某小型水厂加药自动化系统改造

1 引言
    广东省某水厂共有一套取水机泵，取水后原水分两路分别制水。一路为日产1．2万吨的老式脉冲澄清池系统，一路为日产2万吨的折板反应及双阀滤池系统。
    加药系统配药池为两个，一用一备，药液的澄清液池为共用。两套制水系统分别用两台计量泵进行手动投加。
    为节省工人劳动强度，稳定出厂水质，需对加药系统进行自动化改造。根据现场情况和该水厂对自控系统的要求，加药系统自动化改造的主要范围包括以下几个部分：
    (1)水厂加药系统的两个配药池由人工切换改为自动切换。
    (2)药池进水、水位及搅拌机控制改造为自动控制。
    (3)增加原水浊度计、原水流量计、超声波液位计作为控制条件。
    (4)增加变频器、冲程控制器，对计量泵进行自动控制，达到加药量的最优控制。

2 加药自动化主要工艺过程PLC控制流程
    加药自动化系统工艺过程主要包括配药、搅拌机、药池切换及计量泵等工艺过程的控制，其中配药、搅拌机、药池切换等工艺环节实现自动化主要能达到节省劳动强度，提高生产效率的作用，而计量泵的自动控制则主要影响到水厂的出厂水质，具有节省药耗、节省电耗、优质供水的作用。下面主要对配药、搅拌机、药池切换自动控制PLC控制流程进行介绍。
    (1)配药
    药池进水电磁阀由键盘或鼠标控制，PLC监控药池液位的变化情况。
    开阀门条件：
    ·有键盘输入命令；·阀门控制方式“自动”；
    ·电磁阀无故障。
    药池水位监控：
    ·液位低于0．33米(下限值)时，PLC驱动喇叭报警并开进水阀门。
    ·药池液位上升至0．85米，应自动开搅拌机。
    ·药池液位上升至1．43米(上限值)时，关进水阀门。·药池液位大1．45米(报警值)时，应报警。
    ·澄清池液位低于0．30米(下限值)时及大于1．48米(报警值)时，PLC驱动喇叭报警。
    ·电磁阀故障—报警
    (2)搅拌机
    由PLC按周期自动控制其开／停。
    启动条件：
    ·药池液位应大于0．85米；·搅拌机无故障，并处于停止状态；·根据运行周期应启动或有键盘输入命令。
    停止条件：
    ·搅拌机正在运行； ·根据运行周期应停止或有键盘输入命令。·药池液位低于0．85米
    (3)药池切换
    药池切换和提升泵开／停控制由现场仪表和电气线路根据药池液位自动完成，PLC对异常情况进行监控报警。
    ·正在使用的药池液位低于1．0米，同时另一药池液位低于0．35米时，应报警提示配药。
    ·正在使用的药池液位低于0．3米时，应报警提示(药池不能自动切换)。
    ·正在运行的提升泵，其运行信号丢失持续3秒或泵故障时应报警并提示。
    ·三向电动阀门过流故障应报警提示。
    ·药池切换完成3秒后，若无提升泵运行信号，应报警。

3 计量泵自动控制系统
    计量泵控制是加药系统自动化改造的重点。国内外对药液投加的控制方式包括很多种方法，根据本水厂的状况，选择了采用原水浊度、原水流量前馈控制，药液投加率反馈的控制系统，利用经验公式对计量泵进行自动控制。
3．1 系统的基本原理
    采用原水浊度、原水流量前馈控制，药液投加率反馈的控制系统省去了游动电流检测仪，其控制原理是：水厂根据以往经验得出投加公式，PLC根据原水流量、浊度的变化，按照投加公式自动调节计量泵的频率和冲程，从而改变投药量：通过实践逐步修正投加公式，最终实现由计算机根据原水流量和投加率自动调整投药量。
    计量泵由原水流量确定，铝投加率主要根据原水浊度确定，频率则根据投加率、冲程和计量泵的药液流量计算得出。(见图1)。

3．2 计量泵冲程和频率计算公式

   

    注：上式由现有PLC系统设定的公式整理后得出，其中计量泵频率由原水流量确定，铝投加率主要根据原水浊度确定，原水温度对投加率的影响不超过7．5％，冲量则根据投加率、频率、药物中A1203的含量和计量泵的额定流量计算得出。
    瞬时投加量(m3／h)=最大投加量(m3／h)×冲程(％)×频率(％)

   
3．3 系统的基本配置
    一个加药多功能控制柜核心设备是两台变频器、两台冲程控制器、一台药液流量计和一套PLC。它根据原水流量和浊度，经过信号处理，去控制计量泵的频率和冲程，从而控制药液的投加量。计量泵的配置是一用一备，加药多功能控制柜可根据计量泵的设备情况和运行累计时间去选择开泵，平均计量泵的工作时间，延长使用寿命。控制方式分为本地控制，保留远程控制的接口。本地控制方式下药液投加量由原水浊度和原水流量决定的计量泵冲程和频率控制。如将来接入计算机中央控制室进行界面控制，则远程控制方式根据生产情况，在计算机设定冲程和频率，计量泵则按设定值进行药液投加。计量泵控制方式分为手动和自动，手动控制是在现场控制柜面板上手动启停计量泵。自动控制是通过PLC程序进行启停计量泵。具体开几号泵及开几台，由现场生产情况决定。

4 采用原水浊度、原水流量前馈控制，药液投加率反馈的控制系统的优缺点

    优点：
    (1)价格相对较低。
    (2)维护较容易。
    (3)系统使用寿命较长。
    缺点：
    经验公式必须由累积多年的数据，才能得出比较理想的控制公式。如果套用其他水厂的经验公式，效果比较难保证。

5 结语
    本水厂加药控制系统投入运行时间近二年，从实际运行效果看，系统的准确度和设备稳定性都比较理想，满足净水工艺要求。该方法设计简单，投资经济，运行维护方便。该系统适用于供水量不大，资金比较紧缺的水厂，系统的成功运行为中小型水厂加药系统自动投加控制的提供了一个有益参考。