水厂供水系统的自动化控制分析

水厂供水系统的自动化控制分析

柴常筠

海口威立雅水务有限公司 海南海口  570208

摘要：为水厂供水系统引入自动化技术后，可保障供水稳定，提高供水系统的运行效率。文章对水厂自动化供水系统的环节与特点进行分析，提出水厂供水系统中存在的问题，研究自动化控制策略，包含硬件设施的优化和软件技术的优化，在软硬件设施的配合下提高供水系统的运行效率，给居民提供高品质的供水服务。

关键词：供水系统；常见问题；自动化控制；技术优化

水厂供水系统是一项系统性的工程，系统运行时的干扰因素多，采取自动化控制策略后，可保障供水系统控制有效性以及减轻员工劳动强度。水厂供水系统的自动化控制要求高，深入剖析当前存在的问题再研究自动化控制策略具有重要意义，可有效提高供水系统的自动化运行水平。

1.水厂自动化供水系统的环节与特点

1.1制水环节

制水的基本环节包含原水取水、加药、反应、沉淀、过滤、消毒等。水源为地表、河流、江河的水，用重力流或大型离心泵抽取水源，根据原水水质和制水要求用次氯酸钠消毒，用混凝剂进行混凝。排泥设备采用沉砂工艺，沉淀水中的大量颗粒，再向外排出。过滤和消毒是水厂制水的重要环节，过滤的目的在于去除水中的悬浮杂质，常用方法是通过石英砂等颗粒介质进行清除，同时需定期清理石英砂，以免由于长时间的使用而导致过滤效果变差。经过前述运作流程后，进入消毒环节，由清水池接纳过滤后的水，用消毒剂进行消毒，最后检测水质，确认达标后输送至城市管网和自用水管网，提供供水服务，以满足居民生产、生活对水资源供应提出的要求。

1.2供水系统的曲线特性与水锤效应

（1）曲线特性。在水泵的转速固定以及供水管网阀门开度不改变时，供水系统的流量与扬程具有比例关系，如图1所示。

图1供水系统基本特性曲线

在图1中，横轴的Q为流量，纵轴的H为扬程，Q和H存在反比例关系。在水泵固定额定转速的情况下，用户用水的情况会对流量Q产生直接性的影响，而这也充分反映出水流量Qu与扬程H之间的关系，可通过如下关系式进行表达：

H=f(Qu)（1）

阀门开度一定的前提下，供水系统的流量随着扬程的升高而减小，管道内前后压差和供水流量由于阀门开度的改变而发生变化。

（2）水锤效应。管道内的水流量在短时间内发生剧烈变化时，管道压力过低或过高，液体产生空化效应并伴随噪声，即水锤效应，轻则导致管壁缩塌，重则引起管道破裂。同时，管道出现强烈的水锤效应后，阀门转轴、密封件、水泵叶轮密封等零配件均有可能出现损伤，若管道未设置止水阀，水锤效应的影响范围扩大至电机和水泵，引起电机烧坏或水泵异常运转的情况。

水锤效应对管道乃至整个水厂供水系统产生的破坏性不容小觑，因此应防控管道的水锤效应，其中降低水泵动态扭矩是重要的方法，具体可通过水泵电机软启动的方式实现。水泵启动或制动过程中，泵体或阀门的前后压差得到有效控制，可减弱水锤效应。在水泵电机软启动的运行模式下，需要配备合适的水泵启动控制器，并要求此装置具有启动或制动时压差较小的特点，如此才能更有效地避免水锤效应，保障管道及各类供水系统中各类设施的安全使用。

2.水厂供水系统的主要问题

2.1供水能力与用水需求的矛盾

从自然原因的角度来看，全球气候变暖加剧，降水量降低，水厂采水难度升高，采水量有限。从人为原因的角度来看，在社会经济快速发展进程中，工业生产、居民生活各领域的用水量大幅增加，部分水厂所能提供的供水量低于实际用水需求量，产生水资源供需矛盾。由于供水量不足以支撑实际用水需求，人们的工作和生活将受到制约。

2.2供水安全性差

水厂的选址除了考虑城市的发展要求外，还需兼顾生态环境因素和政治因素，由于多因素的限制，使得水厂选址难度较高。同时，部分水厂的管理不到位，存在随意排放废水的情况，废水流入至河流湖泊中引起水资源污染，还将逐步下渗至地下进而污染地下水，若未及时处治此类问题，水资源污染现象将愈发严重，威胁到水厂的供水安全。

2.3供水成本居高不下

首先，水资源作为公共产品而难以进行市场化定价，水价偏低，而采水、处理、供水全流程耗费的成本较高，严重压缩水厂的利润。其次，水厂运作过程中需要缴纳增值税，进一步增加供水成本。

3水厂供水系统的自动化控制策略

3.1硬件设施的优化设计

根据自动化控制理念优化设计水厂供水系统的PLC、软启动器、压力变送器、水泵、变频泵等硬件设施。优化设计工作应统筹兼顾，除了考虑单台硬件设施的自动化运行水平外，还需考虑各设施之间的配合程度，构建完善的硬件系统，共同提高供水系统的自动化运行水平。

对于供水泵的优化设计，需要根据城市各区域、各时段的用水需求进行选择，主动适应不同用水条件。供水泵的额定扬程需对供水服务片区最远端或者最不利点的公司供水服务最低压力进行选择，额定流量需根据服务片区用水量的预计最大时变化系数进行配置。除了主要供水泵外，还需配备备用水泵设备，以备不时之需。水厂供水系统的备用泵应处于轮休状态，防止因备用泵超负荷运行而缩短使用年限。科学应用备用水泵，例如在主设备维护、检修等过程中启用，无需使用时进行维护和管理。若供水系统有2台水泵，则采取“一用一备”的方式，某台水泵出现故障后，尽快运行备用设备，一方面维持水厂的正常供水，另一方面给故障水泵的抢修争取时间。

3.2软件的优化设计

在水厂供水系统自动化控制的软件优化设计中，应重点考虑可编程控制器的合理化应用，作为数字运算操作系统装置，其核心为微处理器，在工业生产现场控制中具有良好的应用效果。PLC执行的操作指令包含定时、计数、顺序控制等，现场控制能力强。在控制机械的生产过程时，可以通过模拟式、数字式的输入与输出功能来实现。在自动化的水厂供水系统发展理念下，设计供水系统软件，根据水厂供水系统精准控制和自动化控制的要求，在设计自动化供水系统结构程序时，先结合水厂的运行情况，针对性地控制在此过程中的水泵运行状态，并建立相配套的变量定义表。按前述思路新建任务后，可以采取动态性的自动化控制策略，例如以水厂供水系统的实际运行需求为准，灵活调用其它任务段或进行开关操作，实现全程自动化控制水平较高，控制的及时性和精准性均良好，通过自动化控制方式使水厂供水系统保持良好的运行状态。

4结束语

综上所述，针对水厂供水系统存在的供水能力有限、供水安全性差及成本高等问题，可以引入自动化控制策略，做好水厂供水系统硬件设施和软件的优化设计工作，在软硬件的配合下提高水厂供水系统的自动化运行水平，为居民提供高品质供水服务的同时降低水厂运行成本，促进社会经济的长远发展。经过本文的研究，提出了水厂供水系统的自动化控制实现方式，希望对同仁有参考意义。

参考文献

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