近年來,，我國水源地污染日益嚴重是城市供水行業(yè)面臨的主要問題,，這增加了城市自來水廠供水處理難度。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(biāo)，因此部分水廠原有的混凝,、沉淀,、過濾、消毒等常規(guī)凈水處理工藝都面臨升級改造的需要,，要對水廠水處理系統(tǒng)做出整體的生產(chǎn)效能評價,，使其在水質(zhì)達標(biāo)的前提下盡量節(jié)省能耗控制生產(chǎn)運行成本。

水質(zhì)在線監(jiān)測在原有老工藝基礎(chǔ)上建立了自動監(jiān)測系統(tǒng),，及時反映水廠各環(huán)節(jié)水質(zhì)變化,，在盡量減少投資成本、節(jié)省能耗,、控制生產(chǎn)運行成本的同時,，更好的指導(dǎo)生產(chǎn)。本文設(shè)計的水處理在線監(jiān)測系統(tǒng),，可用于水處理的各個環(huán)節(jié),，目前該系統(tǒng)己應(yīng)用于秦皇島市自來水有限公司海港水廠，優(yōu)化了水廠水處理方案,，提高了經(jīng)濟效益,。

1在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

目前，在線監(jiān)測比較成熟的常規(guī)監(jiān)測項目有：水溫,、PH值,、溶解氧,、電導(dǎo)率、濁度,、COD,、TOC、氨氮等等,。對于水廠來說,，由于資金有限、選擇濁度進行監(jiān)測,。

濁度表示溶于水中的物質(zhì)及懸浮于水中物質(zhì)對光線透過時所發(fā)生的阻礙程度,。它的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)之一,，國家發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)牛標(biāo)準(zhǔn)》要求飲用水濁度不能超過l。

水廠資金有限,，無法在工藝的各個環(huán)節(jié)安裝濁度儀,，考慮到對生產(chǎn)的指導(dǎo)意義,，先在四閥車間和虹吸車間監(jiān)測經(jīng)過過濾后的水質(zhì)濁度(NTU),。四閥車間有六組濾池，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流到儀器中,，在每條采樣管上安裝自動和手動閥門,，可以按鈕操作控制采樣哪一組濾池：虹吸車間有三組濾池，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(xù)又在水廠原水及出廠水處安裝濁度儀,。水廠原水來自兩個水源地：石河水庫、桃林口水庫,。原水進入水廠后,，要經(jīng)過蓄水池，水會在蓄水池中存儲2～3小時候才進入沉淀池,，考慮到原水濁度對加藥量的指導(dǎo)意義,，把濁度儀安裝在沉淀池進水口，水廠有半流,、斜板兩個沉淀池,，每個沉淀池進水處各安裝一臺濁度儀,。

出廠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,，考慮到資金問題，共用一臺濁度儀,，手動操作取水,。

2系統(tǒng)控制方案

2．1系統(tǒng)硬件設(shè)計

水廠在線監(jiān)測系統(tǒng)采用上位機結(jié)合下位機PLC的方案。PLC實質(zhì)上也是一臺計算機,，其硬件結(jié)構(gòu)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(shè)i／o接口,、電源等組成,。各部分通過總線(電源總線、控制總線,、地址總線,、數(shù)據(jù)總線)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)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置,，具有結(jié)構(gòu)簡單,、性能*、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，十分適合用于在線監(jiān)測系統(tǒng)的控制,。

水廠在線監(jiān)測系統(tǒng)為安科瑞AcrelEMS管理平臺,。水廠監(jiān)控儀表使用APM520系列，為PLC200提供一個4~20mA的電流,，經(jīng)過處理后,，傳ITechnologyInnovation，／技術(shù)創(chuàng)新輸?shù)缴衔粰C,。

為了避免數(shù)據(jù)由于距離而引起衰減,，PLC200系列裝置放在了虹吸車間距濁度儀很近的位置,。由于上位機要放在辦公樓，距虹吸車間有300多米的距離,，普通屏蔽電纜無法保證遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性,，水廠在這段距離上鋪設(shè)了光纖，保證了數(shù)據(jù)實時準(zhǔn)確傳輸,。

3成果分析

3．1對生產(chǎn)指導(dǎo)意義

圖1四閥車間濾后水濁度歷史曲線圖

從歷史曲線看過濾效果,，以四閥車間為例，反沖后,，濾后水濁度由0．4NTU~jlNTU用時lid'時,。若監(jiān)測曲線突然發(fā)生變化，即圖中梯度迅速時,，說明濾池濾速變慢,，過濾效果變差。需首先考慮沉后水是否發(fā)生變化,，原水水質(zhì)是增大否惡化,，然后判斷濾池是否出現(xiàn)故障。

根據(jù)歷史曲線調(diào)整反沖水操作時間,，以四閥車間為例,。反沖后，濁度偏高,，此時需打開初濾水閥門(出水閥門處于關(guān)閉狀態(tài)),，根據(jù)曲線,，當(dāng)濁度降~UINTU時,，關(guān)閉初濾水閥門，打開出水閥門,，以防止反沖后高濁水進入清水池,，影響出廠水水質(zhì)。

從監(jiān)測歷史曲線分析水質(zhì)變化與反沖周期,，根據(jù)變化周期對四閥車間進行反沖洗,，在春秋冬三季時，水廠四閥濾池基本保持這種濾速運行,，當(dāng)夏季水質(zhì)變差時,，濾池的工作周期會更短。

3．2經(jīng)濟效益

自2013年水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)投入使用,，至2015年底,，在來水相對穩(wěn)定的情況下，各項生產(chǎn)指標(biāo)均有降低,，藥耗由8．97降到了3．14,，節(jié)約三氯化鐵318．74公斤,，每噸三氯化鐵1200元，節(jié)約資金38萬元,。原水利用率由97．06％提高~U98％,，節(jié)約自用水量636．0381千立方米，原水水價每噸0．79元,，節(jié)約資金50萬元,，共節(jié)約資金88萬元。

安科瑞電氣針對水廠監(jiān)測推出能效管理解決方案--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)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng),、荷,、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護,、監(jiān)測,、分析、治理裝置,，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度,，重點監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠,，提高污水廠能效,，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(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng),、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng),、電氣安全,、應(yīng)急電源、能源管理,、照明控制,、設(shè)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一套平臺,、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要,。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV,、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測,、遙信,、遙控,、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警,。

監(jiān)測變壓器,、水泵、鼓風(fēng)機的電流,、電壓,、有功/無功功率、功率因數(shù),、負荷率,、溫度、三相平衡,、異常報警等數(shù)據(jù),。

4.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波,，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變,、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量,。

4.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護、遙測,、遙信,、遙控功能，電動機保護器能對過載,、短路,、缺相、漏電等異常情況進行保護,、監(jiān)測和報警,。高效,、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài),、故障時間、故障地點,、及相關(guān)信息,，對電機進行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC,、軟啟,、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制,，監(jiān)視,、控制各個工藝設(shè)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(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中,，從多個維度對比分析,，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗,，能源成本,，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠,、自來水廠,、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(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu),，分別進行能效分析,，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析,，同比,、環(huán)比、對標(biāo)等,。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù),，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析,，同時將污水的單耗與行業(yè)/先進指標(biāo)對標(biāo),，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗,。

4.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠,、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案,，支持單控,、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制,、定時控制,、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式,，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能,，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi),、廠區(qū)照明的智能控制達到安全,、節(jié)能、舒適,、高效的目的,。

4.6電氣安全

4.6.1電氣火災(zāi)監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠,、自來水廠,、水泵站的電氣安全預(yù)警。

4.6.2消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散,。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),，通過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(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常,，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用,。

4.6.4 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器,、電磁釋放器的工作狀態(tài),，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài),，顯示終端設(shè)備開路,、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來,，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路,、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號,，能指示報警部位并保存報警信息,，保障了電氣安全的可靠性。

4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠,、自來水廠,、水泵站等場所溫濕度、煙霧,、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預(yù)警,，保障污水廠,、自來水廠、水泵站等安全運行,。當(dāng)可燃氣體或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng),，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境,。

4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流,、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài),，逆變器運行監(jiān)視,，對逆變器直流側(cè)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(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率,、累計發(fā)電量進行監(jiān)測,，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況,，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂,、車棚的分布情況，顯示匯流箱,、并網(wǎng)點位置,，各個屋頂?shù)难b機容量。

4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D,、3D方式實時監(jiān)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(shè)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,、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護,，進行短路、過流,、過載,、起動超時、斷相,、不平衡,、低功率、接地/漏電,、te保護,、堵轉(zhuǎn)、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,，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視,、控制各個工藝設(shè)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(jiān)控、電能質(zhì)量,、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6.結(jié)束語

系統(tǒng)以安科瑞為核心，通過上位機實現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測,。本系統(tǒng)運行可靠,，可使水廠及掌握水質(zhì)變化情況，及時對生產(chǎn)進行調(diào)整,，在指導(dǎo)生產(chǎn)的同時提高了經(jīng)濟效益,。

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