簡(jiǎn)言之，再生水是對污水處理后的水再進(jìn)行深度凈化所得，其在功能上可以部分替代自來(lái)水，從而大大節約水資源。某再生水廠(chǎng)是北京市第一座再生水廠(chǎng)，自動(dòng)控制系統是保證其穩定運行、處理水質(zhì)達標和對外供水安全的不可或缺環(huán)節，發(fā)揮著(zhù)重要作用。本文從實(shí)際運行角度出發(fā)，對自動(dòng)控制在再生水廠(chǎng)的應用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討。

 

1再生水廠(chǎng)簡(jiǎn)介

1、整體簡(jiǎn)介

某再生水廠(chǎng)位于北京市區東部，占地1.8萬(wàn)平方米。始建于2002年9月，2003年9月建成投產(chǎn)。設計日處理能力6萬(wàn)立方米，再生水主要供給電廠(chǎng)和垃圾處理廠(chǎng)作為工業(yè)用水，為周邊公園河湖等提供景觀(guān)用水，并滿(mǎn)足周邊綠化、居民沖廁和市政雜用的需要。

2、工藝流程簡(jiǎn)介

該再生水廠(chǎng)采用混凝+沉淀+過(guò)濾+消毒的處理工藝。水源來(lái)自污水處理廠(chǎng)的二級處理出水，經(jīng)細格柵攔截細小的顆粒及懸浮物后首先通過(guò)臭氧脫色，再通過(guò)與混凝劑反應，去除水中的微小懸浮物和膠體顆粒，出水經(jīng)砂濾池過(guò)濾和紫外線(xiàn)消毒后向再生水管網(wǎng)用戶(hù)供水。工藝流程如圖1所示。

2自動(dòng)控制應用

為了提高操作系統的準確性、穩定性、便捷性和預警性，該再生水廠(chǎng)整體采用計算機監控及數據采集(scADA)系統。

1、自控系統組成

組成部分總體可分為三層：中央控制層(中央控制室計算機監控設備)、現場(chǎng)控制層(PLCl一PLC6現場(chǎng)控制站及通訊網(wǎng)絡(luò ))、現場(chǎng)設備層(包括水泵、格柵和閥門(mén)等機械類(lèi)設備和流量計、壓力表等儀表類(lèi)設備)。系統結構(不包含現場(chǎng)設備)如圖2所示。

(1)中央控制室計算機監控設備

控制室計算機監控設備由兩臺帶LCD顯示器的工業(yè)計算機、一臺彩色噴墨打印機及一臺不間斷電源組成。主要通過(guò)數據通訊網(wǎng)絡(luò )連續采集PLC控制器送來(lái)的數據并對其進(jìn)行處理、儲存和顯示，同時(shí)也具備對下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作為控制和編程軟件，在LCD監視器上可以顯示廠(chǎng)區內工藝流程、設備狀態(tài)、過(guò)程參數及報警信息等，同時(shí)可生成各類(lèi)圖表和事故報警列表。

不間斷電源uPs用于停電狀況下為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(shí)間為30分鐘。

(2)現場(chǎng)控制站

全廠(chǎng)共有六個(gè)PLC現場(chǎng)控制站，分別位于中控室、一期濾池、加藥間、二期濾池、紫外消毒間和臭氧消毒間，各控制站通過(guò)光纖連成環(huán)網(wǎng)。

PLC現場(chǎng)控制站由中央處理單元、儲存單元、電源、輸入輸出模塊、控制器柜及柜內附屬設備等組成，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(chǎng)設備的狀態(tài)故障信號、儀表的測量值、高低壓電路參數值等數據，同時(shí)將處理后的數據送人通訊網(wǎng)絡(luò )并接受監控計算機通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的信息，實(shí)現遠程控制。

控制柜盤(pán)面上配有操作員面板，包括操作鍵盤(pán)和10.4寸彩色顯示器，可用于顯示工藝及過(guò)程控制動(dòng)態(tài)數值和曲線(xiàn)，并可以根據需要修改參數。

(3)通訊網(wǎng)絡(luò )

采用通訊速度為10/100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)、光纖、光電轉換器和交換機將現場(chǎng)各PLc控制站以及中控室計算機連接起來(lái)，以完成生產(chǎn)過(guò)程監控所必需的數據傳輸。

(4)現場(chǎng)設備

現場(chǎng)設備主要包含兩部分，即現場(chǎng)機械設備和現場(chǎng)儀表設備。

現場(chǎng)機械設備主要包括：回轉格柵、提升泵、臭氧發(fā)生器及輔助設備、臭氧尾氣破壞器、攪拌刮泥機、潛污泵、加藥泵、鼓風(fēng)機、反沖洗水泵、紫外線(xiàn)消毒設備、配水泵以及各種閥門(mén)等。

現場(chǎng)儀表設備主要包括：濁度計、液位計、流量計、臭氧濃度計、紫外線(xiàn)強度計、壓力計、余氯計等。

2、系統控制模式

水廠(chǎng)自控系統控制模式分為就地手動(dòng)控制、遠程手動(dòng)控制、遠程自動(dòng)控制三種控制方式?？刂萍墑e由高到低依次為就地手動(dòng)、遠程手動(dòng)和遠程自動(dòng)。

(1)就地手動(dòng)控制

設備的現場(chǎng)控制箱或MCC控制柜上的“就地/遠程”旋鈕開(kāi)關(guān)選擇“就地”方式時(shí)，可以通過(guò)現場(chǎng)控制箱或MCC控制柜上的按鈕實(shí)現設備的啟停操作。設備的急停按鈕或其他保護和安全連鎖裝置(如過(guò)載保護等)全部是硬線(xiàn)連接至電氣控制回路的，不受方式選擇開(kāi)關(guān)的限制?，F場(chǎng)控制箱(柜)開(kāi)關(guān)在“手動(dòng)”位置時(shí)，設備為離線(xiàn)方式，PLC不能對設備進(jìn)行任何控制。就地手動(dòng)模式運行方式是設備層的最高優(yōu)先層。

(2)遠程手動(dòng)控制

設備的現場(chǎng)控制箱或Mcc控制柜上的“就地，遠程”旋鈕開(kāi)關(guān)選擇“遠程”方式時(shí)，操作人員可以遠程對單個(gè)設備實(shí)施啟停等控制。操作人員通過(guò)HMI終端操作或在上位機的“手動(dòng)/自動(dòng)”開(kāi)關(guān)中選擇“手動(dòng)”方式對設備進(jìn)行啟停操作。

(3)遠程自動(dòng)控制

遠程自動(dòng)模式是在無(wú)人值守的情況下，利用PLC上已經(jīng)編制好的邏輯控制程序或者外部一些觸發(fā)條件，自動(dòng)控制設備或裝置的運行狀態(tài)?，F場(chǎng)控制箱或MCC控制柜上的“就地，遠程”開(kāi)關(guān)選擇“遠程”方式，且上位機監控畫(huà)面上的“手動(dòng)/自動(dòng)”設定為“自動(dòng)”方式時(shí)，完全由PLC根據工況自動(dòng)完成對設備的運行或開(kāi)關(guān)控制，而不需要人工干預。

(4)控制模式的使用條件

三種模式均可以實(shí)現控制設備啟停、改變過(guò)程參數、調整閥門(mén)開(kāi)度等目的，工作人員根據實(shí)際運行的需要選擇使用。

①就地手動(dòng)：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態(tài)，但并不能進(jìn)行相關(guān)操作。這里考慮到了臭氧的危險性，為了避免遠程誤操作造成臭氧泄露，也為了現場(chǎng)核實(shí)設備的運行狀態(tài)，要求操作人員必須到達現場(chǎng)進(jìn)行啟停、調節投配率等操作。另外，當自控系統出現問(wèn)題，如控制模塊損壞而無(wú)法遠程控制時(shí)，就地手動(dòng)控制仍可實(shí)現對設備的操作，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

②遠程手動(dòng)：遠程手動(dòng)與遠程自動(dòng)往往配合使用，當需要對一組遠程自動(dòng)控制設備中的單臺設備獨立控制時(shí)，則可使用遠程手動(dòng)控制。同時(shí)，遠程手動(dòng)方式往往可以通過(guò)自控改造變?yōu)檫h程自動(dòng)控制方式：如目前進(jìn)水泵的控制是由操作人員在上位機控制界面手動(dòng)調整進(jìn)水泵的工作頻率百分數，實(shí)現對進(jìn)水流量的調節。如果在程序中將外供水量與固進(jìn)水量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，根據外供量確定進(jìn)水需求量，進(jìn)而自動(dòng)調節進(jìn)水泵的頻率匹配流量，就實(shí)現了遠程自動(dòng)的功能。

③遠程自動(dòng)：根據水廠(chǎng)的運行需要，將相關(guān)條件編人程序中，當條件觸發(fā)時(shí)，設備即可自動(dòng)運行或調整，這就是遠程自動(dòng)控制的基本思路。遠程自動(dòng)控制大大提高了設備的反應速度，增加了運行穩定性，可以節約人工成本，提高效率，使廠(chǎng)站無(wú)人值守成為可能。但同時(shí)，為了保證實(shí)際運行的可靠性，需要網(wǎng)絡(luò )安全、視頻監視、遠程傳輸等諸多方面的良好配合，形成完善的遠程自動(dòng)系統。

3、系統控制方案及優(yōu)化思路

再生水廠(chǎng)的自動(dòng)控制方案根據運行工藝確定，在上位機編程調試后，將程序下載到PLC現場(chǎng)控制站。該再生水廠(chǎng)主要控制方案如下：

(1)提升泵自動(dòng)控制：提升泵共六臺，三臺工頻、三臺變頻，潛于集水池中。集水池處于正常液位時(shí)，操作人員根據外供水量遠程手動(dòng)調節潛水泵的頻率，使提升水量滿(mǎn)足供水需要；集水池液位低于低水位時(shí)，提升泵自動(dòng)停泵使其免于燒毀。該部分可以通過(guò)修改程序優(yōu)化為根據供水量自動(dòng)調節進(jìn)水量。

(2)臭氧投加系統自動(dòng)控制：PLC根據臭氧接觸池的進(jìn)水量和設定的臭氧投加濃度、投配率自動(dòng)調節臭氧發(fā)生器的功率和產(chǎn)氣量，以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。

(3)機械加速澄清池定時(shí)排泥控制：通過(guò)PLC程序設定，定時(shí)開(kāi)啟機械加速澄清池的排泥閥(開(kāi)啟的時(shí)間可人為設定)，以保證澄清池內污泥量滿(mǎn)足運行要求。未來(lái)可考慮在泥斗安裝污泥界面計，并與排泥閥關(guān)聯(lián)控制，當到達高泥位時(shí)，程序自動(dòng)開(kāi)啟排泥閥，實(shí)現精準排泥。

(4)濾池氣水反沖自動(dòng)控制：濾池需要進(jìn)行氣水反沖來(lái)保持其良好的過(guò)濾性能，當濾池達高液位時(shí)，程序觸發(fā)自動(dòng)進(jìn)行氣水混合反沖，把污物反沖至污水管線(xiàn)。反沖持續的時(shí)間可以人為設定。

(5)紫外消毒系統自動(dòng)控制：紫外系統根據流過(guò)紫外渠道的水量及水的透光性自動(dòng)調節紫外燈管的發(fā)光效率和紫外模塊的開(kāi)啟數量，以滿(mǎn)足殺菌需要。

(6)配水泵出水恒壓控制：配水泵共六臺，全部安裝變頻器。為了保證用戶(hù)的供水壓力，水廠(chǎng)采用恒壓供水模式，正常供水壓力設定為0.4MPa。當外管網(wǎng)用水量增加時(shí)，管道壓力無(wú)法滿(mǎn)足設定值要求，則配水泵自動(dòng)提高頻率或另開(kāi)啟新泵來(lái)提高外輸水量，隨著(zhù)水量的加大，管網(wǎng)壓力逐漸恢復到設定值；外網(wǎng)用水量減少時(shí)，管道壓力有升高的趨勢，此時(shí)配水泵自動(dòng)降頻或自動(dòng)停泵以減少外輸水量，最終使管道壓力降至設定值。

3再生水廠(chǎng)自動(dòng)控制展望

再生水作為可再生環(huán)保資源，能夠緩解水資源匱乏，減少城市水污染，美化環(huán)境。相信隨著(zhù)國家的重視、國人的認可，再生水處理將迎來(lái)飛速發(fā)展期。而再生水自動(dòng)控制系統為了適應發(fā)展、滿(mǎn)足需求，也必將得到發(fā)展和完善，其方向如下：

1、精確控制

隨著(zhù)水廠(chǎng)精細化管理和成本控制思想的深入，對水廠(chǎng)電耗、藥耗等方面的控制要求逐步提高，精確曝氣、精確排泥和精確加藥等控制方式成為趨勢。

精確曝氣是通過(guò)曝氣池上溶解氧儀的數值反饋自動(dòng)控制鼓風(fēng)機進(jìn)出口導葉開(kāi)度，實(shí)現風(fēng)量調節避免曝氣過(guò)量，達到節電的目的；精確排泥是由污泥界面計數值控制泥泵和閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，避免設備無(wú)效運行，并使污泥保持最佳狀態(tài)，充分進(jìn)行生化反應；精確加藥就是根據處理水量的變化實(shí)時(shí)調整加藥泵的加藥量，滿(mǎn)足投配率，避免過(guò)量投加，節省藥劑。

2、全面采集

自控程度的提高必將帶來(lái)信號點(diǎn)增多，包含運行、停機、故障、報警信號，以及電流、電壓和各種過(guò)程儀表示數等工藝參數。目前水廠(chǎng)一般只是采集較重要的信號到上位機進(jìn)行監控，未來(lái)應考慮全面采集信號，并補充視頻監控信號，使操作人員不用到達現場(chǎng)，即可通過(guò)視頻攝像頭第一時(shí)間了解現場(chǎng)情況，真正實(shí)現水廠(chǎng)全面監控。

3、數據分析

未來(lái)水廠(chǎng)自控系統除了能支持上位機監控外，還應在積累數據的基礎上，結合專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行分析，得出不同進(jìn)水量和進(jìn)水指標條件下的最佳運行參數，指導生產(chǎn)；同時(shí)可以根據這些數據修改優(yōu)化控制程序、提高運行效率、降低運行成本，使再生水處理過(guò)程更加科學(xué)和環(huán)保。

4、統一管理

組態(tài)軟件應支持各種主流品牌的PLC、儀表、移動(dòng)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(guò)程中，實(shí)現上位機組態(tài)軟件與下位機自控設備相兼容，操作員可以通過(guò)一個(gè)組態(tài)軟件對現場(chǎng)的所有工藝設備進(jìn)行監控，提高系統的集成度和現場(chǎng)工作人員的工作效率，降低改擴建成本。

5、遠程登錄

通過(guò)web發(fā)布軟件實(shí)時(shí)監控水廠(chǎng)上位機畫(huà)面和數據是水廠(chǎng)自控的又一發(fā)展趨勢。操作人員通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可以隨時(shí)隨地遠程登錄監控水廠(chǎng)運行，最終實(shí)現水廠(chǎng)無(wú)人值守。編程技術(shù)人員也可以通過(guò)遠程登錄修改調試PLC程序，為專(zhuān)家在緊急情況下診斷和排除故障提供方便。

4結語(yǔ)

再生水處理工藝復雜、設備眾多，自動(dòng)控制應用解決了操作調整復雜的問(wèn)題。相信隨著(zhù)更多先進(jìn)自控技術(shù)的出現和應用，必將大大提高水廠(chǎng)控制和管理水平，提高生產(chǎn)效率，創(chuàng )造更多的社會(huì )和經(jīng)濟效益。