1、1地表水厂自动控制系统设计的工艺条件和技术要求【摘 要】：水厂自动化控制系统的合理设计及成功运行，必须依据水厂工艺提供基本条件和技术要求才能实现。以水头自来水厂自动控制系统程序设计为例，介绍了城市地表水自动控制系统设计的工艺条件和技术要求。 【关键词】：地表水厂、自动控制系统、工艺条件、技术要求。 中图分类号： TU991.6 文献标识码： A 文章编号： 水厂在生产过程中采用自动化控制技术，可解放生产力，提高生产效率，是城市供水技术的根本性变革。国内从 20 世纪 90 年代以来设计建造的大中型水厂基本采用自控技术控制生产过程。 浙江平阳水头水厂设计总供水量 Q=5 万 m3/d，水源为顺溪
2、水库，净水工艺流程如图 1 所示。整个生产过程采用自动控制。 水厂自动控制系统由一个中央数据处理总站(PDS)和 3 个 PLC 控制分站及各类检测仪表系统组成。加药间及絮凝沉淀池 1 号 PLC 站；气水反冲洗滤池及加氯问 2 号 PLC 站；送水泵房 3 号 PLC 站和中央 PDS 站。控制系统可实现 2 级控制：即单元 PLC 站独直控制和 PDS 站水厂中央控制室集中控制。在 PDS 中控室留有串行接口，可通过无线传送数据，进行全厂供水调度。同级 PLC 站之间能够相互交换数据，但不能相互控制。各个 PLC 站具有完整的数据采集、控制、存储、处理、显示及事故报警功能。中央 PDS 系
3、统具有与各 PLC 站联网进行数据采集、控制、存储、2处理、显示及事故报警功能。中央控制室设有生产管理和监控计算机、打印机。计算机实时采集生产数据，形成 PLC 工业控制网。监控计算机可显示各 PLC 站的仪表、机电、加药、加氯设备、沉淀池、滤池模拟画面，可对系统的所有设备进行远程操作和控制，并可显示工艺布置图、实时动态参数、设备的工作状态、实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势曲线、水泵机组运行时间等功能，同时可进行设定参数的修改，编制和打印生产管理报表。管理计算机用于采集和储存监控汁算机检测的主要数据，便于生产管理。 1.加药间、絮凝沉淀池 1 号 PLC 站 1.1 自动加药系统
4、自动加药系统的主要设备是流动电流监控仪、计量泵及其配带的变频调速装置。加药间按 Q=5 万 m3/d 设计，1 台流动电流监控仪和 2 台隔膜式计量泵。 加药的自动控制为前馈控制。根据测定混合后水中的流动电流值与设定值相比较并以此作为控制药剂投加量大小的依据。前馈水样取样口设在加药后经过快速充分混合处，即管式静态混合器与絮凝沉淀池进口之间的管道上。前馈控制的流动电流设定值根据水厂试验的测定值，设定值要求可调节。药液投加量的调节由配有变频调速装置的计量泵实现，投药点在管式静态混合器的进水端，2 台计量泵轮流使用。 加药量由 SCD 仪控制。正常情况时 SCD 仪控制器直接控制变频调速装置调节加药
5、量。若 SCD 仪故障，则通过 1 号 PLC 控制。 加药间溶液池共 3 格，每格池均装设超声波液位计，要求第 1 格液3位降至一半时，第 2 格充满，第 3 格调制备用。工作中的溶液池液位降至设定下限值(-1.0m)时，加药计量泵应自动切换到另一格池工作。 该站系统具有对源水流量、浊度、pH 值及 SCD 仪的流动电流值、2台汁量泵的投加量、3 格溶液池的液位均能实现实时监测。 当工作的溶液池液位低于设定下限(-1.0m)时，另一格池未充满(达到 0.85m)，要求报警。溶液池液位低于设定下限值而切换不了、运行中的计量泵吸不到药液、计量泵阻尼器压力下降或上升超过没定的下限或上限值以及计量泵
6、吸液管上电动球阀故障等，除自动切换备用计量泵工作外，均应报警。报警要求同 1 号 PLC 站。 1.2 絮凝沉淀池 絮凝沉淀池为栅条絮凝池分为 2 组，每组水量 Q=2.5 万 m3/d 独运行。每组絮凝池没有 6 根排泥管,每组沉淀池安装有一台桁架泵吸式刮泥机和一套超声波泥位汁，泥位汁安装在沉淀池进水端。刮泥机根据泥位计测出的泥位自动控制运行，刮泥机只能停留存沉淀池的进水端。当泥位达到设定积泥高度(0.60m)或絮凝沉淀池连续不排泥时间超过 1224h 时(该值可调)，开始排泥。排泥方式为：絮凝池 6 个气动排泥阀按编号轮流排泥，每个排 l2min(该值可调)，间隔 0.5min；沉淀池刮泥
7、机沿沉淀池全程运行一次，始、终点均为沉淀池进水端。每组排泥系统不可同时工作，如同时达到设定值时则一组排泥，另一组随机等待。 该站系统能提供以下数据：刮泥机的运行工况及累计运行时数，絮凝池气动排泥阀的运行工况，沉淀池出水浊度(NTU)、pH 值，电气设备的参数。 4当刮泥机桁车故障(不能按设定行程运行和停止)，刮泥机排泥泵故障，沉淀池泥位超限(Hh0.6m)，絮凝沉淀池连续不排泥超时，絮凝池排泥阀故障及电气设备故障，应报警。报警要求同 1 号 PLC 站。 2气水反冲洗滤池、加氯间 2 号 PLC 站 2.1 气水反冲洗滤池 该工程采用气水反冲洗滤池，共 10 格，双排布置，中间管廊，反冲洗泵房
8、没于滤池中部。滤池自动控制系统包括过滤自动控制、自动反冲洗控制和空压机站自动运行控制。 滤池要求达到恒水位恒速过滤自动控制，该目标通过超声波液位计实时监测水位变化，根据水位变化控制滤池清水出水阀开度，调节出水量从而调节滤池水位高度在微小的范围变化实现。 滤池反冲洗采用气冲、气水联合冲洗、单独水漂洗 3 个阶段。滤池满足以下任一条件即进行反冲洗：单格滤池水头损失达 1.8m(可调)；连续运行时间超过 48h(可调)；在清水阀全开的状态下，池内水位超过最高控制水位(标高 3.20m)；根据运行需要进行某格或逐格滤池强制冲洗。一次只允许一格滤池反冲洗，当几格滤池同时达到反冲洗条件时，按先后秩序等候。
9、每两格滤池冲洗间隔 10min。 反冲洗时阀门启闭程序。关闭滤池进水阀，延时 l1.5min，打开排水阀，关闭滤池出水阀：打开鼓风机出风阀，打开鼓风机，打开滤池进气阀进行气冲，气冲历时 3min(可调)；启动反冲洗水泵，依次打开反冲洗泵出水阀，滤池反冲洗进水阀(气冲阀门不关，继续进气)，进行气水联合反冲洗，历时 4min(可调)：关闭鼓风机、关闭滤池反冲洗进气阀，5单独进行水漂洗，历时 4min(可调)；依次关闭滤池反冲洗进水阀、反冲洗水泵出水阀、反冲洗水泵，关闭滤池反冲洗排水阀：打开滤池进水阀，打开滤池清水出水阀；打开滤池进气管上 DN50 电磁阀，释放残余空气，时间约 10s。 空压机站自
10、动运行控制。该工程滤池及絮凝沉淀池排泥阀均采用气动阀，气源由设在滤池旁的空压机站提供。空压机站压缩空气储气罐的气压需要稳定在一定的压力范围内以保证气动阀的正常丁作。当储气罐的压力低于最低压力时，自动启动空压机工作，储气罐的压力达到设定压力时，自动关闭空压机。 滤池冲洗水泵、鼓风机要求均能定时轮流运行，空压机能自动轮换开停，使设备工作时间均匀。 数据采集及报警要求。该站能提供的参数为：各格滤池水头损失、过滤时间、滤池水位高度：各格滤池气动阀开闭状态，清水出水阀开启度：冲洗水泵运行工况(包括冲洗水泵压水管上气动蝶阀开闭状态)，并累积计时；鼓风机运行工况并累积计时：空压机运行工况并累积计时：电气参数
11、。 系统出现下列故障应能报警：冲洗水泵故障(包括冲洗水泵压水管上气动蝶阀故障)；鼓风机故障(包括其阀门故障)；空压机故障；各格滤池气动阀故障：滤池反冲洗工艺参数控制值(水头损失、最高限制水位及运行时间)超值；清水池水位超限(3.3m)报警，并关闭滤池清水出水阀；电气参数超限报警。报警要求同 l 号 PLC 站。 2.2 加氯系统 6采用滤前滤后二次加氯，投加点分别设在引水管上和气水反冲洗滤池与清水池之间管道上。加氯系统采用复合环路控制，即滤池出水流量配比和余氯反馈控制。清水池进水流量信号由设在其进水管上的电磁流量计提供，余氯反馈取样点设于加氯点后管径处。复合环路控制器在失去余氯反馈信号时自动降
12、为流量配比控制。 系统设 4kg/h3 台加氯机，2 用 1 备，轮换使用，每台加氯机运行一段时间后能自动切换；运行中的加氯机出现故障也应能自动切换。两组气源，1 用 l 备，工作气源用完氯瓶压力下降至设定值时，停止其工作并能自动切换到备用气源继续工作。 该站能提供的参数为：加氯机运行工况，并累积计时；两组氯瓶的自动切换信号；出厂水余氯量设定值与实测值；加氯点后取样点的余氯量；每小时加氯量。 系统出现下列故障应能报警：运行中的加氯机出现故障，自动切换备用机投入运行，同时报警：如切换不了亦报警；工作气源用完时，自动切换备用气源投入运行，同时报警；如切换不了亦报警；氯瓶问或加氯间空气中的氯气含量超
13、过设定值报警；出厂水余氯与设定值相比，超出或小足均应报警(以 20为准)。 3送水泵房 3 号 PLC 站 送水泵房 4 台水泵，最大运行工况为 2 用 2 备。清水池水位在 1.0m以下时 2 台水泵运行；清水池水位降至 0.5m 时停止水泵运行；出厂水管道压力突然大幅度下降时，停止水泵运行；4 台水泵要求能够均匀轮换运行。 7该站能提供下列参数：出厂水流量瞬时值和累计值，出厂水压力、浊度、余氯、pH 值，要求实时监测并能记录储存；水泵机组的运行工况(开、停台数)，并累计台时数；清水池水位；水泵机组运行的电气参数；高低压开关柜的电气参数。 系统出现下列故障报警：出厂水压力低于设定值，浊度超过设定值(设定值为 1NTU)，游离余氯超过设定值(设定值为 O.60.8mg/L)；水泵机组不能按程序自动开、停；电气设备故障。报警要求同 1 号 PLC 站。 4结语 水头自来水厂从 2008 年投产，几年来生产运行实践表明，采用自动控制，加强了各生产环节的合理运行，降低能耗，减少药耗，降低生产成本。水厂自动控制系统运行良好，出水水质均达到国家标准。 参考文献： 1何寿平，徐华清现代化水厂建设实例狼山水厂建设的特色M北京：中国建筑工业出版社，199l：137 作者简介：黄方海浙江省平阳水头自来水厂厂长，给排水工程师
