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摘要：城鄉供水系統的現代化、信息化技術不斷發展，城鄉供水自動化管理建設必須緊跟時代步伐。鑒于此，介紹了一套完整、先進的城鄉供水自動化控制系統的建設情況，其采用先進的信息采集及處理、自動化控制、計算機網絡通信等技術實現城鄉供水工程現代化，保證了全線的供水安全，具有顯著的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：供水自動化；遠程控制；PAC；PAM投加

1項目概況

某項目新建總水廠1座，處理規模28萬m3/d；鋪設輸水干支管道約90km（干管55km，支管35km），管徑500～1400mm；輸送到城鄉12座分水廠清水池內。項目完成總水廠生產工藝過程監測、自動化控制及90km管線監測數據接入系統進行集中控制。生產工藝流程目的是除去原水中的各類雜質，如懸浮物、膠體物、溶解物、球菌、藻類、重金屬有機污染物等有害成分，通過混合、反應、沉淀、過濾等系列工藝進行技術處理。處理完成后的水符合國家標準，通過長距離輸水管道輸送到分水廠，接入城鄉供水管網。主要工藝流程圖如圖1所示。

2控制方案設計

2.1調流閥間。蓄水池地理位置較高，原水由重力作用自流到調流閥間。在調流閥間取樣采集原水水質參數、調流閥開度信號、電動蝶閥狀態，實現設備的遠程開度控制及電動蝶閥的遠程開關。調流閥自動控制時，采用PID控制方式，可以根據設定的進水流量，自動調節閥門開度，實現自動取水。

2.2前加氯。前加氯主要用來助凝和殺藻。由于水中耗氯一般比較穩定，且對前加氯的殘余氯要求不高，因此采用流量比例法加氯。前加氯的投加量與原水流量的大小成正比。原水流量信號（兩路原水流量相加）經過流量比例控制器計算出加氯機的開度，然后控制加氯機的閥門，實時根據取水流量的大小，調節加氯量。

2.3格柵配水井。4臺格柵機的控制設計：液位差和時間周期自動運行，兩種方式獨立運行，選擇一種模式。兩組粗格柵機獨立運行，各自根據設定的參數開停。輸送機與其中任意一臺格柵機聯動，開機時同時啟動，停機時延遲120s停機。根據液位差和時間周期進行控制，設置開機液位1個0.3m；時間周期1h，運行時間10min；參數均可修改。停機液位差不起作用，自動情況下運行至設定的時間后自動停機。時間控制模式下根據設定的時間自動啟停，倒計時為零時自動開機，同時開始下一個周期的計時。開停機流程（輸送機聯動）：當某臺格柵機前后液位差大于設定值或者時間周期倒計時為零時，如果輸送機沒有運行，提前5s開輸送機，輸送機運行后啟動格柵機；本次連續運行時間到時自動停機，停機之后判斷是否有另外的格柵機運行，如果沒有則延時2min停止輸送機，如果有格柵機運行則輸送機繼續運行。開停機流程（輸送機不聯動）：當某臺格柵機前后液位差大于設定值或者時間周期倒計時為零時自動啟動，本次連續運行時間到時自動停機。

2.4加藥間。采集計量泵、投加閥、流量計、液位計、增壓泵等的運行工況數據，上傳至PLC控制主站，并通過上位機實現設備的遠程操作；實現PAC/PAM制備自動化、投加自動化控制。直接設定加藥液位與加水液位，PLC系統自動計算需要的水與原液的液位高度比。其主要流程：PLC先打開原液進液閥進行進液，到達計算液位后關閉進液閥門，打開進水閥門稀釋，達到計算液位（即設定的溶液池最大高度）之后關閉進水閥門，再開動鼓風機攪拌至設定時間。此時配藥過程完成。運行較長時間之后，可結合歷史數據繪制加礬曲線，系統按照加礬曲線自動投加。一般根據不同季節設定4條曲線，實際使用時可根據季節變化在電腦上進行選擇，每一條曲線的參數在運行過程中可以進行修改完善（有權限限制）。該曲線綜合了沉淀池進水流量、原水濁度、原水溫度、原水酸堿度值等水質信息，實際投加時先根據流量和濁度從曲線中查找到投加系數，PLC根據投加系數和進水流量、濁度計算投加的藥液流量，不斷采集沉淀后濁度值，如果濁度值超過目標值，自動修正投加量，修正值在曲線查表計算值的10%以內，避免擾動過大。PAM按照定值投加或者按照比例投加，比例投加就是指投加流量和沉淀池進水流量之間的比例，按得出的比例量動態投加；自動調節計量泵的頻率，以實現計算投加量與實際投加量一致。

2.5沉淀池。沉淀池內排泥閥通過閥島進行控制，閥島與子站ECU101之間通過ProfibusDP總線實現控制，控制方式如下：（1）反應區排泥過程根據進水流量、進水濁度的累積值或時間周期控制排泥閥，使絮凝沉淀池排泥閥定時控制其開關進行順序排泥。（2）排泥閥排泥時間、排泥周期可調整。（3）絮凝池排泥閥排泥時間可獨立設置，沉淀池排泥時間統一設定。

2.6后加氯。在后加氯中，由于清水池進水量在變化（如果在沉淀池出口投加，中間還要經過濾池過濾，滯后時間變長，投加量會增加，控制效果會不可靠），氯耗值也會變化，但是余氯值要求控制精確穩定，因此要求采用前饋+余氯負反饋的復合控制方案。該方案是流量比例控制與余氯PID控制的有機給合。在復合控制過程中，余氯分析儀的余氯信號經PLC作為一個過程變量輸入控制器，控制器通過比較過程變量與余氯設定值產生的誤差，由PID方程計算出單位投加量，再根據進水量計算出加氯量，從而控制加氯機的閥門開度進行投加。該控制方案能根據進水量快速調節加氯機開度，同時又能夠根據反饋的余氯值對加氯量進行調整，具有響應速度快和控制效果較好的特點。后加氯方案中需要有配套的余氯分析儀進行數據實時采集才能實現復合環自動投加，一般主要還是采用比例投加方式。

2.7砂濾池。每格濾池子站的控制運行方案設計：（1）調整清水閥的開度，使濾池保持恒水位運行。（2）實時監控濾池和濾池設備的運行狀態（如閥門開度、液位、濁度等）；遇到故障時發出警報，向調度監控中心發出故障請求。（3）當濾池設備發生故障時，應關閉進水閥門，停止該格濾池的運行；如果清水閥處于正常狀態，優先進入過濾狀態。（4）根據過濾時間、濾池水頭損失、出水濁度設定值等參數，確定是否需進行反沖洗，并向PLC主站發出反沖洗請求。（5）在沖洗過程中，根據PLC主站的調度命令和濾格內水位情況，控制相應的閥門動作，配合主PLC完成自動反沖洗過程。（6）收到開始反沖洗的命令后，首先檢測與沖洗過程相關的設備或元器件是否正常，若設備或元器件故障不允許進行反沖洗，報告執行中斷信息。在沖洗過程中，任何與反沖洗過程有關的設備或元器件出現異常時，應根據不同的故障情況采取相應措施，故障嚴重時立即停運反沖洗水泵和鼓風機，終止反沖洗過程，發出警報。（7）沖洗結束后，根據時間周期及初濾水濁度控制初濾水排放。（8）濾池可以處于過濾、反沖洗、停止狀態；每種狀態之間可以轉換。過濾狀態時濾池根據進水量對清水閥進行自動調節，實現恒水位過濾，在過濾過程中可以設定為僅過濾狀態，在該狀態時濾池只過濾不反沖洗；反沖洗狀態時，對閥門進行開關，配合主PLC實現自動沖洗，沖洗結束自動進入過濾。

2.8清水池。清水池安裝超聲波液位計，監測清水池蓄水水位狀況。水位參數可作為反饋信號提供前端自動控制的參數輸入。根據清水池高度分為低、中、高3個水位。監測水位狀態處于系統設定的低水位或高水位時，自動觸發報警信號，然后程序聯動調整生產水過程效率，使得清水池處于最優的恒定液位狀態。

2.9補氯。在后加氯不能滿足出廠水余氯值的情況下，需要進行補氯。其主要采用比例法進行投加，與前加氯不同的是，采用出廠水流量進行比例控制，比例系數根據出廠時的余氯值與設定的目標余氯的差值來確定。原理與前加氯相同。

2.10供水管線。為了保證90km的供水管道能正常輸送水，沿線設置了多個壓力監測、流量監測點及調流調壓閥控制，建設減壓池、檢查井、計量井、分水井監測系統等設施。（1）減壓池監測系統：總干管樁號5+000設減壓池，減壓池前、后端安裝漏水傳感器，通過一體化測控裝置采集壓力參數、漏水狀態，通過交換機接入光纖將數據傳輸至總水廠。調度中心對現地一體化測控裝置進行遠程控制。為保證供水線路壓力穩定，采用恒水位控制方式。一體化測控終端為核心設備，需要采集壓力變送器4～20mA模擬量數據、漏水傳感器的I/O狀態量，還需采集電磁流量計的瞬時流量和累積流量數據，并對調流調壓閥目標開度進行遠程控制。（2）檢查井監測系統：檢查井安裝壓力傳感器、漏水傳感器，通過一體化測控終端采集監測全線壓力數據，發生異常情況，及時報警給調度人員處理，保證正常供水。同時，檢查井監測系統可對檢修閥進行遠程控制。（3）計量井、分水井監測系統：計量井對管線需要流量監測的點位進行數據采集，就近接入分水井中的PLC，選用管道式電磁流量計，計量沿線監測點水流量，滿足水量分配和中心調度要求。

2.11分水廠。通過對每個水廠的水質監測，保證把合格的水輸送到分水廠清水池。通過對進水廠前調流調壓閥的控制，實現動態分配供水量。

3結語

城鄉供水系統自動化控制方案系統性較強，涉及多學科、多領域知識，并具有規模龐大、結構復雜、業務性強、自動化功能強、安全要求高等特點，是一種信息技術含量較高的自動化控制系統，能夠實現城鄉精準計量供水，為安全供水提供有力的技術保障。

作者:蔣天亮 單位:廣州杰賽科技股份有限公司