水廠自動(dòng)化中存在的問題探討

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簡(jiǎn)介： 我國(guó)有些水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的功能并未充分發(fā)揮出來(lái)，有的系統(tǒng)甚至處于閑置狀態(tài)，對(duì)于這些水廠自動(dòng)化中存在的問題，從目的、設(shè)計(jì)、設(shè)備和管理方面進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵字：水廠自動(dòng)化 設(shè)備管理 自控設(shè)備

　　我國(guó)水廠自動(dòng)化在20世紀(jì)80年代得到了較大規(guī)模的發(fā)展，特別是隨著外資的引入，大量國(guó)外先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)與設(shè)備進(jìn)入我國(guó)，建成了一批全引進(jìn)的水廠，使我國(guó)水廠自動(dòng)化進(jìn)程大大加快，自動(dòng)化水平也快速提高。近年來(lái)，在我國(guó)一些發(fā)達(dá)地區(qū)，建成了少量測(cè)控管一體化的現(xiàn)代化水廠，對(duì)推動(dòng)水廠實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化功能起到了積極的促進(jìn)作用。但由于歷史和現(xiàn)實(shí)的原因，我國(guó)水廠自動(dòng)化的總體發(fā)展水平還不高，發(fā)展也不平衡。大中城市的水廠特別是發(fā)達(dá)地區(qū)的大型水廠，自動(dòng)化程度很高，而小城市和城鎮(zhèn)的水廠特別是落后地區(qū)的小型水廠，自動(dòng)化程度較低，甚至還是空白。而且，在一些已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的水廠中，雖然其自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備與其他行業(yè)如化工、電力等相比并不差甚至更先進(jìn)，但是，其功能并未充分發(fā)揮出來(lái)。有的自控系統(tǒng)從未運(yùn)行過，一直處于閑置狀態(tài)；有的運(yùn)行一段時(shí)間后變?yōu)榱耸謩?dòng)，甚至處于癱瘓狀態(tài)，造成了自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備的極大浪費(fèi)。根據(jù)對(duì)近40個(gè)引進(jìn)水廠自動(dòng)化設(shè)備的調(diào)查資料表明：?jiǎn)雾?xiàng)設(shè)備運(yùn)行情況基本良好的占78.3％，基本運(yùn)行正常的占11.7％，設(shè)備故障極多已被拆換替代的占5.7％，設(shè)備從未投入使用的占4.3％［1］。對(duì)于這些水廠自動(dòng)化中出現(xiàn)的問題，究其原因，與目的、設(shè)計(jì)、設(shè)備和管理等多種問題有關(guān)。

1　水廠自動(dòng)化的目的

　　對(duì)水廠實(shí)施自動(dòng)化的根本目的認(rèn)識(shí)不夠全面或出現(xiàn)偏向，是造成一些水廠自動(dòng)化系統(tǒng)未能充分發(fā)揮作用的一個(gè)原因。水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的根本目的是提高生產(chǎn)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和高效供水，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，有的水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是為了趕時(shí)髦，將其作為一種點(diǎn)綴；有的水廠是迫于形勢(shì)，在大批水廠紛紛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的情況下，自己也不能不上；有的水廠使用的自動(dòng)化功能過于復(fù)雜，特別是在考察自動(dòng)化水平較高的水廠后，更是盲目地提高標(biāo)準(zhǔn)；有的水廠則自動(dòng)化功能過于簡(jiǎn)單，主要是對(duì)自動(dòng)化不熟悉，缺乏必要的信心，怕造成麻煩；有的水廠是為了湊合貸款數(shù)，不得已而配置自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備。這些不正確想法的存在，使水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的根本目的發(fā)生了偏向，造成了自動(dòng)化設(shè)計(jì)不切合水廠實(shí)際，不注重生產(chǎn)過程特別是關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，并忽略了在運(yùn)行和管理模式方面的相應(yīng)改革，從而導(dǎo)致自動(dòng)化未能充分發(fā)揮作用，甚至建成后處于閑置狀態(tài)。

2　水廠自動(dòng)化的設(shè)計(jì)

2.1　未解決的相關(guān)理論問題

　　在水廠自動(dòng)化中，工藝?yán)碚搶?duì)自動(dòng)化提出的控制要求本身存在未解決的理論問題或理論不夠完善，使控制未能達(dá)到規(guī)范化和最優(yōu)化，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)不到理想的控制狀態(tài)，從而影響了自動(dòng)化的實(shí)際運(yùn)行效果。

　?。?）絮凝理論不夠完善。加藥系統(tǒng)是一個(gè)大延時(shí)、強(qiáng)耦合、干擾因素多的非線性系統(tǒng)，目前廣泛采用的控制方法為：用原水流量按比例前饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的頻率，用流動(dòng)電流儀（SCD）反饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程，從而構(gòu)成加藥復(fù)合控制系統(tǒng)。由于凝聚作用本身有多種理論，決定加藥量多少的水質(zhì)成分因素在理論上還不夠完善，如原水濁度、溫度、 pH、污染因素以及非膠體顆粒干擾因素等參數(shù)變化都對(duì)SCD有很大影響，而在SCD反饋調(diào)節(jié)方法中，只采用了反映水中膠體穩(wěn)定度的參數(shù)ζ電位來(lái)代表全部水質(zhì)因素，因此該控制方法并不完全符合生產(chǎn)實(shí)際。同時(shí)，傳感器縫隙小易造成堵塞，加藥后不易形成絮粒，特別是滯后反應(yīng)和水質(zhì)變化對(duì)SCD影響較大，導(dǎo)致該方法適應(yīng)性較差，準(zhǔn)確度不夠，達(dá)不到優(yōu)化自動(dòng)加藥的要求，實(shí)際使用效果并不理想［1］。在有的系統(tǒng)中，雖然采用了智能技術(shù)如專家系統(tǒng)、自學(xué)習(xí)模糊控制等方法，取得了一定效果，但并未完全解決加藥量?jī)?yōu)化控制的問題。

　　 (2)加氯系統(tǒng)理論問題。在加氯系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方法為：前加氯采用流量比例控制，后加氯采用余氯反饋控制。由于影響加氯效果的因素很多，如水質(zhì)、天氣、水廠的具體工藝特點(diǎn)等，而且后加氯存在時(shí)間滯后問題，同時(shí)對(duì)控制方法和投加氯氨存在的問題目前有不同的看法，特別是對(duì)水射器安裝位置和余氯取樣位置的規(guī)范化確定目前尚無(wú)完整的理論［1］，從而使加氯系統(tǒng)不夠規(guī)范，實(shí)際運(yùn)行效果也不是十分理想。在有的系統(tǒng)中，雖然采用了一些其他控制方法，如采用雙因子控制方式（用流量和余氯控制前加氯和后加氯）或多參數(shù)非線性控制方式，取得一定的效果，但并未完全解決加氯系統(tǒng)存在的問題。

　　 (3)其他理論問題。如變頻供水泵和定速供水泵的臺(tái)數(shù)比例確定、變頻供水泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)方法以及供水泵的科學(xué)調(diào)度等問題，理論上還未完全解決，管理上還有待進(jìn)一步研究。

2.2　技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問題

　　到目前為止，我國(guó)在供水行業(yè)自動(dòng)化控制方面，除《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》等少量規(guī)劃性技術(shù)文件之外，尚無(wú)制定供水行業(yè)自動(dòng)化控制方面的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，致使水廠在實(shí)施自動(dòng)化過程中，技術(shù)上缺乏統(tǒng)一的規(guī)范性，設(shè)計(jì)上存在一定的盲目性和隨意性，不同類型的水廠自動(dòng)化分別應(yīng)該達(dá)到的主要功能和主要技術(shù)指標(biāo)不明確，影響了自動(dòng)化系統(tǒng)配置的科學(xué)性和合理性。而在其他行業(yè)，如水電行業(yè)，國(guó)家有關(guān)部門早已經(jīng)頒布了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)該行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)和實(shí)施起到了積極的促進(jìn)作用。

2.3　專著和文章問題

　　我國(guó)供水行業(yè)的自動(dòng)化起步較晚，總體發(fā)展水平也不高，致使在供水自動(dòng)化方面發(fā)表的文章數(shù)量有限，總體質(zhì)量也不太高，出版的專著更少，既不利于在實(shí)施自動(dòng)化時(shí)提供必要的理論指導(dǎo)和技術(shù)參考，也不利于行業(yè)內(nèi)的技術(shù)交流和經(jīng)驗(yàn)交流，影響了自動(dòng)化知識(shí)普及和提高的速度。而在其他行業(yè)，如電力，除有大批專著可供參考外，還有大量的文章可供參閱。另外，每年還舉行眾多的技術(shù)研討會(huì)和交流會(huì)，這對(duì)提高該行業(yè)的自動(dòng)化水平起了很大地推動(dòng)作用。當(dāng)然，這與該行業(yè)從業(yè)人數(shù)多、技術(shù)力量雄厚、期刊數(shù)量大等多種因素有關(guān)。

2.4　設(shè)計(jì)中存在的一些具體問題

　　水廠的生產(chǎn)過程是一個(gè)較為復(fù)雜的連續(xù)過程，對(duì)于其自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求較高，涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，設(shè)計(jì)本身具有一定的難度，故在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中存在的問題較多，影響了自動(dòng)化功能的發(fā)揮，甚至影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　?。?）缺乏統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，對(duì)控制系統(tǒng)的持久性和未來(lái)發(fā)展規(guī)劃一致性考慮不夠全面，導(dǎo)致控制系統(tǒng)開放性和擴(kuò)展性不夠，造成系統(tǒng)很快落后于生產(chǎn)發(fā)展的需要。

　?。?）功能設(shè)置過于復(fù)雜。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，由于片面追求高標(biāo)準(zhǔn)，致使功能設(shè)置過于復(fù)雜，而忽略了水廠的實(shí)際工藝情況和管理水平，使系統(tǒng)的故障率增高，而維護(hù)管理又跟不上，導(dǎo)致關(guān)鍵工藝的自動(dòng)控制得不到保證。

　?。?）功能設(shè)置過于簡(jiǎn)單。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，工藝過程的功能設(shè)置過于簡(jiǎn)單，達(dá)不到控制要求，特別是關(guān)鍵工藝的控制要求，造成雖有自動(dòng)化系統(tǒng)，但關(guān)鍵工藝(如投藥等)仍由手動(dòng)完成的現(xiàn)象，失去了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的實(shí)際意義。

　?。?）設(shè)置過多的手動(dòng)功能。有些設(shè)計(jì)為了在自動(dòng)化系統(tǒng)故障時(shí)不影響生產(chǎn)，而設(shè)置了過多的手動(dòng)操作功能，從設(shè)計(jì)上就將自動(dòng)化系統(tǒng)置于可有可無(wú)的地位，既造成了設(shè)備的重復(fù)投資，也使生產(chǎn)人員產(chǎn)生了不正確的依賴心理，加上運(yùn)行管理改革力度不夠，出現(xiàn)了自控設(shè)備擱置不用而仍由人工手動(dòng)操作的現(xiàn)象。

　?。?）設(shè)計(jì)人員水平不夠。水廠的自動(dòng)化設(shè)計(jì)涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，要求設(shè)計(jì)人員既要掌握先進(jìn)的控制技術(shù)，又要熟悉生產(chǎn)工藝過程，同時(shí)對(duì)設(shè)備也要有相當(dāng)?shù)牧私?。但在有些設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)生產(chǎn)實(shí)際情況或?qū)M(jìn)口設(shè)備的性能了解不夠，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)有出入或出現(xiàn)設(shè)備選擇不當(dāng)，滿足不了工藝要求，造成了自動(dòng)化系統(tǒng)局部失敗。如有的設(shè)計(jì)中濾池出水閥選擇了兩位閥，雖配置了完備的自動(dòng)化控制設(shè)備，但卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)濾池水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

3　水廠自控設(shè)備存在的問題

　　設(shè)備方面存在的問題也是影響水廠自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)主要因素，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　（1）質(zhì)量問題。水廠中有些設(shè)備容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，如堿度計(jì)、氯氨測(cè)定儀、溶解氧測(cè)定儀、濃度測(cè)定儀、壓差變送器、加氯機(jī)、計(jì)量泵、調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)等，這些質(zhì)量問題有的是設(shè)備本身的質(zhì)量不過關(guān)，有的則是安裝或維護(hù)質(zhì)量達(dá)不到要求，但均影響了自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　?。?）配套問題。在有的水廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，外圍設(shè)備如傳感器、測(cè)量?jī)x表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身并無(wú)質(zhì)量問題，而是精度不夠或穩(wěn)定性達(dá)不到系統(tǒng)要求，即與系統(tǒng)配套不合理，也是影響自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)原因。

　　（3）備品備件問題。有些設(shè)備發(fā)生故障后，由于缺乏備品備件而一時(shí)無(wú)法修復(fù)，這對(duì)進(jìn)口設(shè)備尤為明顯。如果由原產(chǎn)品供應(yīng)商修理，則時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，特別是有的產(chǎn)品已更新?lián)Q代而根本無(wú)法得到備品備件，造成了這些設(shè)備的檢修十分困難，從而導(dǎo)致這些設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于癱瘓狀態(tài)，影響了自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　?。?）檢修和改造問題。對(duì)于部分進(jìn)口設(shè)備如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由于外商對(duì)通信協(xié)議和通信軟件的公開性不夠，且本身的技術(shù)要求也較高，既增加了這些設(shè)備的維護(hù)和檢修難度，也降低了自動(dòng)化系統(tǒng)的開放性，影響了系統(tǒng)的正常更新和改造工作。而且很多進(jìn)口通信設(shè)備較難與國(guó)內(nèi)設(shè)備互聯(lián)，致使更新和改造困難，從而降低了自動(dòng)化系統(tǒng)的合理性和統(tǒng)一性。

4　管理方面存在的問題

　　水廠自動(dòng)化系統(tǒng)建立后，管理水平滯后是影響自動(dòng)化功能正常發(fā)揮的一個(gè)重要因素。由于管理人員受自身素質(zhì)和傳統(tǒng)觀念的束縛，未能在管理方面進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和改革，導(dǎo)致管理水平落后，無(wú)法適應(yīng)水廠自動(dòng)化的發(fā)展需要。如何提高管理水平和管理人員素質(zhì)是自動(dòng)化水廠目前面臨的一個(gè)重要課題。

　?。?）不注重設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程的人員參與。很多水廠在建設(shè)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，由于受人員和素質(zhì)的限制，常采用交鑰匙工程的方式，這樣在建設(shè)時(shí)輕松省事，但后患無(wú)窮，由于沒有自己的技術(shù)力量參與設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程，導(dǎo)致投產(chǎn)后出現(xiàn)很多問題，影響了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。

　?。?）對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉。由于值班人員缺乏必要的技術(shù)知識(shí)，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉或掌握不夠，導(dǎo)致設(shè)備得不到正常的保養(yǎng)、調(diào)校和檢修，造成儀表精度降低或設(shè)備故障；導(dǎo)致軟件得不到必要維護(hù)和調(diào)整，造成因一些小軟件故障得不到及時(shí)處理而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；有的甚至出現(xiàn)誤操作或引起人為故障。

　?。?）缺乏完善的自動(dòng)化管理規(guī)程。水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，其運(yùn)行管理和維護(hù)管理已和傳統(tǒng)水廠不一樣，但不少水廠在這方面的改革力度不夠，缺乏滿足自動(dòng)化生產(chǎn)需要的管理規(guī)程，如崗位職責(zé)、運(yùn)行管理制度、操作規(guī)程和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及檢修規(guī)程等，致使運(yùn)行管理滿足不了生產(chǎn)需要，維護(hù)管理達(dá)不到要求。

　?。?）缺乏專業(yè)的、穩(wěn)定的維護(hù)隊(duì)伍。自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備雖然具有較高的可靠性，但也會(huì)出現(xiàn)故障，需要維護(hù)人員盡快排除。同時(shí)，設(shè)計(jì)情況與實(shí)際運(yùn)行情況不一定完全一致，即使與投入運(yùn)行時(shí)一致，過一段時(shí)間后也會(huì)有所變化，另外經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行后，一般都需要對(duì)系統(tǒng)中存在的某些缺陷進(jìn)行改進(jìn)，以使系統(tǒng)更加優(yōu)化，這就要求維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行必要維護(hù)和調(diào)整，特別是當(dāng)生產(chǎn)工藝變化后，需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)修改和開發(fā)。但是，由于缺乏專業(yè)的、穩(wěn)定的維護(hù)隊(duì)伍，使一些小的軟硬件故障得不到及時(shí)的修復(fù)和處理，漸漸由小問題變成大問題，甚至導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)癱瘓。

參考文獻(xiàn)

1　吳月華.引進(jìn)自動(dòng)化控制設(shè)備存在的問題.給水排水，1997,23(9)：53～59

　?◇作者通訊處：650093 云南省昆明市學(xué)府路253號(hào) 昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院水動(dòng)教研室
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　 ?○收稿日期：2003-3-27 　?