陳寶榮，胡顯亭，張國

（江蘇闞山發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221134）

1 循環(huán)水的特點和質(zhì)量控制

循環(huán)水的特點是在工業(yè)生產(chǎn)、城市供水和農(nóng)村灌溉等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種高效率的水利用方式。其特點是使用循環(huán)水再生技術(shù)處理工業(yè)廢水和城市污水，進而利用其低污染高效節(jié)水的特點用于特定的領(lǐng)域。循環(huán)水的水質(zhì)控制是保證循環(huán)水應(yīng)用和環(huán)境安全的技術(shù)保障，主要包括水質(zhì)監(jiān)測和管理。傳統(tǒng)的循環(huán)水監(jiān)測和管理主要靠人工，不能滿足大面積、高精度、連續(xù)性和高效率等要求。因此，建設(shè)循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)，以期實現(xiàn)智能化水質(zhì)控制和運行管理已成為一個熱點問題。

循環(huán)水的水質(zhì)控制是循環(huán)水系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)之一，對于保證循環(huán)水系統(tǒng)的正常運行和水質(zhì)的控制至關(guān)重要。循環(huán)水的水質(zhì)控制主要包括以下幾個方面。

（1）循環(huán)水中的COD（化學需氧量）。COD是循環(huán)水中的一項重要指標，是衡量循環(huán)水水質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)之一。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以通過對循環(huán)水中的COD值進行實時監(jiān)測和控制，保證循環(huán)水水質(zhì)的正常和穩(wěn)定。

（2）循環(huán)水中的SS（懸浮物）。循環(huán)水中的SS是另一項重要指標，直接影響循環(huán)水系統(tǒng)的正常和穩(wěn)定。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以通過對循環(huán)水中的SS值進行實時監(jiān)測和控制，減少循環(huán)水中的懸浮物對系統(tǒng)的影響。

（3）循環(huán)水pH值。循環(huán)水的pH值是循環(huán)水質(zhì)量控制的另一關(guān)鍵參數(shù)，對于保證循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定和水質(zhì)的正?？刂凭哂兄匾饬x。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以通過對循環(huán)水pH值進行實時檢測和控制，保證循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定和水質(zhì)的正?？刂?。

2 循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)技術(shù)原理

循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對循環(huán)水的水質(zhì)和運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和追蹤，并自動控制和調(diào)節(jié)循環(huán)水的水質(zhì)和系統(tǒng)的運行狀態(tài)。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負責采集循環(huán)水系統(tǒng)中的各種參數(shù)信息，包括水質(zhì)指標、流量、溫度、壓力等。“數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)”負責將采集的數(shù)據(jù)通過云計算技術(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)?！皵?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)”通過數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析和算法模型等技術(shù)對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理和分析，并提供實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測和預警?！皵?shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)”則負責對處理后的數(shù)據(jù)進行應(yīng)用，提供相關(guān)的管理、決策和操作指導。

循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)主要由信息采集測量設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)解析分析、決策支持及數(shù)據(jù)存儲等五大部分組成。系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)、GIS技術(shù)等一系列新興技術(shù)，實現(xiàn)循環(huán)水的全面監(jiān)控、自動分析、快速反應(yīng)和智能化管理。其中，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和分析等四個子環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集子環(huán)節(jié)主要靠傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸子環(huán)節(jié)采用云計算技術(shù)和無線通信技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲子環(huán)節(jié)則主要依靠云端存儲和大數(shù)據(jù)技術(shù)，數(shù)據(jù)分析子環(huán)節(jié)則主要采用人工智能和數(shù)字模型等技術(shù)。

3 循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的建設(shè)與實施

3.1 循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的設(shè)備

循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種不同類型和規(guī)模的循環(huán)水系統(tǒng)。具體的設(shè)備包括但不限于以下幾種。

（1）循環(huán)水箱。循環(huán)水箱是循環(huán)水系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，負責循環(huán)水的存儲、調(diào)節(jié)和供給。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以通過對循環(huán)水箱的監(jiān)測和控制，實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的高效運行和水質(zhì)控制。

（2）循環(huán)水泵。循環(huán)水泵是循環(huán)水系統(tǒng)的另一核心設(shè)備，負責循環(huán)水的輸送和循環(huán)。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以通過對循環(huán)水泵的控制和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的高效運行和水質(zhì)控制。

（3）循環(huán)水過濾器。循環(huán)水過濾器是循環(huán)水系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，負責清除循環(huán)水中的固體懸浮物和雜質(zhì)，保證循環(huán)水質(zhì)量。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以通過對循環(huán)水過濾器的監(jiān)測和控制，實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的高效運行和水質(zhì)控制。

（4）循環(huán)水調(diào)節(jié)閥。循環(huán)水調(diào)節(jié)閥是循環(huán)水系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，負責對循環(huán)水的水質(zhì)和流量進行實時調(diào)節(jié)。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以通過對循環(huán)水調(diào)節(jié)閥的控制和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的高效運行和水質(zhì)控制。

3.2 循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的功能

循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)報警、自動加藥、智能排污等多功能于一體的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備及其他設(shè)備收集檢測系統(tǒng)的水質(zhì)參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)需求不同，檢測不同的參數(shù)，并將所有水質(zhì)參數(shù)信號收集到指定的服務(wù)器中，并通過服務(wù)器給指定的部門提供特定的頁面做狀態(tài)展示。具體功能包括循環(huán)水水質(zhì)在線檢測、診斷及精確加藥控制功能。

（1）在線跟蹤循環(huán)水中的藥劑濃度。判定是否要補充藥劑，根據(jù)循環(huán)水的水質(zhì)參數(shù)變化計算投加量，自動控制藥劑的投加；精準維持藥劑濃度在設(shè)定劑量±1 ppm水平。探測可以自動化全天候監(jiān)控系統(tǒng)檢測系統(tǒng)的變化和運行問題，確定可以通過專業(yè)化學控制算法確定糾正措施，實現(xiàn)可以改進后的結(jié)果可提高性能并優(yōu)化成本。

（2）對循環(huán)水的腐蝕、結(jié)垢及微生物狀況進行連續(xù)在線監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)上傳至控制系統(tǒng)，使相關(guān)人員能及時了解系統(tǒng)的運行狀況，對系統(tǒng)的潛在問題提前做出判斷，及時根據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況調(diào)整水處理方案控制參數(shù)。實現(xiàn)自動排污，將水質(zhì)指標控制在要求范圍內(nèi)，確保循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定運行，避免人為滯后給系統(tǒng)帶來不必要的影響。

3.3 循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的架構(gòu)

循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)平臺主要實現(xiàn)通信模塊上報的數(shù)據(jù)接收、硬件控制命令判斷、安全的認證、各種業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)（識別與報警）、其他系統(tǒng)（如通信硬件、第三方系統(tǒng)）的集成，以及海量數(shù)據(jù)的存儲和安全。整體包括底層IoT、應(yīng)用系統(tǒng)、硬件等幾個部分。

循環(huán)水給水的硬度、余氯和氯離子4～20mA信號接入PLC，1#冷卻塔和2#冷卻塔共用。

兩套全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備分別用于1#冷卻塔和2#冷卻塔循環(huán)水給水的pH、電導、濁度、ORP、阻垢劑、溫度、碳鋼腐蝕率和不銹鋼腐蝕率的測量，測量結(jié)果接入PLC。

PLC根據(jù)獲得的pH值直接控制1#冷卻塔和2#冷卻塔對應(yīng)的硫酸加藥管線電動閥的開關(guān)。根據(jù)獲得的電導率值和冷卻塔液位值直接調(diào)節(jié)1#冷卻塔和2#冷卻塔對應(yīng)的排污閥。根據(jù)獲得的阻垢劑值直接控制1#冷卻塔和2#冷卻塔對應(yīng)的加藥管線電動閥的開關(guān)。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

圖1 循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng) 系統(tǒng)拓撲圖

3.4 循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的實施應(yīng)用

（1）數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)源。循環(huán)水系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集要求如表1所示?！?/p>

表1 循環(huán)水系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

循環(huán)水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集包括電導、硬度、硬度、余氯、氯離子、pH、濁度、ORP、阻垢劑、溫度、腐蝕率（碳鋼）、腐蝕率（銅）等參數(shù)。數(shù)據(jù)采集采用第三方儀表和全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備，并進行自動化改造。

循環(huán)水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集包括電導、硬度、硬度、余氯、氯離子、pH、濁度、ORP、阻垢劑、溫度、腐蝕率（碳鋼）、腐蝕率（銅）等參數(shù)。數(shù)據(jù)采集采用第三方儀表和全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備，并進行自動化改造。

（2）全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備自動化改造方案。為了達到系統(tǒng)構(gòu)架的數(shù)據(jù)傳輸要求和充分利用已有的設(shè)施，對全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備及加藥系統(tǒng)進行自動化改造，安裝1套PLC控制及儀表配電柜、2套全自動控制加藥設(shè)備、1套表柜、通訊光纖轉(zhuǎn)接盒等，并鋪設(shè)取樣及回水管線、配電柜到PLC控制及儀表配電柜的電纜等。全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備技術(shù)參數(shù)如下：①檢測探頭：全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備的檢測探頭包括pH、電導率、濁度、溫度、腐蝕率、藥劑濃度探頭等。②監(jiān)測與控制：設(shè)備可在線讀取阻垢劑濃度，實時控制阻垢劑電動閥的開關(guān)；在線監(jiān)測pH，實時控制pH調(diào)整藥劑的投加；在線監(jiān)測電導率，實時控制循環(huán)水系統(tǒng)的排污；在線監(jiān)測系統(tǒng)的腐蝕率等。③系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出與展示。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的輸出方式為Web頁面，后臺服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通信后可通過特定瀏覽器訪問展示頁面。

本文提出的循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)方案包括全自動加藥監(jiān)測控制設(shè)備、補水電導率在線檢測儀、循環(huán)水硬度、硬度、氯離子、余氯在線檢測儀、PLC、正向隔離裝置、機架式服務(wù)器、部署在服務(wù)器內(nèi)的軟件、熒光示蹤劑等，同時包括取樣水管線配管及電伴熱、取樣水前置過濾器及增壓泵、排水管線配管、阻垢劑及硫酸管線配管、電動閥、電纜及輔材、光纖鋪設(shè)等。

4 結(jié)語

本文通過對循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的研究，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的新型管理模式。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以對循環(huán)水的水質(zhì)和運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和追蹤，并自動控制和調(diào)節(jié)循環(huán)水的水質(zhì)和系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保證循環(huán)水系統(tǒng)的正常運行和水質(zhì)控制。循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)可以有效地降低循環(huán)水系統(tǒng)的維護和管理成本，提高管理效率和管理質(zhì)量，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價值。我們期望能夠通過本文的研究和探討，對循環(huán)水綜合智慧管理系統(tǒng)的建設(shè)和運行管理有更深入的認識，并為相關(guān)領(lǐng)域的理論和實踐提供參考。