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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
  ?○電話:(0871)5368763
  ?○E-mail: wujing32@public.km.yn.cn
  ?○王健 650200 昆明市自來(lái)水總公司五水廠
  ?○收稿日期:2003-3-27  ?  

發(fā)布:2007-07-29 12:40    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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