国内净水厂自动化现状及方向探讨

出　　自： 《中国给水排水》 1987年第5期第34页
发表时间： ： 1987-5

范次樵；杨树歆
( 广州市自来水公司)

　　本文根据一九八六年十一月在广州市召开的“净水厂自动化技术及方向探讨会”交流资料及会上研讨的有关问题归纳而成。

一、国内净水厂的自动化现状

　　我国净水厂工艺和构筑物形式与国外大致相当，但自动化及科学管理水平较低，大多数水厂仍是分散管理和现场手工操作，药剂投加及排泥控制等机械化不完善，水质水量连续检测仪表数量少，品种缺，质量低，制水工艺过程控制和泵组开停控制是凭人的经验，这些导致了技术经济指标的低下。
　　近年来，一些科研、设计、生产厂家及用户，针对生产需要及存在问题，研制了一些新产品，如pH、溶解氧、电导、氧化还原电位、压力、液位、流量、温度、电压、电流、功率等检测仪表。但水厂必不可少的浊度计及余氯计至今还没有理想的工业产品，大口径流量计国内目前有使用超音波、电磁、插入式蜗轮及蜗街、均速管、文丘利、水平螺翼式水表、动压分流水表及带微机的明渠流量计，但都存在一些缺点，使用情况还不十分理想。天津、上海、广州等自来水公司近年引进日本富士超声波流量计，有便携式及固定安装式二种，若采用四通道测量(需加附件)则测量精度可大大提高，并缩短测量时对直管段的要求。使用情况较为理想。
　　目前，国内取水泵站多采用现场手动控制，或中央集中控制，少数远距离控制，尚未有自动控制。取水量调节一般依靠水泵运转台数粗调，用阀门开启度作微调，仅个别水厂采用变速调节。广州自来水公司一九八○年进行了《西村水厂一级泵站微机控制系统》的研制，对三个泵站的十一台850 kW泵组按供水量及清水池水位实时变化自动启停适当泵组，取得一定的经验。
　　送水泵站的控制有采用简单的台数控制，越限自动停车，按水库水位或管道水压开停备用泵组，在运转机组出现故障时自动开启或以台时数平均运行等现场手动或中央集中控制方式。京、津、沪、宁、穗等地相继采用交流串级调速电机使水泵处于高效运转，上海积累丰富经验，取得节能效益。广州引进瑞典ASEA 公司KASKAD8A调速设备，已投入运行。正在开展微机控制送水泵组的研究。
　　在净水工艺的排泥、过滤、投药、消毒方面，大多数中小型水厂仍用人工排泥方式，大型水厂逐步采用刮排式或抽吸式机械排泥，哈尔滨等自来水公司研究光电自动排泥，节约加药原水。兰州第一水厂d 100m辐射沉淀池采用微机对沉淀池进出水及排泥自控，收到良好效果。滤池反冲洗控制有虹吸滤池自动反冲洗，也有按水头损失控制，或按滤池运行时间控制以及按浊度控制等。上海长桥水厂采用P C微机控制移动罩滤池具有很多优点。对于加药，绝大多数采用人工投加、沪、穗等地八十年代初相继研制成功模拟浊度自动投矾系统，收到良好效果。近年有的研制采用微机投加装置。绝大多数水厂按水量比例及凭经验判断水质来投加消毒剂，阻碍投氯自动化进程的主要是余氯检测仪器不完善及水质变化随机性。深圳、珠海、上海等地引进国外先进投氯设备，运行情况令人满意。
　　国内大多数水厂都是采用分散管理和现场手动操作方式。七十年代后期，京、津、沪、穗搞了一些数据采集设备，近年天津芥园水厂逐步建立产水调度自动化系统。正在建设中的北京水源九厂，其过程控制系统采用日本横河电机的YEWPACK和CENTUM，其结果甚为引人关注。预计明年投产的长春“中日友谊水厂”采用全套日本的分散控制集中管理方式，相信对国内水厂提高自动化管理与控制水平会有帮助。随着微机进入办公自动化领域，京、津、沪、穗等自来水公司在工资、计统、财务、水量、水费管理等方面已取得进展，提高了企业的管理水平。例如上海自来水公司近二年开发了十四个对加强企业管理行之有效的软件系统(1. 水量综合信息管理系统； 2.计划用水管理系统；3. 水量预报预测系统；4. 大型设备管理系统；5. 数据收集系统6. 仓库物资管理系统；7. 工资奖金软件系统；8. 成本分析报表软件系统；9. 专用基金管理软件系统；10、资金平衡报表；11. 利润成本分析表；12.科技干部人事档案系统；13.印票机；14.“OMNINET”网络系统)，并为无锡市自来水公司开发财务方面的五个管理软件(成本完成情况表；单位成本分析表；原材料动力报表；利润分析表；自来水指标完成情况表)。
　　最近几年，不少大中城市逐渐建立起输配水数据采集及通讯调度网，正在向经济调度方向发展，郑州自来水公司在供水优化调度方面进行了认真细致的探索，对二级调度构成，遥测遥信及数据采集，计算机系统软件，优化数学模型等进行研制，取得进展。随着通信、计算机、系统工程、过程仪表、遥测遥控设备的进步以及数学在给水自动化工程的渗透，相信优化调度并非遥远的目标。当前存在通道可靠性有待提高，采集信号仪表种类不全，质量有的不高以及给水规律随机性大等困难。

二、国内净水厂自动化方向探讨

　　我国净水厂自动化起步晚，与国外有很大差距，最近几年才逐渐重视，为了加速国内水厂自动化进展，除加强组织管理，制订及贯彻适合国情，符合科学发展规律的技术政策外，对于水厂自动化发展方向，包括长期规划、中期计划、近期目标以及实施方法和技术保证，进行认真探讨十分必要，对防止盲目性、片面性、形式主义，少走弯路具有现实意义。
　　净水厂自动化目的是保证自来水生产的高效、优质、低耗、安全，提高服务质量，提高社会效益。借鉴国外经验，按国情厂情制订切实可行、远近结合、先易后难、逐步实现的计划十分重要，具体看法是:
　　1. 地下水源厂
　　国内分散井群集中监控已有相当历史，从简易装置(单线式、极性式、简易编码式、频率式)发展到时分制脉码传输。近年来已出现微机远动装置。它对于提高供水连续性、可靠性、数据采集整理积累等方面具有很多优点，但在价格、维修、使用、及交贷时间等方面存在问题。为此，尽快研制集成度高，故障率低的数-话兼容电台及高增益防雷天线以及定型系列化的遥测遥控功能微机化设备十分重要。
　　2. 中小型地表水厂
　　目前国内多数中小型地表水厂设备比较陈旧，技术力量缺乏。因此，搞自动化条件尚不具备。有条件的少数水厂，应从机械化，特别是仪表化基础工作入手，进而搞工艺参数集中检测记录，再搞各工艺环节分散调节控制，最后是水厂集中管理。这样循序渐进，分期投资，逐步实现则才比较现实。
　　3. 大型地表水厂改造
　　我国大型水厂，多数一方面进行挖潜扩建或填平补齐以满足供水急剧发展需要，一方面又面临设备更新及技术改造的艰巨任务。提高水厂自动化水平的课题已摆到议事日程。但按一个完整的水厂自动控制系统来实施，不论在资金上还是技术条件上都是不现实的，应该针对薄弱环节，按照需要与可能确定项目，在近期及中期逐步实施。首先应该充实水厂的检测项目，实现投药机械化及装置自动化。水厂生产工艺过程各环节自动检测是实现自动化的基础，检测项目主要是流量、水质及压力等(包括取水流量，原水浊度，原水pH，碱度，待滤水浊度，过滤水流量，配水浊度，余氯，压力，流量，以及出厂压力及管网压力)。投药自动化装置也是关键环节，就是要使混凝剂和消毒剂的投加机械具备自动化功能。在净水构筑物中，沉淀池排泥的机械设备和滤池运行方面，其操作在机械化的基础上实施自动化，泵站水泵开停机一步化(程控化)等等。只有分步骤地实现上述多个环节的自动化，才能实现水厂系统的全面自动化。例如，天津芥园水厂参考国外给水系统广泛应用的“3 C”技术(Computer Communication Control)，根据厂情，按照管理集中，分散控制的原则，建立产水调度自动化系统。调度室实现集中管理、监测、现场操作控制，根据先易后难的次序，系统设计一期的设施内容为微型机数据集中采集系统和模拟盘监示系统，二期设施为现场局部控制系统(开环或闭环)、即加氯系统、加药系统、水质参数自动连续检测系统滤池冲洗系统、泵站开停控制系统，这些内容根据可能逐步实现。第一期工程已予实施，完成了基础性工作，实现模拟盘监视系统和微机数据采集与处理系统，拟逐步充实内容，完善处理功能，实现集中管理集中监测，现场操作，电话调度，指导生产的功能。已装模拟量仪表16具，其中水位计14具，出厂水压表两具；脉冲数字量仪表18具；(其中出厂流量表6具，送水泵组远传电度表12具)；滤池运行状态及泵组开停状态信号量计57个；敷设信号电缆通道约10k m；镶钳式模拟盘18面；(其中产水工艺流程盘11面，供电盘4面，备用盘3面)。模拟图包括产水构筑物、工艺管道、闸门以及泵组，16具模拟量瞬时值三位半数字表，6具出厂流量累积值六位数字仪表，57个运行信号，93个管路闸门的开关状态模拟显示。采用双机运行方式，辐射式通道方案，微机显示汉字化。该系统在生产调度中发挥了很好的作用。该系统目前存在采集数据尚不齐全，人机对话时间较短促，用软件比较报警有不足之处。芥园水厂产水自动调度系统是老厂搞自动化的范例，其经验值得借鉴。
　　4. 新建水厂
　　国外新建水厂毫无例外地引入计算机管理与控制系统。小型水厂采用集中控制及管理的单计算机系统，大型水厂采用以微机为主的分散控制集中管理方式，中型水厂是其中一种或二者结合。我国水厂设计者目前要设计一套完整的计算机管理控制系统，条件还不具备。如何对待，其解决办法及途径可以多种形式。
长春自来水公司“中日友谊水厂”自动化设施由日本无偿提供，这在国内尚属首次。北京水源九厂是借助亚运会，引进日本横河电机全套过程控制系统。上述两种是“拿来”方式，具有较高水平。更多新建水厂不具备这样的条件，则应尽量采用国内先进成果，尽量提高水厂机械化及仪表化应用范围，并预测水厂自动化发展趋势和创造基础条件，包括在平面布置上留出监控室位置；预留水泵可能变速及配套设备场地；预留水量仪表需要测量的直管段及仪表间仪表井:预留滤池测水头损失、浊度、流量等仪表的位置和条件；考虑药剂运输、称量、配制、投加的流水线；阀门电动化；水泵开停一步化等等。也可以考虑引进急需的国内尚无法提供的仪表或加药、消毒等设备，以加速自动化进程，提高水厂现代化水平。