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【摘 要】 城镇化进程的加快提升了城镇居民的用水量，而用水量的激增也促进了现代化水厂自动化综合控制系统的发展。本文主要分析了现代化水厂自动化控制系统的现状、主要内容、总体设计方法、工程结束后的验收过程以及未来的发展趋势，以期作为参考。
【关键词】 现代水厂;自动化;控制系统;结构设计
1、目前我国水厂自动化控制技术的发展现状分析
我国水厂自动化技术起步相对较晚，但是发展却很快。尤其是我国工业化水平的不断提高，更是促进了水厂自动化技术的快速发展。目前我国水厂自动化技术主要发展现状如下：
1.1、水厂自动化水平不高，且发展不够均衡
随着外资企业的不断引入，大量的国外先进技术被引入。从而建成了很多较为先进的水厂。然而，对于较为发达的沿海城市或者经济发展较快的发达城市而言，现代化水厂建成的较多，使用自动化设备的也较多。而对于较为偏僻的内陆城市或者是二线城市，水厂自动化技术的应用却较少。
1.2、水厂自动化未发挥到应有的作用
在当今实现自动化的水厂中，虽然自动化水平比其他的行业自动化水平低一些，这主要是水厂的自动化还没有发挥到应有的效果，一些水厂的自动化设备和系统有的根本就没有运用过，都是一直处在一个闲置的状态，有的设备也只是运行了一段时间，就不再运用了，使得设备不能够正常的工作，严重的影响了水厂自动化带来的经济效益。
1.3、水厂自动化设备及服务一般采取中西相结合的方式
我国实现水厂自动化控制基本上是实现新建和扩建的过程。规模比较大的水厂主要是依靠较为先进的技术和设备，水厂的自动化水平较高，但是投资却也是相当高的。比如一些中小型的水厂的自动化的设计和服务一般都是依靠国内的技术，但是综合的控制系统的技术和设备是依靠国外的产品，在设备和服务上，一般是采用中西相结合的方式。这样的方式有很大的优点，不仅仅降低了水厂自动化的控制系统设备的投资，同时也使得水厂的设备更加的本地化，有助于本行业的长足进步。
2、现代自来水厂自控系统的主要内容
2.1、我国水厂自动化控制系统的发展过程
自来水厂自控网络系统的改进可分为分散自控化、综合自控化及综合化、自控化和网络化三个阶段。首先是分散控制阶段，该时期水厂各部分分别进行自动控制，各系统之间没有关联;其次是水厂综合自动化阶段，即就是将水厂作为一个整体的自控化系统进行生产，且第一阶段的各子系统可独立运行，此时的系统共享水厂的所有信息，并具有分散控制的可靠性最后是供水系统的综合自动化阶段，该阶段要求在一个区域的供水企业共享信息，实现整个城市或地区供水系统的自动控制。目前，我国只有小部分大型自来水厂进入了第三阶段的初级阶段，其余的自来水厂均处于第一阶段或第二阶段，而国外很多发达国家自来水厂都达到了全程自控化，这就需要我们不断改进自来水厂的自控网络系统。
2.2、水厂制水工艺流程及自控系统组成
目前，随着我国国民生活水平的不断提高和工业化进程的不断加快，自来水厂传统的人工控制系统已不能满足人们生活和工业生产的需要，自来水厂是否拥有先进的自控网络系统在很大程度上决定着其核心竞争力的高低。而水厂制水工艺流程各水厂根据实际情况，其工艺流程千差万别，设备有增有减，但基本的流程都相似。其主要工艺过程大都是：取水→药剂的制备与投加→混凝→平流沉淀→过滤沉淀→送水。首先对于取水就是将水抽入净水厂;其次是药剂的制备与投加，即就是投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒;第三是混凝工艺，即源水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥;第四是沉淀，对于沉淀分为平流沉淀和过滤沉淀。平流沉淀就是与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。而过滤沉淀，就是通过颗粒介质以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂;最后是送水，即就是将自来水以一定的压力和流量送入供水管网。
2.3.、水厂自控系统组成
自来水厂通常是将整个工艺按控制单元划分，是根据各工艺控制单元特点，自控系统较多采用PLC+IPC的集散控制系统（DCS/模式。采用PLC+IPC系统的水厂自动化控制设计，一般是采用多主站加多从站结构，能够较好的满足水厂自动化的监控、保护要求。控制点分布在水厂内不同的位置，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。
3、现代化水厂自动化控制系统的总体设计
3.1起停方式
3.1.1、直接起动
总的来讲，笼型交流异步电动机在起动的过程中会带来很大的电流，大约会是其额定电流的7倍，这种情况只是单纯的限制于功率稍小的电动机。
3.1.2、定子串电抗或电阻降压起动
这样的方式只是单纯的适用于轻载起动，能够非常好的增加起动平稳性，并且有效的减小电流，但是由于起动的过程中损耗比较大，并且经济型较差，所以也只是在电机容量较小的时候才运用。
3.1.3、自耦变压器降压起
这样的起动方式一般来讲有失压和过载保护，能够有效的减少电动机电流对于电网的影响，但是它也有自身的缺点，主要是体积较大、结构比较复杂、价格较为昂贵，并且检修起来不是十分的方便。
3.1.4、软起动器起动
软启动器的原理是利用可挖硅能够更好的控制整流，如果改变可挖硅的控制角，使得电动机的电压按照相应的规律升为全压时，撤去控制信号，软动器可退出运行，把此项技术运用到水泵中，可以更好的避免水锤效应产生。
3.1.5、变频起动
此种启动方式主要是变频器带动电机从零起动，直到其能够达到额定转速。一般来说采用电压/频率的控制方法，不会使得电流过大，对于机器的冲击也是比较小的，能够进行调速。但是它也有一个缺点，就是价格相对来讲比较高，有电磁兼容的问题，是重载设备的首选。 3.2、恒压供水
如果需要实现恒压供水，就需要保持水压力的稳定，也就是平时所提到的调节供水量。简单来讲，调节供水量一般是可以通过以下两种形式实现的：需要保持水泵的恒速转动，可以依靠调节阀门的宽度来调节供水量。如果阀门的开度不变，那么我们可以调节水泵的转速，从而有效的调节供水水量。
3.3、系统总体设计
3.3.1、井群系统
我们对水泵的控制大体可以分为三种形式：手动控制、水源地值班室控制、远程控制。一般来说，手动控制是依靠人工来进行的;水源地值班室控制是依靠相应系统进行控制的;远程控制主要是通过远程中心来控制。
3.3.2、水厂系统
主要设备包括了加氯车间、输水泵房以及清水池。井群水泵起停是依靠水厂的蓄电池进行控制的。一般可以分为如下几个单元：水厂参数需要采集压力和流量等参数;控制系统主要是实现恒压供水;数据系统是负责有效交换数据的。
3.3.3、调度中心
这是整个供水系统操作、处理、统计、维护和监管的中心，集中管理的整个监控系统。水厂的监控软件主要是负责同现场的通信设备进行协作运行，要把采集到的数据经过计算后以图表或者数据的形式进行显示，同时还需要进行故障报警、发出声光信号等。
4、水厂自动化系统工程的验收
一般来讲，对于水厂自动化系统工程验收的好坏，对于企业的正常运行具有十分重要的影响。工程的验收能够很好的保证竣工后系统的正常运行，同时可以使得水厂的技术人员更加的了解系统，从而有效的确保系统在生产运行的过程中的安全。
4.1、设备的验收
相关人员需要来到现场将自动化设备进行登记，内容主要是包括设备的型号及其规格，以及安装地点、运行状况等。这些设备的验收都将直接的为以后更好的管理打下基础。
4.2、工艺验收
4.2.1、施工工艺验收
一般来说，需要检查接线是否标准，与外壳设备相连接的接地线是否很好的缠在螺栓上，还是经过焊接处理后接到外壳上。要进行详细的检查布线是否标准，哪种接线需要有标记，哪种接线头没有标记都要清楚，要在图纸上进行标号。为了更好的防止干扰发生，弱电和强电不能够放在一起，从而防止产生干扰。PLC屏以及控制箱的走线需要摆放合理，从而使我们一目了然。
4.2.2、生产工艺的验收
需要现场检查信号是否可靠，并且需要在智能遥控的状态下，选择几个开关进行人工操作，并且充分检查其可靠性，观察由计算机发出的开关信号是否能够正常工作。需要现场检查检测信号的准确性。通过测量现场仪表的输出电压、电流以及脉冲信号，从而有效的换算成实际的值，与计算机显示的值是否相符合，检查报表系统以及曲线的数据是否符合。
5、水厂自动化的发展趋势
随着科学技术的不断发展以及信息技术的突飞猛进，我国水厂自动化技术也逐渐向智能化和信息化过渡。水厂自动化控制系统未来的发展趋势主要是向控制系统智能化、分散化、网络化的方向发展。水厂的智能化主要包括智能设备、智能控制技术以及现场总线技术等方面。随着智能传感器、变送器、测量仪表、调节器及其执行器等装置，及其模糊控制、专家系统、自适应控制及其神经网络等智能技术的应用，水厂的自动化将面临着逐步向智能化进展。现场主线一般来说是应用生产现场的双向、实时、全数字化及其多节点的数字系统。应用可以进行简单连接的同轴电缆线作为纽带、把多个现场级的仪表全部依次连接为网络、并且按照公开的协议、使得现场的测控仪表之间与计算机之间能够更好的实现信息的传输、形成适应实际需要的系统。水厂的自动化控制系统当中、采用开放式的网络、如工业以太网、现场总线等、使因特网延伸到现场的设备当中，利用Web技术实现水厂的远程监控、维护、调试和故障诊断等功能、这是信息时代的要求、同时也是当期水厂自动化网络的发展方向。
总之，现代化水厂自动化控制系统的设计具有非常重要的意义，它有助于为水厂自动化提供更好的技术支持。通过自动化系统的设计，可以不断完善我国的自来水系统，确保人们可以用上干净、卫生的饮用水。
参考文献：
[1]王伟星.自来水厂生产过程自动化的设计与实现[D].电子科技大学，2012.
[2]石啸.城市自来水厂自控系统的设计与实现[D].华东理工大学，2013.
[3]林哲华.现代水厂自动化综合监控系统结构分析[J].黑龙江科技信息，2008，16
[4]沈玉凤.浅谈水厂自动化中存在的问题及解决措施[J].自动化与仪器仪表，2011，04
【关键词】 现代水厂;自动化;控制系统;结构设计
1、目前我国水厂自动化控制技术的发展现状分析
我国水厂自动化技术起步相对较晚，但是发展却很快。尤其是我国工业化水平的不断提高，更是促进了水厂自动化技术的快速发展。目前我国水厂自动化技术主要发展现状如下：
1.1、水厂自动化水平不高，且发展不够均衡
随着外资企业的不断引入，大量的国外先进技术被引入。从而建成了很多较为先进的水厂。然而，对于较为发达的沿海城市或者经济发展较快的发达城市而言，现代化水厂建成的较多，使用自动化设备的也较多。而对于较为偏僻的内陆城市或者是二线城市，水厂自动化技术的应用却较少。
1.2、水厂自动化未发挥到应有的作用
在当今实现自动化的水厂中，虽然自动化水平比其他的行业自动化水平低一些，这主要是水厂的自动化还没有发挥到应有的效果，一些水厂的自动化设备和系统有的根本就没有运用过，都是一直处在一个闲置的状态，有的设备也只是运行了一段时间，就不再运用了，使得设备不能够正常的工作，严重的影响了水厂自动化带来的经济效益。
1.3、水厂自动化设备及服务一般采取中西相结合的方式
我国实现水厂自动化控制基本上是实现新建和扩建的过程。规模比较大的水厂主要是依靠较为先进的技术和设备，水厂的自动化水平较高，但是投资却也是相当高的。比如一些中小型的水厂的自动化的设计和服务一般都是依靠国内的技术，但是综合的控制系统的技术和设备是依靠国外的产品，在设备和服务上，一般是采用中西相结合的方式。这样的方式有很大的优点，不仅仅降低了水厂自动化的控制系统设备的投资，同时也使得水厂的设备更加的本地化，有助于本行业的长足进步。
2、现代自来水厂自控系统的主要内容
2.1、我国水厂自动化控制系统的发展过程
自来水厂自控网络系统的改进可分为分散自控化、综合自控化及综合化、自控化和网络化三个阶段。首先是分散控制阶段，该时期水厂各部分分别进行自动控制，各系统之间没有关联;其次是水厂综合自动化阶段，即就是将水厂作为一个整体的自控化系统进行生产，且第一阶段的各子系统可独立运行，此时的系统共享水厂的所有信息，并具有分散控制的可靠性最后是供水系统的综合自动化阶段，该阶段要求在一个区域的供水企业共享信息，实现整个城市或地区供水系统的自动控制。目前，我国只有小部分大型自来水厂进入了第三阶段的初级阶段，其余的自来水厂均处于第一阶段或第二阶段，而国外很多发达国家自来水厂都达到了全程自控化，这就需要我们不断改进自来水厂的自控网络系统。
2.2、水厂制水工艺流程及自控系统组成
目前，随着我国国民生活水平的不断提高和工业化进程的不断加快，自来水厂传统的人工控制系统已不能满足人们生活和工业生产的需要，自来水厂是否拥有先进的自控网络系统在很大程度上决定着其核心竞争力的高低。而水厂制水工艺流程各水厂根据实际情况，其工艺流程千差万别，设备有增有减，但基本的流程都相似。其主要工艺过程大都是：取水→药剂的制备与投加→混凝→平流沉淀→过滤沉淀→送水。首先对于取水就是将水抽入净水厂;其次是药剂的制备与投加，即就是投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒;第三是混凝工艺，即源水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥;第四是沉淀，对于沉淀分为平流沉淀和过滤沉淀。平流沉淀就是与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。而过滤沉淀，就是通过颗粒介质以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂;最后是送水，即就是将自来水以一定的压力和流量送入供水管网。
2.3.、水厂自控系统组成
自来水厂通常是将整个工艺按控制单元划分，是根据各工艺控制单元特点，自控系统较多采用PLC+IPC的集散控制系统（DCS/模式。采用PLC+IPC系统的水厂自动化控制设计，一般是采用多主站加多从站结构，能够较好的满足水厂自动化的监控、保护要求。控制点分布在水厂内不同的位置，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。
3、现代化水厂自动化控制系统的总体设计
3.1起停方式
3.1.1、直接起动
总的来讲，笼型交流异步电动机在起动的过程中会带来很大的电流，大约会是其额定电流的7倍，这种情况只是单纯的限制于功率稍小的电动机。
3.1.2、定子串电抗或电阻降压起动
这样的方式只是单纯的适用于轻载起动，能够非常好的增加起动平稳性，并且有效的减小电流，但是由于起动的过程中损耗比较大，并且经济型较差，所以也只是在电机容量较小的时候才运用。
3.1.3、自耦变压器降压起
这样的起动方式一般来讲有失压和过载保护，能够有效的减少电动机电流对于电网的影响，但是它也有自身的缺点，主要是体积较大、结构比较复杂、价格较为昂贵，并且检修起来不是十分的方便。
3.1.4、软起动器起动
软启动器的原理是利用可挖硅能够更好的控制整流，如果改变可挖硅的控制角，使得电动机的电压按照相应的规律升为全压时，撤去控制信号，软动器可退出运行，把此项技术运用到水泵中，可以更好的避免水锤效应产生。
3.1.5、变频起动
此种启动方式主要是变频器带动电机从零起动，直到其能够达到额定转速。一般来说采用电压/频率的控制方法，不会使得电流过大，对于机器的冲击也是比较小的，能够进行调速。但是它也有一个缺点，就是价格相对来讲比较高，有电磁兼容的问题，是重载设备的首选。 3.2、恒压供水
如果需要实现恒压供水，就需要保持水压力的稳定，也就是平时所提到的调节供水量。简单来讲，调节供水量一般是可以通过以下两种形式实现的：需要保持水泵的恒速转动，可以依靠调节阀门的宽度来调节供水量。如果阀门的开度不变，那么我们可以调节水泵的转速，从而有效的调节供水水量。
3.3、系统总体设计
3.3.1、井群系统
我们对水泵的控制大体可以分为三种形式：手动控制、水源地值班室控制、远程控制。一般来说，手动控制是依靠人工来进行的;水源地值班室控制是依靠相应系统进行控制的;远程控制主要是通过远程中心来控制。
3.3.2、水厂系统
主要设备包括了加氯车间、输水泵房以及清水池。井群水泵起停是依靠水厂的蓄电池进行控制的。一般可以分为如下几个单元：水厂参数需要采集压力和流量等参数;控制系统主要是实现恒压供水;数据系统是负责有效交换数据的。
3.3.3、调度中心
这是整个供水系统操作、处理、统计、维护和监管的中心，集中管理的整个监控系统。水厂的监控软件主要是负责同现场的通信设备进行协作运行，要把采集到的数据经过计算后以图表或者数据的形式进行显示，同时还需要进行故障报警、发出声光信号等。
4、水厂自动化系统工程的验收
一般来讲，对于水厂自动化系统工程验收的好坏，对于企业的正常运行具有十分重要的影响。工程的验收能够很好的保证竣工后系统的正常运行，同时可以使得水厂的技术人员更加的了解系统，从而有效的确保系统在生产运行的过程中的安全。
4.1、设备的验收
相关人员需要来到现场将自动化设备进行登记，内容主要是包括设备的型号及其规格，以及安装地点、运行状况等。这些设备的验收都将直接的为以后更好的管理打下基础。
4.2、工艺验收
4.2.1、施工工艺验收
一般来说，需要检查接线是否标准，与外壳设备相连接的接地线是否很好的缠在螺栓上，还是经过焊接处理后接到外壳上。要进行详细的检查布线是否标准，哪种接线需要有标记，哪种接线头没有标记都要清楚，要在图纸上进行标号。为了更好的防止干扰发生，弱电和强电不能够放在一起，从而防止产生干扰。PLC屏以及控制箱的走线需要摆放合理，从而使我们一目了然。
4.2.2、生产工艺的验收
需要现场检查信号是否可靠，并且需要在智能遥控的状态下，选择几个开关进行人工操作，并且充分检查其可靠性，观察由计算机发出的开关信号是否能够正常工作。需要现场检查检测信号的准确性。通过测量现场仪表的输出电压、电流以及脉冲信号，从而有效的换算成实际的值，与计算机显示的值是否相符合，检查报表系统以及曲线的数据是否符合。
5、水厂自动化的发展趋势
随着科学技术的不断发展以及信息技术的突飞猛进，我国水厂自动化技术也逐渐向智能化和信息化过渡。水厂自动化控制系统未来的发展趋势主要是向控制系统智能化、分散化、网络化的方向发展。水厂的智能化主要包括智能设备、智能控制技术以及现场总线技术等方面。随着智能传感器、变送器、测量仪表、调节器及其执行器等装置，及其模糊控制、专家系统、自适应控制及其神经网络等智能技术的应用，水厂的自动化将面临着逐步向智能化进展。现场主线一般来说是应用生产现场的双向、实时、全数字化及其多节点的数字系统。应用可以进行简单连接的同轴电缆线作为纽带、把多个现场级的仪表全部依次连接为网络、并且按照公开的协议、使得现场的测控仪表之间与计算机之间能够更好的实现信息的传输、形成适应实际需要的系统。水厂的自动化控制系统当中、采用开放式的网络、如工业以太网、现场总线等、使因特网延伸到现场的设备当中，利用Web技术实现水厂的远程监控、维护、调试和故障诊断等功能、这是信息时代的要求、同时也是当期水厂自动化网络的发展方向。
总之，现代化水厂自动化控制系统的设计具有非常重要的意义，它有助于为水厂自动化提供更好的技术支持。通过自动化系统的设计，可以不断完善我国的自来水系统，确保人们可以用上干净、卫生的饮用水。
参考文献：
[1]王伟星.自来水厂生产过程自动化的设计与实现[D].电子科技大学，2012.
[2]石啸.城市自来水厂自控系统的设计与实现[D].华东理工大学，2013.
[3]林哲华.现代水厂自动化综合监控系统结构分析[J].黑龙江科技信息，2008，16
[4]沈玉凤.浅谈水厂自动化中存在的问题及解决措施[J].自动化与仪器仪表，2011，04