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摘要：随着社会经济的发展，水对人民生活与生产的影响日益加强，对供水的质量与安全可靠性的要求不断提高，人们也更加重视自来水厂自动化控制系统的研究。本文对此进行了探讨。
关键词：自动化；控制；自来水厂
中图分类号：TU991.35文献标识码： A
引言：农村县级饮水安全工程是我国跨 “十一五”和“十二五”两个五年计划在全国统一实施的一项解决数以亿计的农民饮水不安全问题的民生工程，由于我国农村的自然地形地貌的变化起伏大，村庄分布稀疏，农民居住分散等特点，在“十一五”期间，许多工程实施以饮水不安全的行政村为单位，建造了众多的规模较小的小水厂。虽然解决了农村供水问题，但却陷入了规模小、设备简易、水质不达标、管理差、供水不正常，水费收缴难度大等问题之中，致使许多工程未到“十一五”末就停止了运行。如何解决农村供水问题，成为现阶段研究的重点。
一、水厂制水工艺流程介绍
（一）自来水水厂的工艺流程
自动化控制系统在自来水水厂净化水的过程中主要是服务于工艺流程的。一般来说自来水厂主要分为以下几个工艺过程：
（1）取水：
通过多台大型离心泵将江、河、地表等处的水抽入自来水水厂。当然也有部分小水厂是通过高度差自流进入水厂的 。
（2）混凝：
包括混合与絮凝，即原水投入混凝剂后进行充分反应，并排出反应后沉淀的污泥。自药剂与水均匀混合起直到大颗粒絮凝体形成为止，整个称混凝过程。混凝剂可把水中不易沉淀的胶粒及微小悬浮物脱稳、相互聚结，再被吸附架桥，从而形成较大的絮粒，以利于从水中分离、沉降下来。一般通过机械混合过程来完成，混合的目的是通过水力、机械的剧烈搅拌，使药剂迅速均匀地散于水中。 经混凝反应处理过的水通过道管流入沉淀池，进入净水第二阶段。
（3）沉淀：
水流入沉淀区后，沿水区整个截面进行分配，进入沉淀区，然后緩慢地流向出口区。水中的颗粒沉于池底。絮凝沉淀的污泥经不断堆积并浓缩，定期排出池外。
（4）过滤：
过滤一般是指以石英砂等有空隙的粒状滤料层通过黏附作用截留水中悬浮颗粒，从而进一步除去水中细小悬浮杂质、有机物等，使水澄清的过程，整个过滤处理是在滤池中进行的。
（5）滤后消毒处理
水经过滤后，浊度进一步降低，同时亦使残留细菌、病毒等失去浑浊物保护或依附，为滤后消毒创造良好条件。消毒并非把微生物全部消灭，只要求消灭致病微生物。虽然水经混凝、沉淀和过滤，可以除去大多数细菌和病毒，但消毒则起了保证饮用达到饮用水细菌学指标的作用，同时它使城市水管末梢保持一定余氯量，以控制细菌繁殖且预防污染。消毒的加氯量（液氯）在1.0-2.5g/m3之间。主要是通过氯与水反应生成的次氯酸在细菌内部起氧化作用，破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。
（6）送水：多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入供水管网。
二、 自来水水厂的自动控制
（一）生产工艺流程中的自动控制
如果把自动控制系统中的PLC看作系统的大脑，那么在线仪器仪表就是自动控制系统的眼睛了。正是有眼睛看到了流量、PH值、浊度、余氯等等指标，才使系统进行自动控制成为可能！自来水厂的工艺特点是各工艺单元既相对独立，同时各单元之间又存在一定的联系。正因为各工艺单元相对独立，因此通常将整个工艺按控制单元划分。正是如此在线仪器仪表也是如此布置：例如进场原水的水质监测就集中包含了，流量计、PH/T仪、浊度仪等，相应的各构筑物所需的在线仪器仪表也是如此。
当然光有眼睛看是不够的，自动化控制系统还需要手、脚（即执行机构）来完成控制。这就是自来水水厂内的电动控制设备了，它们采用就近控制原则，在设备集中区分别设置不同的PLC 站对该区域设备进行监控，再通过通讯网络，各PLC 站之间进行数据通讯，实现整个水厂的自动化控制。在控制单元内，PLC 站实现对该单元内设备的自动控制。这样的优点是使控制系统更加可靠，当某一控制单元发生故障时不会严重影响其它单元的自动运行，同时由于单元内控制设备、检测仪表就近相连，减少了布线成本。
一般根据土建设计，将水厂自动化控制系统按设备位置情况及功能进行组织分配，分为如下一些控制站点。
（1）中央控制室站点：对整个系统进行监控和调度，同时留有四遥（遥测、遥信、遥调、遥控）系统接口，与上层管理系统进行通讯。
（2）配电室控制站点：对高压及低压配电系统进行监控。
（3）取水泵房控制站点：取水泵、真空泵、潜污泵及轴流风机等进行监控。
（4）送水泵房控制站点：对送水泵（变频恒压供水）、潜污泵等进行监控。
（5）各构筑物控制站点：对构筑物范围内的电控设备，在线仪器仪表等进行监控。
（6）加药控制站点：对加药系统进行监控。
（7）加氯控制站点：对加氯系统进行监控（消毒系统）。
（8）滤池恒水位控制及滤池反冲洗控制。
在实际工程当中，当控制站点较近时，可以将某些站点合在一起，当然根据功能及控制规模大小，有些站点可以设为从站或远程站点。
（二）安防监控系统的自动控制
最近一些年来，有把安防监控系统加入自动化控制系统的趋势。作为提供公共资源的自来水水厂往往把安防监控系统当作一个子控制站纳入自动化控制系统，从而方便管理，便于操作。
总的来说自来水厂自动化控制系统主要能够完成 1. 实时监控各项进出厂水和厂内生产水的指标。2. 通过自动控制加药加氯系统保证水质指标的稳定，合格。3. 通过自动控制或远程控制，操作、调节电动设备，降低劳动强度，减少人员误操作，提高效率。
二、自来水厂自动化控制系统的设计
1、总体结构
水厂的控制系统可以分为三个层次：管理层、主控层和现场控制层。管理层主要完成水厂调度运行的远程监视、自动化数据查询、频信息查询等功能，一般不直接参与到系统的运行控制。主控层对水厂的生产及各站点进行实时监控，它是系统的信息采集和控制的核心。主要包括数据库服务器、水源监测工作站、水厂检测站、交换机、外围设备、多串口服务器、UPS、GPS 等。通过采集到各站点的数据信息，进行数据分析，负责水厂运行的监视、视频监控、远方控制、调度指挥以及完成必要的管理功能，并向管理层发送必要的数据和信息。现场控制层主要包括四个部分：水源监控系统:位于水源地深井泵配电间，对深井泵的启停进行实时监控，利用监控装置监控深井水位、水泵流量、水泵电动机、电流、电压等；消毒监控系统：位于水厂的消毒间，对发生器的启停进行实时监控，利用监控 PLC 装置监控药剂投加量、阀门启闭、电流、电压等；供水监控系统：位于水厂控制室，对变频调速器、送水泵进行实时监控，利用监控 PLC装置监控水质参数、水泵流量、管网压力、电气参数等；视频终端：主要包括安装在水源地井群、水厂中控室、水厂泵房及水厂厂区的各种摄像机、配件等。
2、水质检测技术
水处理中的自动检测技术，即水质检测技术是保证供水和排水水质的重要手段，也是指导水处理工艺运行过程的重要依据，随着自动化技术、机械制造技术等方面的发展，出现了越来越多的新型自动化检测仪表。目前使用的水处理自动化仪表包括流量、水位、温度、压力仪表以及水质测量分析仪表，如pH测量仪、流动电流检测仪、漏氯报警仪、余氯分析仪、高低浊度在线检测仪等。在流量测量方面，除了传统的电磁流量计外，还出现了大量非接触式仪表。水位测量仪表是水处理中另一类使用广泛的检测仪表，滤池、清水池、格栅配水井、配矾等处都要用到，主要有差压式、静压式、吹气式、浮子式、静电电容式、以及超声波等类型。检测仪表是实现水厂自动化的基础，在日本等发达国家不仅大面积使用现有成熟仪表外，还不断开发出新的检测仪表并发展相关的检测技术，不断扩大检测范围，提高检测精度。
3、水处理控制技术
随着电子技术、计算机技术以及光电技术等相关学科的发展，近十年来工业自动化在各个方面都发生了深刻的变化，包括自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等底层设备，以及自动回路调节器、自动控制单元、各种大小型装置控制系统乃至综合优化调度系统等。随着水处理技术的不断发展，对于水质指标的控制与水处理效率的要求也在不断提高。新工艺、新设备的广泛应用一方面提高了水处理能力，另一方面也对整个系统的控制、协调提出了更加严格复杂的要求。常规控制手段已经成为水处理行业中的薄弱环节之一，需要在现有工业自动化已经取得的成果基础上研究、设计、投用适合于水处理行业的先进控制系统。由于水处理系统（特别是混凝投药和加氯控制过程）是一个大迟滞、非线性、时变的复杂系统，系统建模困难，很难控制好。因此各种先进的控制算法不断提了出来。虽然各种先进的控制理论和算法不断被提了出来，但是在实际的应用过程中，尤其是中小型水厂自动化控制系统中，经典的控制理论仍有着广泛的应用空间。因此本文在研究水厂自动控制理论方面，侧重于经典控制理论及其应用。
结束语：
随着科学的不断进步，建立一个供水系统的综合自动化系统成为可能。在现代化的大型水厂中，除了采用先进的设备和控制技术对厂区内部进行有效控制和管理外，还要求实现对一个城市或地区整个供水系统的综合自动化管理。
参考文献：
[1]龚莉.变频器在水处理行业中的应用.机电信息，2002(16).
[2]杨东平.变频调速恒压供水系统综述.南宁职业技术学院学报，2004，9（3）.
[3]陈泽恩.浅谈水厂自控系统建设中数据库设计若干问题[J];四川建材
关键词：自动化；控制；自来水厂
中图分类号：TU991.35文献标识码： A
引言：农村县级饮水安全工程是我国跨 “十一五”和“十二五”两个五年计划在全国统一实施的一项解决数以亿计的农民饮水不安全问题的民生工程，由于我国农村的自然地形地貌的变化起伏大，村庄分布稀疏，农民居住分散等特点，在“十一五”期间，许多工程实施以饮水不安全的行政村为单位，建造了众多的规模较小的小水厂。虽然解决了农村供水问题，但却陷入了规模小、设备简易、水质不达标、管理差、供水不正常，水费收缴难度大等问题之中，致使许多工程未到“十一五”末就停止了运行。如何解决农村供水问题，成为现阶段研究的重点。
一、水厂制水工艺流程介绍
（一）自来水水厂的工艺流程
自动化控制系统在自来水水厂净化水的过程中主要是服务于工艺流程的。一般来说自来水厂主要分为以下几个工艺过程：
（1）取水：
通过多台大型离心泵将江、河、地表等处的水抽入自来水水厂。当然也有部分小水厂是通过高度差自流进入水厂的 。
（2）混凝：
包括混合与絮凝，即原水投入混凝剂后进行充分反应，并排出反应后沉淀的污泥。自药剂与水均匀混合起直到大颗粒絮凝体形成为止，整个称混凝过程。混凝剂可把水中不易沉淀的胶粒及微小悬浮物脱稳、相互聚结，再被吸附架桥，从而形成较大的絮粒，以利于从水中分离、沉降下来。一般通过机械混合过程来完成，混合的目的是通过水力、机械的剧烈搅拌，使药剂迅速均匀地散于水中。 经混凝反应处理过的水通过道管流入沉淀池，进入净水第二阶段。
（3）沉淀：
水流入沉淀区后，沿水区整个截面进行分配，进入沉淀区，然后緩慢地流向出口区。水中的颗粒沉于池底。絮凝沉淀的污泥经不断堆积并浓缩，定期排出池外。
（4）过滤：
过滤一般是指以石英砂等有空隙的粒状滤料层通过黏附作用截留水中悬浮颗粒，从而进一步除去水中细小悬浮杂质、有机物等，使水澄清的过程，整个过滤处理是在滤池中进行的。
（5）滤后消毒处理
水经过滤后，浊度进一步降低，同时亦使残留细菌、病毒等失去浑浊物保护或依附，为滤后消毒创造良好条件。消毒并非把微生物全部消灭，只要求消灭致病微生物。虽然水经混凝、沉淀和过滤，可以除去大多数细菌和病毒，但消毒则起了保证饮用达到饮用水细菌学指标的作用，同时它使城市水管末梢保持一定余氯量，以控制细菌繁殖且预防污染。消毒的加氯量（液氯）在1.0-2.5g/m3之间。主要是通过氯与水反应生成的次氯酸在细菌内部起氧化作用，破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。
（6）送水：多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入供水管网。
二、 自来水水厂的自动控制
（一）生产工艺流程中的自动控制
如果把自动控制系统中的PLC看作系统的大脑，那么在线仪器仪表就是自动控制系统的眼睛了。正是有眼睛看到了流量、PH值、浊度、余氯等等指标，才使系统进行自动控制成为可能！自来水厂的工艺特点是各工艺单元既相对独立，同时各单元之间又存在一定的联系。正因为各工艺单元相对独立，因此通常将整个工艺按控制单元划分。正是如此在线仪器仪表也是如此布置：例如进场原水的水质监测就集中包含了，流量计、PH/T仪、浊度仪等，相应的各构筑物所需的在线仪器仪表也是如此。
当然光有眼睛看是不够的，自动化控制系统还需要手、脚（即执行机构）来完成控制。这就是自来水水厂内的电动控制设备了，它们采用就近控制原则，在设备集中区分别设置不同的PLC 站对该区域设备进行监控，再通过通讯网络，各PLC 站之间进行数据通讯，实现整个水厂的自动化控制。在控制单元内，PLC 站实现对该单元内设备的自动控制。这样的优点是使控制系统更加可靠，当某一控制单元发生故障时不会严重影响其它单元的自动运行，同时由于单元内控制设备、检测仪表就近相连，减少了布线成本。
一般根据土建设计，将水厂自动化控制系统按设备位置情况及功能进行组织分配，分为如下一些控制站点。
（1）中央控制室站点：对整个系统进行监控和调度，同时留有四遥（遥测、遥信、遥调、遥控）系统接口，与上层管理系统进行通讯。
（2）配电室控制站点：对高压及低压配电系统进行监控。
（3）取水泵房控制站点：取水泵、真空泵、潜污泵及轴流风机等进行监控。
（4）送水泵房控制站点：对送水泵（变频恒压供水）、潜污泵等进行监控。
（5）各构筑物控制站点：对构筑物范围内的电控设备，在线仪器仪表等进行监控。
（6）加药控制站点：对加药系统进行监控。
（7）加氯控制站点：对加氯系统进行监控（消毒系统）。
（8）滤池恒水位控制及滤池反冲洗控制。
在实际工程当中，当控制站点较近时，可以将某些站点合在一起，当然根据功能及控制规模大小，有些站点可以设为从站或远程站点。
（二）安防监控系统的自动控制
最近一些年来，有把安防监控系统加入自动化控制系统的趋势。作为提供公共资源的自来水水厂往往把安防监控系统当作一个子控制站纳入自动化控制系统，从而方便管理，便于操作。
总的来说自来水厂自动化控制系统主要能够完成 1. 实时监控各项进出厂水和厂内生产水的指标。2. 通过自动控制加药加氯系统保证水质指标的稳定，合格。3. 通过自动控制或远程控制，操作、调节电动设备，降低劳动强度，减少人员误操作，提高效率。
二、自来水厂自动化控制系统的设计
1、总体结构
水厂的控制系统可以分为三个层次：管理层、主控层和现场控制层。管理层主要完成水厂调度运行的远程监视、自动化数据查询、频信息查询等功能，一般不直接参与到系统的运行控制。主控层对水厂的生产及各站点进行实时监控，它是系统的信息采集和控制的核心。主要包括数据库服务器、水源监测工作站、水厂检测站、交换机、外围设备、多串口服务器、UPS、GPS 等。通过采集到各站点的数据信息，进行数据分析，负责水厂运行的监视、视频监控、远方控制、调度指挥以及完成必要的管理功能，并向管理层发送必要的数据和信息。现场控制层主要包括四个部分：水源监控系统:位于水源地深井泵配电间，对深井泵的启停进行实时监控，利用监控装置监控深井水位、水泵流量、水泵电动机、电流、电压等；消毒监控系统：位于水厂的消毒间，对发生器的启停进行实时监控，利用监控 PLC 装置监控药剂投加量、阀门启闭、电流、电压等；供水监控系统：位于水厂控制室，对变频调速器、送水泵进行实时监控，利用监控 PLC装置监控水质参数、水泵流量、管网压力、电气参数等；视频终端：主要包括安装在水源地井群、水厂中控室、水厂泵房及水厂厂区的各种摄像机、配件等。
2、水质检测技术
水处理中的自动检测技术，即水质检测技术是保证供水和排水水质的重要手段，也是指导水处理工艺运行过程的重要依据，随着自动化技术、机械制造技术等方面的发展，出现了越来越多的新型自动化检测仪表。目前使用的水处理自动化仪表包括流量、水位、温度、压力仪表以及水质测量分析仪表，如pH测量仪、流动电流检测仪、漏氯报警仪、余氯分析仪、高低浊度在线检测仪等。在流量测量方面，除了传统的电磁流量计外，还出现了大量非接触式仪表。水位测量仪表是水处理中另一类使用广泛的检测仪表，滤池、清水池、格栅配水井、配矾等处都要用到，主要有差压式、静压式、吹气式、浮子式、静电电容式、以及超声波等类型。检测仪表是实现水厂自动化的基础，在日本等发达国家不仅大面积使用现有成熟仪表外，还不断开发出新的检测仪表并发展相关的检测技术，不断扩大检测范围，提高检测精度。
3、水处理控制技术
随着电子技术、计算机技术以及光电技术等相关学科的发展，近十年来工业自动化在各个方面都发生了深刻的变化，包括自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等底层设备，以及自动回路调节器、自动控制单元、各种大小型装置控制系统乃至综合优化调度系统等。随着水处理技术的不断发展，对于水质指标的控制与水处理效率的要求也在不断提高。新工艺、新设备的广泛应用一方面提高了水处理能力，另一方面也对整个系统的控制、协调提出了更加严格复杂的要求。常规控制手段已经成为水处理行业中的薄弱环节之一，需要在现有工业自动化已经取得的成果基础上研究、设计、投用适合于水处理行业的先进控制系统。由于水处理系统（特别是混凝投药和加氯控制过程）是一个大迟滞、非线性、时变的复杂系统，系统建模困难，很难控制好。因此各种先进的控制算法不断提了出来。虽然各种先进的控制理论和算法不断被提了出来，但是在实际的应用过程中，尤其是中小型水厂自动化控制系统中，经典的控制理论仍有着广泛的应用空间。因此本文在研究水厂自动控制理论方面，侧重于经典控制理论及其应用。
结束语：
随着科学的不断进步，建立一个供水系统的综合自动化系统成为可能。在现代化的大型水厂中，除了采用先进的设备和控制技术对厂区内部进行有效控制和管理外，还要求实现对一个城市或地区整个供水系统的综合自动化管理。
参考文献：
[1]龚莉.变频器在水处理行业中的应用.机电信息，2002(16).
[2]杨东平.变频调速恒压供水系统综述.南宁职业技术学院学报，2004，9（3）.
[3]陈泽恩.浅谈水厂自控系统建设中数据库设计若干问题[J];四川建材