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?摘 要：介紹了改革開放以來浙江省供水行業自動化技術的應用、發展情況，分析了發展過程中存在的問題，提出了今后供水自動化的發展方向。
關鍵詞：DCS系統；自動加氯加礬系統；SCADA系統；定位；質量控制
中圖分類號：TU991.62
文獻標識碼：B
文章編號：1000-4602(2001)04-0033-04
1 應用現狀
浙江省水協于2000年8月進行了一次自來水行業自動化技術應用情況的抽樣調查，調查內容涉及到水廠監控系統、水廠操作自動控制、自動加氯、自動加礬、水泵變頻調速、SCADA系統、供水管網信息管理系統、營業收費系統等8個主要方面，涉及35個水司，71座水廠。
從調查統計數據可以歸納出：
①水廠自動化在近10年間獲得了長足進步
a.1990年初，杭州市自來水公司與哈爾濱建筑大學合作，在全國率先研究成功了SCD單因子自動投藥控制技術；杭州市“八五”應急工程利用加拿大政府貸款，實現了4個水廠的自動加氯加礬及DCS集散控制系統；率先采用了美國MOTOROLA公司的MOSCAD通信系統；利用世界銀行貸款及國內自籌資金，建成了全省最大的60×104m3/d的九溪水廠，并使其實現全自動控制，全廠定員只有60人。
b.寧波自來水公司5個水廠中有3個建成了DCS自動監控系統，3個水廠實現了自動加氯加礬，并建成了全自動控制的15×104m3/d規模的北侖水廠。
c.溫州自來水公司利用世界銀行貸款，建成了全自動控制的10×104m3/d的西山水廠，并利用自籌資金在新陽岙水廠和東向水廠中實施了DCS系統和自動加氯加礬系統。
d.金華山嘴頭水廠在全省率先實施了自動加氯和計量泵加礬，嘉興石臼洋水廠、湖州城西水廠實施了監測DCS系統，臨安第二水廠、臺州路橋水廠、嘉善第二水廠、奉化新水廠、中國輕紡城水廠以及樂清水廠等一大批中小水廠也有了一定規模的自動化應用。
e.大批在建水廠，特別是紹興宋陵水廠、溫州珊溪水廠、余杭城北水廠、麗水和嵊州新水廠等，自動化程度都相當高，有的可以實現全自動控制。自動化技術的應用極大地提高了水廠的供水水質、提高了供水的安全可靠性，也提高了公司的管理水平，創造了良好的經濟效益和社會效益。
②水廠自動化的幾種不同模式
“城市供水行業2000年技術進步發展規劃”將自動化技術應用劃分為四個水平。一類水司要求“采用國際上比較先進成熟的集散系統”、“采集較完整的工藝參數”，具備“生產過程自動控制與信息管理功能”，應用率>99.8%；二類水司要求“能采集必要的工藝參數”，具有對“生產過程監控的功能”，應用率>95%；三類水司要求“用計算機集中監測水廠工藝主要參數及主要設備運行狀態”；四類水司要求“水廠連續監測出廠水質、流量、濁度及余氯”。
結合上述劃分方法，根據調查結果看，浙江省水廠自動化大概可分為五種不同的模式：
a.全自動DCS系統+自動加氯加礬系統，實施該種模式的水廠統計結果見表1。
b.水廠監測DCS系統+自動加氯加礬系統，實施該種模式的水廠統計結果見表2。
c.自動加氯、加礬系統，統計結果見表3。
d.出廠水質自動監測，在被調查的35個水司和71座水廠中，全部實現出廠水質自動監測。
e.SCADA系統，實施SCADA系統的水司比例較高(54.28%)，統計結果見表4。表1 實現水廠全自動控制的統計結果水司類別水廠總數 實施水廠數 供水能力(km3/d) 實施比例(%)(按水廠數) 實施比例(%)(按供水量)一類 6 1 42二類 8260 16.7三類 16 25 25四類 41總計 71 3 4.23表2 實現水廠監控的統計結果 水司類別 水廠總數實施水廠數供水能力(km3/d) 實施比例(%)(按水廠數) 實施比例(%)(按供水量)一類 6 5 140 83.3 979二類 86131.5 75 88.85三類 16 3 29.5 18.5 27.65四類 41 14 34.15總計 71 2839.44表3實現水廠自動加氯加礬的統計結果 水司類別 水廠總數 實施水廠數 供水能力(km3/d)實施比例(%)(按水廠數)實施比例(%)(按供水量)一類 6 5 5 83.3 83.30二類 8 6 5 75 62.50三類 165 6 31.2537.50四類 41 16 12 39 29.27總計 71 32 28 45 39.44表4實現水廠SCADA系統的統計結果水司類別 水司總數 實施水司數 實施比例(%)(按水司數)一類 1 1 100二類 2 1 50三類8 4 50四類 24 1354.17總計 35 19 54.28
SCADA系統主要有進口、國產的兩種。杭州水司采用美國MOTOROLA公司的MOSCAD系統，溫州、湖州、金華等水司采用的是上海公用事業研究所或浙江大學等單位研制的PLC+RADIO系統。
在調查中，還有一部分單位沒有反饋，可視為尚未實施自動化技術，其數量約為總數的1/2。因此可以認為，全省供水行業實現了出廠水質自動監測的約占50%，實現自動加氯加礬的約占25%，實現水廠DCS系統進行自動監測和建立SCADA的約占20%，實現水廠全自動控制的約占2.1%。
③水廠的計算機管理系統正在發展
在水廠實施自動化技術的同時，各水司計算機應用已普及到營業、管網管理、材料、計劃、財務、勞資、設計與施工的各個階段，如杭州水司應用于管理的計算機已達140多臺。
調查顯示，目前建立供水管網信息管理系統的有10個水司，占水司總數的28.57%，建立營業收費系統的有24個水司，占水司總數的68.57%。另外還有部分水司建立了管理生產網絡、為民服務熱線等管理系統，統計結果見表5。表5 實施計算機管理系統的水司水司類別水司總數 實施管網信息管理的水司數 實施營業收費系統的水司數 實施管網信息管理的比例(%) 實施營業收費系統的比例(%)一類1 1 1100 100二類 2 1 2 50 100三類 8 1 6 12.5 75四類 24 7 15 29.2 62.50總計35 1024 28.57 68.57
④水泵變頻調速系統得到應用
有28個水廠實現了水泵變頻調速，占被調查對象的39.44%，統計結果見表6。表6 實施水泵變頻調速的統計結果 水司類別水廠總數實施水廠數 實施比例(%)(按水廠數)一類 6 0 0二類 8 0 0三類 16 6 37.50四類 41 2253.66總計 7128 39.44
調查顯示，變頻調速技術已在縣級水廠得到大量推廣。
2 存在的問題
由于歷史和現實的原因，供水行業自動化的總體發展水平還不高，今后在自動化技術的推廣和發展方面還面臨許多工作要做。從調查情況看，存在的問題可以歸納為：
①總體發展水平低
a.作為供水水質保證的加氯加礬系統，還未實施自動化的水廠約占總數的75%。盡快普及加氯加礬系統的自動控制是這些水廠的迫切任務。
b.大多數新建水廠按規劃要求建立了自動化系統，而老廠自控系統配置相對落后，老廠的改造任務相當艱巨。
c.縣城水廠大多數仍維持較原始的管理方式。
d.水廠自動監測系統(DCS或CCS)的普及率還不到20%。
e.全省還沒有一個水司全面實現了自動控制。
②發展不平衡
大城市的水廠自動化程度相對較高，現有的幾個自動化水廠分布在杭州、寧波、溫州等地，但中小城市特別是城鎮水廠則相對落后，不少縣市的調查表收不上來，主要原因是還沒有實現自動化。這表明，大水廠和小水廠有區別，省內水廠之間的發展水平很不平衡。
③維護管理跟不上
管理上問題較多，自動化系統建立后的管理水平顯得滯后，影響了自動化功能的正常發揮，主要原因是受管理人員的技術素質和水廠傳統觀念的束縛，造成目前管理水平的落后。提高水廠管理水平，提高管理人員素質是當前水廠管理的重要課題。
④規劃和設計上存在盲目性
不同類型的水廠自動化分別應該達到什么程度?如何配置才是科學的和合理的?調查顯示，在有限的資金條件下，自動化系統配置的合理性和可用性仍需要探索和改進。
3 發展方向的探討
①各水司應該根據自己的具體情況，采取分階段實施方案，以合理的資金和順序發展自動化技術。各水廠自動化的發展順序按照重要程度可以安排為：自動加礬加氯→生產監測DCS系統→SCADA系統→生產工藝自動控制→全廠自動化。
②按照“城市供水行業2000年技術進步發展規劃”的精神，對不同的水司應有不同的定位要求。在“十五”期間可提出以下定位目標：對設計能力>50×104m3/d的水司，要求采用完整的SCADA系統和DCS系統，并實現全公司計算機管理，包括全公司的管理網絡、管網信息管理、營業收費、服務熱線等；對設計能力>10×104m3/d的水廠，要求推廣自動監測DCS系統，有條件的上全自動控制的DCS系統，普及自動加氯加礬系統；對設計能力為(5～10)×104m3/d的水廠，要求采用自動加氯加礬系統，對出廠水進行全自動監測，有條件的上DCS或CCS系統；對設計能力為(2～5)×104m3/d的水廠，要求具備自動加氯系統，并做到出廠水質的自動監測。
③對于自動加氯，在有條件的水廠可實施流量配比的復合環控制，一般水廠實施流量配比即可；對于自動加礬，不茍于一種模式，只要達到能利用計算機切實控制沉淀池出水濁度達標即可，不必強求全自動。
④自控系統是硬件設備和軟件功能的有機結合。一個優良的自控系統，追求的不是配置的豪華和造價的昂貴，而是從系統模式和整體設計上都符合凈水、供水、售水的需要。各個子系統之間，在設計上滿足合理配合和聯系，在系統功能、性能指標、經濟指標、可靠度要求等綜合數據考核上達到工藝的需要，追求最佳的性能價格比。
目前，應該強調的是自控系統軟件的質量。自控系統硬件設備的數量和技術指標，容易被重視和掌握，而軟件的技術功能指標，同樣是衡量一個自控系統可靠性、先進性的主要依據。因此，控制軟件的可靠性、實時性、完善性、可操作性、容錯技術和自診斷功能是自控系統的關鍵技術。檢驗和衡量供水行業自控軟件的考核指標，應該包括以下9項內容：操作指令的執行時間(≤3s)、冗余系統的切換時間(≤30s)、計算機畫面上數據刷新周期、在72h內允許的通信故障發生的累計時間和一次故障的最長時間、數據通信負載容量和考核方法、故障發生到屏幕顯示時間(≤3s)、PLC控制器對一次儀表數據的采集周期(≤20s)、PLC控制器之間詢問時間和等待時間(一般為1～2s)、計算機之間詢問時間。
⑤為與國際先進水平接軌，下一步應實現自控系統與其他系統的聯機應用，如DCS系統與SCADA系統、公司管理網絡、管網信息管理系統、公司服務熱線系統等，以充分發揮自控系統的作用，實現優化調度，創造更大的效益。
4 今后應注意的問題
①提高對自動化的認識
供水行業自動化是當今的必然發展趨勢，其重要性體現在：
a.是我國供水行業與國際接軌的需要。
b.是提高供水水質和提高供水可靠性的重要途徑。
c.是提高供水服務質量的需要。
d.是降低制水成本、降低電耗、漏耗的重要途徑。
總之，它是實施現代化管理的需要，這個觀念應當進一步牢固樹立。
②自動化實施中的質量控制
自動化實施中的質量控制十分重要，否則會進入“開始自動—不久手動—最后不動”的模式。要抓住的主要環節是：
a.對設計最好請專家咨詢審查，施工安裝一定要實施招投標。
b.由于水廠自動化具有其自身的特殊性，應當選擇對水廠自動化有成功經驗并有良好信譽的設計和安裝單位來承接工程。
c.設備選用國外著名廠家的產品是實施自動化的重要基礎。由于自動化技術設備的設計制造與國家的整體工業水平有關，目前我國生產的產品尚不能完全滿足供水行業應用的需要。
d.應選擇在中國有服務基地，能提供良好善后服務，業主容易獲得備件和技術咨詢的設備供應商。
e.管理人才的配備必須從建設階段就要考慮，沒有管理就沒有自動化。
③自動化系統的維護管理
a.采取社會化分工：供水行業自動化對自來水公司的管理工作提出了比以往高得多的要求，對大部分水司來說，現有的技術力量(包括計算機、儀表、網絡、軟件方面的人員)不能完全勝任自動化系統的維護、開發和管理工作。因此，可以和大專院校或專業公司聯合，采取社會化分工來實現高質量的維護、開發、提高工作。
b.水廠的人才培訓：這是提高管理水平的重要環節，管理人員應該由工程師擔任，應盡可能在設備引進和談判階段就安排工程技術人員參加，使之了解水廠建設的全過程，并在以后為技術人員創造培訓和學習條件，培養各水司自已的技術人才。
致謝：
本文是在教授級高工洪覺民同志的悉心指導下完成的，謹致謝意。來源：http://www.ca800.com
（信息來源：機械電子頻道子站）
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