——石家莊市潤石水廠自動加藥系統簡介

張建弟 袁乃煜

　　一、引言

　　混凝是指在原水中加入一定量的藥劑，經充分反應后，使水中的懸浮物和膠體雜質形成易于沉淀的大顆粒絮凝體，在后繼處理過程中分離去處的過程；是水處理過程中的一個重要環節。對后繼沉淀、過濾和消毒工藝的效果有很大的影響，在凈水技術中有著十分重要的地位。
　　專家系統是指計算機控制與生產實踐相結合所產生的，適合各行業或不同工藝環節的專業控制系統。它以保證和提高生產過程中的經濟性、穩定性和安全性為目標，是自動控制技術的發展方向，對促進生產力的發展，促進各行業技術水平的提高發揮著越來越重要的作用。
　　石家莊市第八水廠建于二十世紀九十年代初期，由地方政府投資并引進澳大利亞貸款850萬美元，總投資額6．2億元人民幣，凈水廠區占地214畝，日供水能力為30萬立方米，凈水技術采用傳統的混凝、沉淀、過濾和消毒工藝。原水來自位于市區西北幾十公里的滹沱河上游的兩個串聯水庫，水庫水質較好，達到國家二類飲用水水源標準。投資中，澳方貸款部分主要用于引進設備、儀器儀表和自動控制技術，使水廠具有較高的配置和技術水平，在國內供水行業中處于領先地位。但是自投入運行之日起我們便發現，在總體水平較高，處理水水質較好的同時，還有一些不盡如人意的環節。特別是控制部分。原設計自動加藥、自動加氯和送水機變頻調速恒壓供水等目標一直沒能調試成功。
　　在加藥自動控制中，鑒于生產工藝及構筑物、設備等都已定型的情況下，加藥量的是否最佳是影響混凝效果和整個水廠處理效果的關鍵因素，為保證水廠處理水水質的穩定性降低藥耗，提高經濟效益，充分發揮現有設備的作用，我廠選擇了“自動加藥系統”為攻關課題，歷時兩年時間，取得了一定的成績，收到了良好效益。

　　二、 原加藥控制單元組成、原理及存在的問題

　　1、組成及控制原理
　　我廠原加藥控制系統是大多數引進水廠都采用以流量信號作為前饋，游動電流信號作為負反饋控制加藥泵的流量。主要硬件組成有：入廠水流量計、加藥流量計、游動電流分析儀、可調加藥泵、可編程控制器及其它設備。控制思想利用入廠水流量開環控制加藥量，減小入廠水流量對系統的影響；用SCD監測加藥后混凝效果，以其作為負反饋，形成閉環控制，控制加藥泵流量，使加藥混凝達到理想效果。
　　2、存在問題
　　控制理論及思想是成熟的，但在實際運行中該系統自始至終都沒能投入運行，主要原因有：①流量信號波動頻繁和SCD信號不穩定，這些都導致系統難于穩定，操作機構不斷調節，無法投入自動。②原控制設計思想存在缺陷，沒有考慮在不同的水質條件下，加藥的SCD響應曲線發生重大變化，導致調節參數不合適，若不修正會導致SCD值在大范圍變化，加藥投加量不合適，系統難于穩定運行。從而不能正常工作，這是絕大多數基于此種設計思想的水廠不能實現自控的主要原因。②我廠處理工藝在廠區分為兩個系列，原設計加藥控制系統為兩線同時運行，而在實際中需要兩線進水單線運行時無法使用。

　　三、混凝專家系統簡介

　　1、混凝專家系統硬件組成
　　我們在原有的硬件基礎上增加了PLC的內存容量，由2K增加到4K，通過編制軟件實現自動控制。
　　2、混凝專家控制系統原理
　　a、提出“兩線分離”的控制思路，引入了平流沉淀池運行方式參量，增加了單雙線運行的判斷，將兩線分開獨立控制，可以區分不同的運行方式分別自動選用相應流量信號控制加藥泵投加藥液(運行方式見附錄1)，這樣就解決在自動運行中不能單線處理的矛盾；
　　b、改變原有程序增加數字濾波系統，此方法可在不增加任何硬件的基礎上，既可達到要求。我們對流量選用遞推平均濾波，使流量曲線平滑，取得了良好的控制效果(見附錄2)；對SCD負反饋信號采用帶死區的PI調節(見附錄3)，減少由于SCD波動引起的系統頻繁調節，增加系統穩定性、減少了加藥泵的調節、延長加 藥泵的使用壽命；
　　c、通過混凝實驗及歷史數據的統計分析，得出不同季節的投加規律，采用不同的算法，改變流量比例系數和閉環控制的PI參數。根據濁度信號，并且進一步考慮水溫度、PH值對混凝的影響，使系統更趨完善，更加適應我市水廠的實際運行。
　　由于它們的引入，極大的完善了加藥的自動控制，將給水理論中“濁度作為反映雜質含量的指標，是影響對混凝劑的需求量的重要指標”的理念引入到了控制系統，才給SCD創造了一個合適的工作環境，從而發揮作用。通過將水質參數的引入，使自控技術真正的與水處理專業相結合，形成了真正屬于水處理專業的這個“專家系統”。

　　四、該系統存在的不足及我們下一步的構想

　　1、目前，我廠是根據不同季節的水源水質特點，總結歷年的投加規律，結合混凝實驗數據，調節SCD的控制控制參數，它存在著調節分段不能連續控制，控制參數調節不及時等弊端。
　　2、今后，我們將利用原水的濁度信號以及不同季節的水溫，PH等水質特性直接控制藥液的投加，達到SCD參數的自動調節實現加藥的連續控制，這樣本系統將進一步完善，并且更適應我國地表水處理的國情，可以在國內同類水廠進行推廣。

　　附錄１
　　梯形圖控制程序設計思路如下：
　　1）在雙線運行時，我廠三臺加藥泵兩用一備的運行方式。即：1、2；2、3；1、3分別向兩線投藥。
　　2）在單線運行時，我廠采取一用一備的運行方式
　　　a、一線運行時，使用1、2號加藥泵，一用一備向一線投藥；
　　　b、二線運行時，使用2、3號加藥泵，一用一備向二線投藥。
　　3）當單線運行時，為防止因單線運行形成一條管線內“死水”而變質，通過閥室手動閥門，將兩線水同時注入一系列進行處理。
　　　a、當一線運行時，1、2號沉淀池在運行（“IN SERV”）狀態，3、4號沉淀池退出運行（“IN SERV”）狀態，使用流量信號之和控制1或2號加藥泵。
　　　b、當二線運行時，1、2號沉淀池退出運行（“IN SERV”）狀態，3、4號沉淀池在運行（“IN SERV”）狀態，使用流量信號之和控制2或3號加藥泵。
　　　c、當兩線運行時，1、2、3、4號沉淀池均在運行（“IN SERV”）狀態，使用1和2流量信號分別控制加藥泵。
　　運行方式見下表：（見下表）

　　附錄2：
　　流量采用遞推平均濾波：

　　n=100；采樣周期80mS經過濾波后效果見下圖：

　　附錄3：
　　在PI控制回路中，由于加入了前饋調節致使控制負荷變化減小，控制精度要求較高，并且要求加藥泵不能頻繁調節，因此我們采用帶死區的比例積分（PI）控制。

　　當│E（t）│＞│e₀│時
　　U（s）=KpE(s)+ki×[E（s)/s]
　　Kp為比例系數，Ki為積分系數

　　當│E（t）│＜│e₀│時
　　U（t)=0或U（s）=0
　　將上式離散化后得到
　　U（s）=Kp[E（s）-E（k-1)]+E(s)/Ti
　　我們為編程方便將上式簡化為偏差系數控制算式
　　△U(s)=AE（s)-BE(s-1)
　　A=K_p+Ki;B=Kp+2Ki
通過對不同季節的原水，經過混凝實驗后，得到最佳投加比率，采用工程整定中的響應曲線法，既可得到不同季節水質的控制響應的曲線。通過修改參數，既可將系統投入自動控制。

控制程序