張自然¹，王建軍¹，張德躍²?

(1.溫州市污水處理廠工程建設(shè)指揮部，浙江溫州　325000；2.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院，天津　300074)

　　摘　要： 一般而言，全自動(dòng)控制運(yùn)行的水廠在投產(chǎn)后的一年之內(nèi)，必須進(jìn)行一次系統(tǒng)性的運(yùn)行調(diào)試，以優(yōu)化和調(diào)整運(yùn)行初期設(shè)定的運(yùn)行參數(shù)，消除和解決自控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，完善其控制功能，更主要是提高其控制精度。溫州新陽(yáng)岙水廠在投產(chǎn)運(yùn)行8個(gè)月后，進(jìn)行了一次系統(tǒng)性的自控系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試，在長(zhǎng)期穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)供水、安全供水、降低物耗等方面取得了較好效果。?
　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；運(yùn)行調(diào)試；多參數(shù)復(fù)合控制模式；模擬斜 管濁度?
　　中圖分類號(hào)：TU991.56
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)10-0047-03

1　自控系統(tǒng)概況

　　溫州浦東(新陽(yáng)岙)水廠供水規(guī)模20×10⁴m³/d。自控系統(tǒng)的主要檢測(cè)儀表、PLC、加注泵以及濾池氣動(dòng)閥門和大口徑針形調(diào)節(jié)閥等均采用國(guó)外進(jìn)口設(shè)備。
1.1　工藝流程及其特色
　　 新陽(yáng)岙水廠有兩條制水生產(chǎn)線，均采用圖1所示的自控工藝流程。

　　水廠自控系統(tǒng)的特色主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：①進(jìn)水采用針形調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，使回流水充分利用；②在實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)控制的同時(shí)，與遠(yuǎn)程提升泵站、老水廠和公司調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和實(shí)時(shí)生產(chǎn)調(diào)度。
1.2　組成及特點(diǎn)
? 自控系統(tǒng)的組成見圖2。

　　自控系統(tǒng)的特點(diǎn)有：①全廠設(shè)有三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，即管理層以太網(wǎng)、廠級(jí)冗余型工業(yè)實(shí)時(shí)控制MB+ 網(wǎng)和濾池工業(yè)實(shí)時(shí)控制MB+網(wǎng)，使得網(wǎng)絡(luò)職責(zé)分明，便于各自的擴(kuò)展和維護(hù)；②水廠與遠(yuǎn)程 提升泵站采用有線方式聯(lián)網(wǎng)；③水廠與公司調(diào)度系統(tǒng)采用無(wú)線聯(lián)網(wǎng)；④廠級(jí)控制網(wǎng)采用冗余型MB+網(wǎng)，提高自控系統(tǒng)的可靠性；⑤濾池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分布式控制。

2　自控系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)試

　　浦東(新陽(yáng)岙)水廠自控系統(tǒng)于1999年7月交工驗(yàn)收后正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)8個(gè)月的正式運(yùn)行，積累了大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，于2000年3月進(jìn)行了一次系統(tǒng)性的運(yùn)行調(diào)試 。現(xiàn)僅介紹加礬系統(tǒng)和濾后加氯系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試。
2.1　自動(dòng)加礬系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)試
2.1.1　自動(dòng)加礬控制原理
　　 原理框圖如圖3。

　　加礬控制采用多參數(shù)復(fù)合環(huán)控制模式。
　　源水流量、源水濁度進(jìn)行前饋控制，根據(jù)模擬斜管濁度反饋進(jìn)行復(fù)合環(huán)控制，從而既能迅速響應(yīng)源水的變化，快速調(diào)整投礬量，又能自動(dòng)跟蹤模擬濁度并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在保證沉后水 濁度達(dá)到指標(biāo)的前提下，節(jié)約礬耗。
2.1.2　源水流量、濁度的前饋控制數(shù)學(xué)模型
　　源水流量和源水濁度為加礬控制參數(shù)：

　?Q礬=Q源水·Fi礬耗·Ki
　　式中?Q礬——投加礬流量，L/h
　　?　　Q源水——源水流量，m³/h
　　?　　Fi礬耗——礬耗(源水濁度的分段線性比例參數(shù)由運(yùn)行調(diào)試確定)，kg/ kt
?　　　　Ki——礬濃度參數(shù)(由運(yùn)行調(diào)試確定)
2.1.3.　Fi礬耗參數(shù)的確定?
　　Fi參數(shù)和Fi參數(shù)曲線的確定，分4步完成。
　　①?Fi參數(shù)的歷史檔案打印和數(shù)據(jù)整理。在監(jiān)控計(jì)算機(jī)和服務(wù)器中，已存有將近1年時(shí)間的Fi參數(shù)實(shí)時(shí)運(yùn)行檔案，以及與之相關(guān)的源水濁度、源水流量、源水pH值、模擬 斜管濁度、沉后水濁度、出廠水濁度、出廠水pH值等的運(yùn)行歷史檔案。對(duì)上述歷史檔案進(jìn)行 整理和優(yōu)化出一組Fi參數(shù)曲線。
　　②由水廠中心化驗(yàn)室做加礬絮凝試驗(yàn)，得出一組Fi參數(shù)曲線。
　　③將兩組Fi參數(shù)曲線進(jìn)行分析和計(jì)算，得出一組準(zhǔn)Fi參數(shù)曲線。
　　④將準(zhǔn)Fi參數(shù)曲線輸入1#PLC和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，進(jìn)入實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)試。其時(shí)，通過(guò)控制回流水的濁度來(lái)模擬源水濁度的變化，用20 d的時(shí)間對(duì)Fi參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)試，得到一組優(yōu)化Fi參數(shù)曲線，如圖4所示。

　　調(diào)試過(guò)程中，還對(duì)低濁度水庫(kù)水的Fi參數(shù)作了重點(diǎn)調(diào)試。在礬液濃度為1.0波美度(波 美度的測(cè)定采用波美度儀表，波美度Y與質(zhì)量分?jǐn)?shù)X的對(duì)應(yīng)公式在采用聚合鋁為絮凝 劑時(shí)為Y=0.6946X-0.489 6；在采用硫酸鋁為絮凝劑時(shí)為Y=0.69X-0.03)、源水流量為5 000m³/h、源水濁度≤10 NTU、加礬泵沖程為80%的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)行結(jié)果見表1。

表1　低濁水庫(kù)水不同F(xiàn)i值運(yùn)行結(jié)果 Fi(kg/kt) 條件 模擬斜管濁度（NTU） 出廠水濁度（NTU） 1.2 無(wú)回流水時(shí) ≤10 ≤0.5 有回流水時(shí) ≤14 ≤1.0 1.4 無(wú)回流水時(shí) ≤8 ≤0.5 有回流水時(shí) ≤10 ≤0.8 1.6 無(wú)回流水時(shí) ≤8 ≤0.5 有回流水時(shí) ≤8 ≤0.5

　　從表1中可以看出，對(duì)低濁度水庫(kù)水而言，F(xiàn)i＜1.2 kg/kt時(shí)，難于保證出廠水濁度≤ 1 NTU，故Fi參數(shù)選擇1.4～1.6 kg/kt為宜。
2.1.4 Ki參數(shù)的確定
　　Ki礬濃度參數(shù)的計(jì)算公式：
　　Ki=1/｛［(b+0.489 6)/0.696 4］×10｝
　　式中　b——礬液的波美度
　　在源水濁度≤10 NTU、源水流量為5 000m³/h、pH值為6.9～7.2之間、加礬泵沖程為80%、Fi=1.6 kg/kt的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，礬濃度分別為0.5、0.7?、1.0 波美度，均跟蹤運(yùn)行12 h，試驗(yàn)運(yùn)行效果詳見表2。

表2　不同濃度礬液處理水庫(kù)水的運(yùn)行結(jié)果 礬液濃度(波美度) 條件 模擬斜管濁度（NTU） 出廠水濁度（NTU） 0.5 無(wú)回流水時(shí) ≤8 ≤0.5 有回流水時(shí) ≤15 ≤1.2 0.7 無(wú)回流水時(shí) ≤8 ≤0.5 有回流水時(shí) ≤15 ≤1.2 1.0 無(wú)回流水時(shí) ≤8 ≤0.5 有回流水時(shí) ≤8 ≤0.5

　　從表2中可以看出，對(duì)低濁度水庫(kù)水而言，礬濃度＜1.0波美度時(shí)，難于保證出廠水濁度≤1 NTU，故礬液濃度采用1.0波美度為宜。
2.1.5　模擬斜管濁度的反饋控制參數(shù)
　　模擬斜管濁度是多參數(shù)加礬控制的重要反饋參數(shù)，該濁度值和濾前水濁度有對(duì)應(yīng)關(guān)系。加礬絮凝的工況需1.5～2 h后才能在濾前水濁度儀上反映，采用模擬濁度則在20 min左右馬上反 映加礬絮凝工況，使系統(tǒng)可以較快速度調(diào)整礬的投加量，保證濾前水濁度≤8 NTU。
　　反饋控制參數(shù)P(運(yùn)行比例參數(shù))、I(運(yùn)行控制周期，min)的運(yùn)行調(diào)試和確定分5步完成：?
　　①P、I系統(tǒng)的歷史檔案打印和數(shù)據(jù)整理。在服務(wù)器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)已存有P、I參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行歷史檔案，以及與之相關(guān)源水濁度、源水流量、源水pH值、模擬斜管濁度、沉后水濁度、出廠水濁度、出廠水pH值等的運(yùn)行歷史檔案。對(duì)上述檔案進(jìn)行整理，從而得出二組P、I參數(shù)。
　　②將第一組P1、I1參數(shù)輸入1#PLC，并進(jìn)行5d的跟蹤調(diào)試，同時(shí)詳細(xì)記錄和保存源水濁度、源水流量、源水pH值、沉淀水濁度、出廠水濁度、Fi參數(shù)、Ki參數(shù)等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)值。
　　③將第二組P2、I2參數(shù)輸入1#PLC，進(jìn)行與②相同的操作。
　　④將兩組P、I參數(shù)的運(yùn)行效果進(jìn)行分析和計(jì)算，得出一組參考性較強(qiáng)的P、I運(yùn)行參數(shù)。
　　⑤將這組參考性較強(qiáng)的P、I運(yùn)行參數(shù)輸入1#PLC投入運(yùn)行，并由計(jì)算機(jī)詳細(xì)記錄和保存與之相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，作為下一次運(yùn)行調(diào)試的依據(jù)。
　　用了15 d完成P、I參數(shù)的運(yùn)行調(diào)試，確定P為90，I為18 min。
2.2　濾后自動(dòng)加氯系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試
　　①濾后自動(dòng)加氯控制采用PLC和加氯機(jī)控制器互為備用的方式(冗余型)，運(yùn)行調(diào)試是針對(duì)P LC自動(dòng)加氯控制。
　　②PLC濾后自動(dòng)加氯控制采用余氯反饋控制模式，其運(yùn)行調(diào)試的主要內(nèi)容是P、I參數(shù)的調(diào)試，調(diào)試分5步完成，基本類同于加礬系統(tǒng)中的模擬斜管濁度反饋控制參數(shù)的運(yùn)行調(diào)試。
　　③用20 d完成本次濾后加氯的P、I參數(shù)優(yōu)化調(diào)試。

3　運(yùn)行調(diào)試結(jié)果

　　從運(yùn)行調(diào)試后一年的運(yùn)行效果看，水廠的出廠水濁度長(zhǎng)期穩(wěn)定在0.2～0.5 NTU、余氯在0.6～0.8mg/L、pH值在6.8～7.2范圍內(nèi)，礬耗、堿耗、氯耗比運(yùn)行調(diào)試前下降了20%左右。2 001年6月平均產(chǎn)水量為22×104m³/d，最高產(chǎn)水量達(dá)28.5×104m³/d，超過(guò)設(shè)計(jì)能力42.5%。所以，采用自動(dòng)化控制的現(xiàn)代化水廠在投產(chǎn)運(yùn)行后半年到一年的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行一次運(yùn)行調(diào)試是十分必要的。

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　　電　　話：(0577)86525608?
　　收稿日期：2001-05-29