運行，并使污泥保持最佳狀态，充分(fēn)進行生(shēng)化反應；精确加藥就是根據處理水量的變化實時調整加藥泵的加藥量，滿足投配率，避免過量投加，節省藥劑。

2、全面采集

自控程度的提高必将帶來信号點增多，包含運行、停機、故障、報警信号，以及電流、電壓和各種過程儀表示數等工(gōng)藝參數。目前水廠一(yī)般隻是采集較重要的信号到上位機進行監控，未來應考慮全面采集信号，并補充視頻(pín)監控信号，使操作人員(yuán)不用到達現場，即可通過視頻(pín)攝像頭第一(yī)時間了解現場情況，真正實現水廠全面監控。

3、數據分(fēn)析

未來水廠自控系統除了能支持上位機監控外(wài)，還應在積累數據的基礎上，結合專業軟件進行分(fēn)析，得出不同進水量和進水指标條件下(xià)的最佳運行參數，指導生(shēng)産；同時可以根據這些數據修改優化控制程序、提高運行效率、降低運行成本，使再生(shēng)水處理過程更加科學和環保。

4、統一(yī)管理

組态軟件應支持各種主流品牌的PLC、儀表、移動通訊設備以及其他具有通訊功能的自控設備，以便在項目改擴建過程中(zhōng)，實現上位機組态軟件與下(xià)位機自控設備相兼容，操作員(yuán)可以通過一(yī)個組态軟件對現場的所有工(gōng)藝設備進行監控，提高系統的集成度和現場工(gōng)作人員(yuán)的工(gōng)作效率，降低改擴建成本。

5、遠程登錄

通過web發布軟件實時監控水廠上位機畫面和數據是水廠自控的又(yòu)一(yī)發展趨勢。操作人員(yuán)通過互聯網可以随時随地遠程登錄監控水廠運行，最終實現水廠無人值守。編程技術人員(yuán)也可以通過遠程登錄修改調試PLC程序，爲專家在緊急情況下(xià)診斷和排除故障提供方便。

4結語

再生(shēng)水處理工(gōng)藝複雜(zá)、設備衆多，自動控制應用解決了操作調整複雜(zá)的問題。相信随着更多先進自控技術的出現和應用，必将大(dà)大(dà)提高水廠控制和管理水平，提高生(shēng)産效率，創造更多的社會和經濟效益。