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張春義（1968－）

    男，天津人，工程師，1990年畢業于武漢水運工程學院工業電氣自化專業，大學本科學歷，現主要從事工業用電及電氣控制方面的工作。

保證水量，提高水質，保障安全，優質服務和降低成本是城市供水系統當前的主要任務，而自動化和信息化則是完成該任務的重要技術手段。

目前，供水系統信息化技術主要表現為以下幾個系統：給水企業計算機網絡系統、給水計算機輔助調度系統、供水管網信息管理系統、查表和營業收費系統、給水管理信息系統、水質信息管理系統和計算機輔助決策系統。表1是各系統在各類水司的應用情況[1]。

自動化和信息化技術的應用不僅能降低藥耗、能耗，同時極大地提高了自來水公司的供水水質，保障供水的安全可靠性，提高了公司的管理水平，創造了良好的經濟和社會效益。

1  凈水廠自動化應用

凈水廠中的自動化系統主要有一二級泵房自動控制子系統和投礬加藥自動控制子系統、沉淀池排泥自動控制子系統濾池、過濾自動控制子系統、全廠監測控制子系統及水廠視頻安全監測子系統等。每個子系統可單獨閉環運行或與其他系統一起組成水廠的整個綜合自動化系統，形成水廠內的大閉環運行。而其中，自動投礬系統與自動加氯消毒系統應用最為廣泛。

1.1  自動投礬系統

為了達到混凝處理的最佳工況，提高設備運行的自動化水平、保證出水質量、節省混凝劑用量，目前都開始逐步對混凝劑人工加藥系統進行改造。投礬自動控制系統是利用流動電流原理，由微電腦控制在線膠體電荷檢測，用變頻控制技術實現加藥量的自動控制，即由PID調節器調節變頻器以控制加藥泵電機轉速，從而調整混凝劑加藥量。根據自動控制理論中的串級控制方法得出如圖1所示的SCD的串級控制流程圖[2]。

系統主要由SCD傳感器、調節器、變頻控制系統、加藥泵組成。調節器具有模擬量的輸入輸出端口，同時也具有開關量的輸入輸出端子。SCD傳感器中的檢測值以標準電流信號（4～20mA標準信號）傳至調節器，與設定值對比判斷，經PID運算后輸出信號至變頻器，變頻器則根據PID調節器輸出的信號得出運轉頻率從而對加藥泵電機調速，使加藥泵處于對應的工作狀態之下，從而可以向水中投加定量的混凝劑。然后投加藥劑的水樣又流入傳感器進行檢測，并進行投藥量的再調節。如此循環連續運作，實現連續自動調節加藥量，保證混凝處理維持在最優工況。

圖1  自動投藥串級控制流程圖

 1.2  自動加氯消毒系統

為達到消毒效果，又不造成氯氣的浪費，必須根據原水流量的變化及后續水質的變化及時調整加氯量的大小。顯然采用人工調節是很難實現的，采用先進的控制技術實現加氯自動化是很有必要的。采用如圖2所示的自動加氯控制系統。

其控制原理為：加氯控制器根據原水流量以及投氯后取樣水中余氯值和設定的余氯值，通過PLC中的PID（比例、積分、微分）調節控制加氯量，輸出一個控制量來控制加氯機的投加裝置（如控制閥門開啟度調節）形成一個閉環控制，使余氯值向設定值逼近，確保出廠水余氯指標。余氯的設定值應根據水質要求進行設定，保證管網中余氯符合飲用水標準。隨著季節和氣候的變化和供水管網的情況以及原水水質的不同，余氯的設定值應隨時進行調整。為了能較穩定控制加氯，應在氯后總管上設置流量計，以便將濾后水流量引入到加氯控制中，采用比例加PID的復合環控制。

圖2  自動加氯系統流程圖

2  供水管網水質監測SCADA系統

SCADA系統又稱四遙（遙測、遙控、遙信、遙調）技術，它是建立在3C+S（Computer，Communication，Control，Sensor）基礎上的。它具有多方面的功能，其中包括對管網中水質監測點的水質數據收集、傳輸、顯示分析及歷史查詢等，還能對水質事故進行報警。供水企業的SCADA系統通常由遠程終端（RTU）、一級或數級控制站點以及相應的通訊設備和外部設備所組成。RTU是整個SCADA系統的重要組成部分，擔負著監控設備本地數據讀取、檢測，并接受遠程遙測命令等重要任務。在自來水企業的產、供、銷和企業管理等幾大信息化塊中，SCADA對下采集生產過程和管網供水的實時數據，并進行遙控遙調，對上將生產和供水的信息傳到企業MIS系統中供水司領導決策參考，因此，供水SCADA就構成了城市自來水企業生產自動化和管理信息化的核心系統。

2.1  SCADA系統的硬件組成

SCADA系統從技術角度講包括了計算機應用、通訊技術、控制技術和傳感技術組成，系統的硬件系統主要如圖3所示[3]。

 圖3  SCADA系統硬件結構圖

2.2  管網SCADA系統的軟件結構

SCADA系統的軟件結構圖如圖4所示。系統擔負著上傳數據至上位機和執行操作上位機所傳送指令操作硬件的任務，通常執行這一任務的操作的軟件平臺是工業控制自動化軟件，這些軟件往往能以形象直觀非常人性化的操作界面完成數據的顯示和指令執行等功能。

用計算機控制供水系統，可以優化供水調度、實現節能降耗、節省人力資源、大幅提高效率，還可進行管網壓力統計分析、指導管網改造、提供供水預測，并有利于管網故障的快速定位及報警搶修。采用新觀念、新技術、新產品構建適用于給水排水的管理功能強大、可靠性強、有良好的現場安裝界面、易于操作和維護與價格低廉的SCADA系統，是給排水行業客戶的需要也是SCADA系統集成商的責任。

 圖4  SCADA系統軟件結構圖

3  供水營業抄收的自動化

抄表是現代城市自來水管網系統中的一個重要環節，而傳統的用水量結算是依靠人工定期到現場抄取數據，在實時性、準確性和應用性等方面都存在諸多不足之處。利用現代通信技術和計算機技術以及測量技術結合在一起，便能夠及時、準確、全面地反映用水使用狀況。同時實現抄表，收費，統計分析，查詢等功能的自動化。營業收費管理系統通常由營業管理、水量水費管理、決策支持和系統維護四個子系統組成。

方案是基于GSM/GPRS/CDMA網絡通信的無線通訊技術，將水表數據和其它（所需）信息實時可靠的采集回來，通過應用具有智能化分析功能的供水信息化數據保管系統，為用水管理提供實時性好、穩定性高的數據和事件記錄。遠程自動抄表將是今后水表抄收方式改革的必然趨勢，它不僅僅為營業收費提供供水數量依據，還可以為管網建模、漏耗計量等提供準確可靠的依據，因此它最終必定成為企業帶來人們所期望的管理效益、經濟效應和社會效應。

4  結語

面向自來水行業，針對目前自來水行業的信息化建設存在的問題，研究和開發一套理念先進、功能完備、系統科學的信息化系統應用軟件是今后營業系統自動化的發展方向。

供水企業中各自動化系統將本著經濟適用、技術先進、功能實用、安全可靠的原則來進行設計和開發建設。系統在設計上還應采用開放式體系結構，考慮其擴展性。信息化系統能提供一個好的管理體制，引起經營理念的改變，帶動經營機制的轉變，實現供水企業發展的現代化，實現企業經濟效益提高的目的。同時使供水行業更加有效的為社會服務，為數字化城市建設奠定基礎。

參考文獻

[1] 周力尤. 給水行業自動化與信息化技術應用現狀及發展方向探討[J]. 給水排水,2005,31(7):100-104.

[2] 童禎恭. 淺析水廠自動投藥控制系統[J]. 華東交通大學學報,2001,3.

[3] 信昆侖. 給水管網微觀模型優化調度應用研究[D]. 上海:同濟大學博士學位論文,2003.

[4] http://www.datasaver.cn/Web/Solution/GongShui_3.htm.