周　宇

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司山東分院山東濟(jì)南250100）

給水廠自控系統(tǒng)的發(fā)展及存在的問(wèn)題

周宇

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司山東分院山東濟(jì)南250100）

隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)給水廠自動(dòng)化的進(jìn)程大大加快，而且水平也得到快速的提高。但是也應(yīng)用和管理中也存在一些問(wèn)題。本文針對(duì)給水廠自控系統(tǒng)的技術(shù)的發(fā)展和存在的問(wèn)題進(jìn)行了論述，希望對(duì)給水廠自控系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用帶有一些幫助。

給水廠；自控系統(tǒng)；發(fā)展趨勢(shì)；存在問(wèn)題

1　引言

水是地球的生命之源，水資源關(guān)乎人類社會(huì)的發(fā)展。隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，使得水資源受到嚴(yán)重的污染，同時(shí)人們對(duì)水質(zhì)的要求也在不斷的提高。水資源的發(fā)展和利用受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。為了給水廠保證更高品質(zhì)、高效率的水質(zhì)供應(yīng)，自控系統(tǒng)是不可缺少的一項(xiàng)設(shè)施，同時(shí)自控系統(tǒng)的應(yīng)用還能減少勞動(dòng)力，更為重要的是能夠及時(shí)發(fā)展生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的隱患，能夠使工作人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取有效的措施進(jìn)行針對(duì)性的處理，保證人們正常的用水。給水廠是直接關(guān)乎到人們用水安全的基礎(chǔ)設(shè)施，和人們的生活息息相關(guān)。實(shí)現(xiàn)給水水廠自控系統(tǒng)目的和意義是通過(guò)提高水廠的自控程度，來(lái)實(shí)現(xiàn)其高水平的管理及調(diào)控能力，進(jìn)而創(chuàng)造更高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

給水廠自控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是逐步的在發(fā)展，是一個(gè)從無(wú)到有，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程。在早期是利用一些簡(jiǎn)單儀表進(jìn)行檢查，進(jìn)行對(duì)加氯間等一些步驟進(jìn)行局部的自動(dòng)化。隨著可編程的邏輯器件的出現(xiàn)，使得自動(dòng)化技術(shù)有了重大的發(fā)展?？刂瞥绦蛞话闶怯芍锌厥覂?nèi)運(yùn)行監(jiān)控的組態(tài)軟件和工藝現(xiàn)場(chǎng)各單元構(gòu)成的集散型監(jiān)控系統(tǒng)。給水廠自控系統(tǒng)的添加使得生產(chǎn)工藝也可以進(jìn)行相應(yīng)的改變，其中加氯加藥、過(guò)濾等操作間采取閉環(huán)的控制，可對(duì)其的用量進(jìn)行嚴(yán)格安全的控制；此外，對(duì)于出廠的水壓可進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)，保證用戶用水的穩(wěn)定，降低爆管的概率，減少水資源浪費(fèi)的概率[1]。

2　給水廠自動(dòng)化的主要內(nèi)容

給水廠的產(chǎn)生過(guò)程中涉及到多個(gè)變量、多個(gè)任務(wù)以及多個(gè)設(shè)備，而且各個(gè)變量及單元具有時(shí)變性、隨機(jī)性和符合性的特點(diǎn)。因此，不同的給水廠各自具有不同的構(gòu)筑物單元位置、大小等因素，不能應(yīng)用相同的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)是比較困難的。給水廠生產(chǎn)過(guò)程主要分為三步：取水、凈水、和送水。然后給水廠的自控系統(tǒng)卻遠(yuǎn)比這三步復(fù)雜，主要分為三類系統(tǒng)：SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)；DCS(Distributed Control System)系統(tǒng)，即集散控制系統(tǒng)；以及IPC+PLC(Industrial Personal Computer&Programmable Logic Controller)系統(tǒng)，即由工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)和可編程邏輯控制器構(gòu)成的系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是通信靈活，但是其實(shí)時(shí)性較差不適合大型的、復(fù)雜的自動(dòng)化控制[2]。目前應(yīng)用較多的是后兩種系統(tǒng)DCS和IPC+PLC系統(tǒng)，它們能夠更好的進(jìn)行邏輯的編輯，對(duì)于時(shí)間、水量等能更為有效的控制。有時(shí)根據(jù)不同給水廠的情況，可能幾種系統(tǒng)進(jìn)行相互滲透，共同的配合，以達(dá)到最佳的自動(dòng)化控制。

3　給水廠自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，使得自控化控制系統(tǒng)有了更高、更全面的發(fā)展，在自動(dòng)化的過(guò)程中逐漸進(jìn)入了信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的一些的理念，促進(jìn)著給水廠自動(dòng)化過(guò)程的不斷發(fā)展[3]。

3.1提高對(duì)自控系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)

我國(guó)在自控系統(tǒng)的應(yīng)用上起步較晚，認(rèn)識(shí)相對(duì)比較模糊，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的真正目的認(rèn)識(shí)還不夠，不是簡(jiǎn)單的為了減少勞動(dòng)力，或者是把一些儀表的數(shù)據(jù)的收據(jù)。這一系統(tǒng)的應(yīng)用是科技進(jìn)步的表現(xiàn)，是人們對(duì)水質(zhì)不斷要求的一種必然措施，是提高水質(zhì)、保障用水安全的一個(gè)保證，是對(duì)能耗、藥劑等工藝過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確控制的保證。不同的給水廠需要適合自身的控制系統(tǒng)，不能照搬，迎合自控系統(tǒng)的功能，而且更好的應(yīng)用自控系統(tǒng)來(lái)提高自己的工作。

3.2完善自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論

自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程，需要多個(gè)專業(yè)的人員進(jìn)行互相配合才能完成。尤其是在一些大型的給水廠中，自控系統(tǒng)較為困難實(shí)現(xiàn)完整的自動(dòng)化功能。原因在于缺乏自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論原則，不能緊密、科學(xué)、合理的結(jié)合各個(gè)工藝設(shè)備以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在今后的設(shè)計(jì)中應(yīng)把自控水平和設(shè)備、以及工藝的安全性、穩(wěn)定性進(jìn)行充分的考慮，同時(shí)還應(yīng)緊密的結(jié)合經(jīng)濟(jì)性，使設(shè)計(jì)的自控系統(tǒng)更加適合生產(chǎn)的要求。

3.3逐漸代替人工控制

給水廠自控系統(tǒng)功能的提高必然會(huì)促進(jìn)水生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化，進(jìn)而促進(jìn)相關(guān)構(gòu)筑物的發(fā)展，使得生產(chǎn)工藝更為復(fù)雜，而且降低了人工的控制功能，使得一些工藝的操作人類將無(wú)法準(zhǔn)確的完成。科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自控系統(tǒng)的智能化是發(fā)展的必然趨勢(shì)，今后給水廠中水質(zhì)水量、藥劑量、沉淀效果等一些指標(biāo)的控制將會(huì)更為嚴(yán)格、更加標(biāo)準(zhǔn)，降低了人工或低級(jí)控制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4更高質(zhì)量?jī)x器設(shè)備配合

給水廠控制系統(tǒng)的思想更新較快，但是與其配合的設(shè)備、儀表卻達(dá)不到實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的要求，往往影響了自控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。而且一些關(guān)鍵設(shè)備、儀表的故障的產(chǎn)生將使得自控系統(tǒng)處于癱瘓的狀態(tài)，降低其使用價(jià)值，也影響了自動(dòng)化的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)給水廠自控系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常的原因，其中48%是由于設(shè)備儀器質(zhì)量不合格照成的。

3.5管控方式一體化

給水廠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和其管理方式是密不可分的，自控系統(tǒng)是對(duì)其工藝的操作進(jìn)行自動(dòng)的控制，而水廠的管理方式是保證自控系統(tǒng)進(jìn)行充分利用的前提。一些不合理的管理方式也將會(huì)影響自控系統(tǒng)的功能。實(shí)現(xiàn)管理、控制一體化，建立一個(gè)完整的管理、控制系統(tǒng)，對(duì)各個(gè)工藝單元的信息進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理，對(duì)有效的利用自控系統(tǒng)是一個(gè)巨大的促進(jìn)。

4　給水廠自控系統(tǒng)存在的問(wèn)題

4.1給水廠自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

給水廠的生產(chǎn)過(guò)程是由眾多構(gòu)筑物組成的，而且是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求較高。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也存在一些難度，往往是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，卻影響了給水廠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。

4.1.1缺乏統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃。一些給水廠的自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)的持久性和未來(lái)規(guī)劃發(fā)展的一致性的設(shè)計(jì)中不夠全面。隨著城市的發(fā)展，人口的不斷增加，用水量的需求不斷提高，導(dǎo)致自控系統(tǒng)的開放性和擴(kuò)展性不能滿足水廠發(fā)展的需求，使得自控系統(tǒng)落后于生產(chǎn)發(fā)展的需要。

4.1.2功能設(shè)置太復(fù)雜。在一些給水廠自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，過(guò)于最求高標(biāo)準(zhǔn)，而未切合實(shí)際的考慮水廠的現(xiàn)狀和今后的發(fā)展，使得設(shè)計(jì)的功能太過(guò)復(fù)雜，和水廠的實(shí)際工藝和管理方式脫節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)故障率增高，而后期又進(jìn)行針對(duì)性的維護(hù)和管理，導(dǎo)致自控系統(tǒng)不能良好的運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.1.3自控功能太過(guò)簡(jiǎn)單。一些水廠自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，太過(guò)于簡(jiǎn)單，使得在一些關(guān)鍵的生產(chǎn)功能單元還需人工進(jìn)行操作，并未體現(xiàn)出自控系統(tǒng)的目的和優(yōu)越性，失去了安裝自控系統(tǒng)的意義。

4.1.4手動(dòng)功能設(shè)置太多。自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為了不影響了系統(tǒng)故障條件下水廠正常的生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)中添加了過(guò)多了手動(dòng)操作功能。首先造成了設(shè)備的重復(fù)投資，增加了水廠的投入。其次，降低了自控系統(tǒng)的功能，使得操作人員對(duì)自控系統(tǒng)的懷疑，而使得自控系統(tǒng)被閑置。

4.1.5設(shè)計(jì)人員水平不足。給水廠自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到眾多的技術(shù)和設(shè)備，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求很高，不僅需要掌握自動(dòng)控制技術(shù)，而且還需要熟練水生產(chǎn)工藝過(guò)程，此外，還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行充分的了解。但是，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，往往設(shè)計(jì)人員缺乏對(duì)工藝及設(shè)備的了解，使得設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)存在差異，或者出現(xiàn)設(shè)備的選擇不當(dāng)，影響了工藝的正常運(yùn)行，造成了自動(dòng)化系統(tǒng)的失敗。

4.2給水廠自控設(shè)備存在的問(wèn)題

給水廠中設(shè)備的應(yīng)用是影響自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要影響因素，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5]。

4.2.1質(zhì)量問(wèn)題。給水廠對(duì)水質(zhì)的要求較高，因此應(yīng)用的設(shè)備較多，例如堿度儀、氯氨測(cè)定儀、溶解氧測(cè)定儀、計(jì)量泵、調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)等，這些設(shè)備的質(zhì)量問(wèn)題直接關(guān)系到自控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)備的不穩(wěn)定的運(yùn)行也將導(dǎo)致自控系統(tǒng)的失效。

4.2.2配套問(wèn)題。給水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，不僅需要系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)，設(shè)備的正常運(yùn)行還需要一些監(jiān)控的儀器達(dá)到一定的精確度，因此，在自控系統(tǒng)配套的儀器精度上要正確的選擇，不要造成精度不夠或者精度太高的現(xiàn)象。

4.2.3備件問(wèn)題。在給水廠中設(shè)備眾多，設(shè)備出現(xiàn)故障是正常發(fā)生的事情，由于一些儀器設(shè)備缺乏備件問(wèn)題，而不能得到及時(shí)修復(fù)和更換，使得自控系統(tǒng)難以持續(xù)正常的運(yùn)行。在備件的購(gòu)置上應(yīng)做好充足的準(zhǔn)備，對(duì)于一些損壞率高的配件要進(jìn)行及時(shí)的購(gòu)置，一些國(guó)內(nèi)無(wú)法提供的設(shè)備進(jìn)行定期的溝通，預(yù)備設(shè)備，以保證出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以得到及時(shí)的解決，保證給水廠正常的供水。

4.2.4檢修和改造問(wèn)題。部分的進(jìn)口設(shè)備與國(guó)產(chǎn)設(shè)備的銜接極性差，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)得到不及時(shí)的解決，增加了維護(hù)和檢修的困難，降低了自控系統(tǒng)的開放性，影響了系統(tǒng)的正常更新和改造工作，從而降低了自控系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于給水的生產(chǎn)過(guò)程有著重要的意義，對(duì)其的發(fā)展有著巨大的促進(jìn)作用，在提高水質(zhì)、控制水量、節(jié)約能耗等方面有著重要的作用。由于給水廠中設(shè)備、儀器的復(fù)雜多樣，自控系統(tǒng)的設(shè)備和應(yīng)用帶來(lái)了很多的困難，對(duì)其應(yīng)用的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，這也是自控系統(tǒng)開發(fā)人員需要客服和提高的內(nèi)容，希望在結(jié)合先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的同時(shí)，更能適合我國(guó)的給水處理的現(xiàn)狀進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用。

[1]夏海芳.我國(guó)城市供水管制改革研究.科技信息.2008(27): 484-485.

[2]王建平.PLC在水廠加藥自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技資訊, 2011(11):23-27.

[3]于玲紅,李衛(wèi)平.沉淀、過(guò)濾工藝的優(yōu)化[J].中國(guó)給水排水,2010, 37(7):35-39.

[4]吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)山版社,2008(5)：12-14.

[5]伊學(xué)農(nóng).城市給水與自動(dòng)化控制技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2008(5).作者簡(jiǎn)介

周宇（1972—），男，大專，工程師，從事市政工程和環(huán)境工程電氣自控設(shè)計(jì)工作。