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【摘要】針對自來(lái)水廠(chǎng)工藝老化資金有限的問(wèn)題，設計水廠(chǎng)在線(xiàn)監測系統，采用安科瑞，對原水濾后水、出廠(chǎng)水進(jìn)行采樣分析，并通過(guò)基于組態(tài)的上位機系統實(shí)現水質(zhì)數據的實(shí)時(shí)監測。該系統指導了水廠(chǎng)工藝生產(chǎn)，提高了經(jīng)濟效益。 【關(guān)鍵詞】自來(lái)水在線(xiàn)監測；PLC；經(jīng)濟效益 0引言 近年來(lái)，我國水源地污染日益嚴重是城市供水行業(yè)面臨的主要問(wèn)題，這增加了城市自來(lái)水廠(chǎng)供水處理難度。我國城市供水行業(yè)以提高供水質(zhì)量、改善供水服務(wù)、優(yōu)化供水成本和保障供水安全為總體目標，因此部分水廠(chǎng)原有的混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒等常規凈水處理工藝都面臨升級改造的需要，要對水廠(chǎng)水處理系統做出整體的生產(chǎn)效能評價(jià)，使其在水質(zhì)達標的前提下盡量節省能耗控制生產(chǎn)運行成本。 水質(zhì)在線(xiàn)監測在原有老工藝基礎上建立了自動(dòng)監測系統，及時(shí)反映水廠(chǎng)各環(huán)節水質(zhì)變化，在盡量減少投資成本、節省能耗、控制生產(chǎn)運行成本的同時(shí)，更好的指導生產(chǎn)。本文設計的水處理在線(xiàn)監測系統，可用于水處理的各個(gè)環(huán)節，目前該系統己應用于秦皇島市自來(lái)水有限公司海港水廠(chǎng)，優(yōu)化了水廠(chǎng)水處理方案，提高了經(jīng)濟效益。 1在線(xiàn)監測系統組成 目前，在線(xiàn)監測比較成熟的常規監測項目有：水溫、PH值、溶解氧、電導率、濁度、COD、TOC、氨氮等等。對于水廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，由于資金有限、選擇濁度進(jìn)行監測。 濁度表示溶于水中的物質(zhì)及懸浮于水中物質(zhì)對光線(xiàn)透過(guò)時(shí)所發(fā)生的阻礙程度。它的標準單位是l升蒸餾水中含l毫克二氧化硅，叫做1毫克／升(NTU)的渾濁度。濁度是生活飲用水和某些生產(chǎn)用水的重要指標之一，國家發(fā)布的《生活飲用水衛牛標準》要求飲用水濁度不能超過(guò)l。 水廠(chǎng)資金有限，無(wú)法在工藝的各個(gè)環(huán)節安裝濁度儀，考慮到對生產(chǎn)的指導意義，先在四閥車(chē)間和虹吸車(chē)間監測經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的水質(zhì)濁度(NTU)。四閥車(chē)間有六組濾池，但僅有一臺濁度儀，為每組濾池安裝一條采樣管，濁度儀安裝在下方，利用重力作用讓采樣水自動(dòng)流到儀器中，在每條采樣管上安裝自動(dòng)和手動(dòng)閥門(mén)，可以按鈕操作控制采樣哪一組濾池：虹吸車(chē)間有三組濾池，也共用一臺濁度儀，利用采樣泵抽取濾后水沿著(zhù)采樣管為濁度儀供水，用按鈕操作控制采樣哪一組濾池。然后，陸續又在水廠(chǎng)原水及出廠(chǎng)水處安裝濁度儀。水廠(chǎng)原水來(lái)自?xún)蓚�(gè)水源地：石河水庫、桃林口水庫。原水進(jìn)入水廠(chǎng)后，要經(jīng)過(guò)蓄水池，水會(huì )在蓄水池中存儲2～3小時(shí)候才進(jìn)入沉淀池，考慮到原水濁度對加藥量的指導意義，把濁度儀安裝在沉淀池進(jìn)水口，水廠(chǎng)有半流、斜板兩個(gè)沉淀池，每個(gè)沉淀池進(jìn)水處各安裝一臺濁度儀。 出廠(chǎng)水濁度儀安裝在供水泵房，泵房有六臺清水泵，需要在每臺泵的出水口各安裝一臺濁度儀，考慮到資金問(wèn)題，共用一臺濁度儀，手動(dòng)操作取水。 2系統控制方案 2．1系統硬件設計 水廠(chǎng)在線(xiàn)監測系統采用上位機結合下位機PLC的方案。PLC實(shí)質(zhì)上也是一臺計算機，其硬件結構基本上與我們常用的微機相同，即由微處理器(CPU)、存儲器(EPROM、ROM)、輸入輸出(I／O)模塊、外設i／o接口、電源等組成。各部分通過(guò)總線(xiàn)(電源總線(xiàn)、控制總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn))連接而成。它是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有結構簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、可靠性高、控制功能強、靈活通用、易于編程、使用維護方便及體積小、功耗低等特點(diǎn)，十分適合用于在線(xiàn)監測系統的控制。 水廠(chǎng)在線(xiàn)監測系統為安科瑞AcrelEMS管理平臺。水廠(chǎng)監控儀表使用APM520系列，為PLC200提供一個(gè)4~20mA的電流，經(jīng)過(guò)處理后，傳ITechnologyInnovation，／技術(shù)創(chuàng )新輸到上位機。 為了避免數據由于距離而引起衰減，PLC200系列裝置放在了虹吸車(chē)間距濁度儀很近的位置。由于上位機要放在辦公樓，距虹吸車(chē)間有300多米的距離，普通屏蔽電纜無(wú)法保證遠距離數據傳輸的準確性，水廠(chǎng)在這段距離上鋪設了光纖，保證了數據實(shí)時(shí)準確傳輸。 3成果分析 3．1對生產(chǎn)指導意義 
圖1四閥車(chē)間濾后水濁度歷史曲線(xiàn)圖 從歷史曲線(xiàn)看過(guò)濾效果，以四閥車(chē)間為例，反沖后，濾后水濁度由0．4NTU~jlNTU用時(shí)lid'時(shí)。若監測曲線(xiàn)突然發(fā)生變化，即圖中梯度迅速時(shí)，說(shuō)明濾池濾速變慢，過(guò)濾效果變差。需首先考慮沉后水是否發(fā)生變化，原水水質(zhì)是否惡化，然后判斷濾池是否出現故障。 根據歷史曲線(xiàn)調整反沖水操作時(shí)間，以四閥車(chē)間為例。反沖后，濁度偏高，此時(shí)需打開(kāi)初濾水閥門(mén)(出水閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài))，根據曲線(xiàn)，當濁度降~UINTU時(shí)，關(guān)閉初濾水閥門(mén)，打開(kāi)出水閥門(mén)，以防止反沖后高濁水進(jìn)入清水池，影響出廠(chǎng)水水質(zhì)。 從監測歷史曲線(xiàn)分析水質(zhì)變化與反沖周期，根據變化周期對四閥車(chē)間進(jìn)行反沖洗，在春秋冬三季時(shí)，水廠(chǎng)四閥濾池基本保持這種濾速運行，當夏季水質(zhì)變差時(shí)，濾池的工作周期會(huì )更短。 3．2經(jīng)濟效益 自2013年水質(zhì)在線(xiàn)監測系統投入使用，至2015年底，在來(lái)水相對穩定的情況下，各項生產(chǎn)指標均有降低，藥耗由8．97降到了3．14，節約三氯化鐵318．74公斤，每噸三氯化鐵1200元，節約資金38萬(wàn)元。原水利用率由97．06％提高~U98％，節約自用水量636．0381千立方米，原水水價(jià)每噸0．79元，節約資金50萬(wàn)元，共節約資金88萬(wàn)元。 4 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺 4.1平臺概述 安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，著(zhù)重監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行安全可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。 4.2平臺組成 AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。 4.3平臺拓撲圖
4.4平臺子系統 4.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控 對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。 監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常警報等數據。
4.4.2電能質(zhì)量監測與治理 水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。
4.4.3電動(dòng)機管理 馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和警報。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。
4.4.4能耗管理 為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。 將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。 能耗數據統計采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。 能效分析按三級計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/先進(jìn)指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。
4.4.5智能照明控制 系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能、舒適的目的。
4.6電氣安全 4.6.1電氣火災監測 監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。 4.6.2消防應急照明和疏散指示 根據預先設置的應急預案快速啟動(dòng)疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。 4.6.3消防設備電源監測 監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。
4.6.4 防火門(mén)監控系統 防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控能發(fā)出警報信號，能指示警報部位并保存警報信息，保障了電氣安全的可靠性。 4.7 環(huán)境監測 污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。
4.8分布式光伏監測 實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。 平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。
4.9工藝仿真監控 平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。
5相關(guān)平臺部署硬件選型清單 5.1電力監控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機管理及配電室環(huán)境監控系統
6結束語(yǔ) 系統以安科瑞為核心，通過(guò)上位機實(shí)現水質(zhì)在線(xiàn)監測。本系統運行可靠，可使水廠(chǎng)及掌握水質(zhì)變化情況，及時(shí)對生產(chǎn)進(jìn)行調整，在指導生產(chǎn)的同時(shí)提高了經(jīng)濟效益。 |
