浙江省供水行业自动化技术应用现状与发展

蒋继申；储雪松；代荣
(杭州市自来水总公司，浙江杭州310009)

　　摘　要：介绍了改革开放以来浙江省供水行业自动化技术的应用、发展情况，分析了发展过程中存在的问题，提出了今后供水自动化的发展方向。
　　关键词：DCS系统；自动加氯加矾系统；SCADA系统；定位；质量控制
　　中图分类号：TU991.62
　　文献标识码：B
　　文章编号：1000-4602(2001)04-0033-04

　　1　应用现状

　　浙江省水协于2000年8月进行了一次自来水行业自动化技术应用情况的抽样调查，调查内容涉及到水厂监控系统、水厂操作自动控制、自动加氯、自动加矾、水泵变频调速、SCADA系统、供水管网信息管理系统、营业收费系统等8个主要方面，涉及35个水司，71座水厂。
　　从调查统计数据可以归纳出：
　　①水厂自动化在近10年间获得了长足进步
　　a.1990年初，杭州市自来水公司与哈尔滨建筑大学合作，在全国率先研究成功了SCD单因子自动投药控制技术；杭州市“八五”应急工程利用加拿大政府贷款，实现了4个水厂的自动加氯加矾及DCS集散控制系统；率先采用了美国MOTOROLA公司的MOSCAD通信系统；利用世界银行贷款及国内自筹资金，建成了全省最大的60×10⁴m³/d的九溪水厂，并使其实现全自动控制，全厂定员只有60人。
　　b.宁波自来水公司5个水厂中有3个建成了DCS自动监控系统，3个水厂实现了自动加氯加矾，并建成了全自动控制的15×10⁴m³/d规模的北仑水厂。
　　c.温州自来水公司利用世界银行贷款，建成了全自动控制的10×10⁴m³/d的西山水厂，并利用自筹资金在新阳岙水厂和东向水厂中实施了DCS系统和自动加氯加矾系统。
　　d.金华山嘴头水厂在全省率先实施了自动加氯和计量泵加矾，嘉兴石臼洋水厂、湖州城西水厂实施了监测DCS系统，临安第二水厂、台州路桥水厂、嘉善第二水厂、奉化新水厂、中国轻纺城水厂以及乐清水厂等一大批中小水厂也有了一定规模的自动化应用。
　　e.大批在建水厂，特别是绍兴宋陵水厂、温州珊溪水厂、余杭城北水厂、丽水和嵊州新水厂等，自动化程度都相当高，有的可以实现全自动控制。自动化技术的应用极大地提高了水厂的供水水质、提高了供水的安全可靠性，也提高了公司的管理水平，创造了良好的经济效益和社会效益。
　　②水厂自动化的几种不同模式
　　“城市供水行业2000年技术进步发展规划”将自动化技术应用划分为四个水平。一类水司要求“采用国际上比较先进成熟的集散系统”、“采集较完整的工艺参数”，具备“生产过程自动控制与信息管理功能”，应用率＞99.8%；二类水司要求“能采集必要的工艺参数”，具有对“生产过程监控的功能”，应用率＞95%；三类水司要求“用计算机集中监测水厂工艺主要参数及主要设备运行状态”；四类水司要求“水厂连续监测出厂水质、流量、浊度及余氯”。
　　结合上述划分方法，根据调查结果看，浙江省水厂自动化大概可分为五种不同的模式：
　　a.全自动DCS系统+自动加氯加矾系统，实施该种模式的水厂统计结果见表1。
　　b.水厂监测DCS系统+自动加氯加矾系统，实施该种模式的水厂统计结果见表2。
　　c.自动加氯、加矾系统，统计结果见表3。
　　d.出厂水质自动监测，在被调查的35个水司和71座水厂中，全部实现出厂水质自动监测。
　　e.SCADA系统，实施SCADA系统的水司比例较高(54.28%)，统计结果见表4。

　　SCADA系统主要有进口、国产的两种。杭州水司采用美国MOTOROLA公司的MOSCAD系统，温州、湖州、金华等水司采用的是上海公用事业研究所或浙江大学等单位研制的PLC+RADIO系统。
　　在调查中，还有一部分单位没有反馈，可视为尚未实施自动化技术，其数量约为总数的1/2。因此可以认为，全省供水行业实现了出厂水质自动监测的约占50%，实现自动加氯加矾的约占25%，实现水厂DCS系统进行自动监测和建立SCADA的约占20%，实现水厂全自动控制的约占2.1%。
　　③水厂的计算机管理系统正在发展
　　在水厂实施自动化技术的同时，各水司计算机应用已普及到营业、管网管理、材料、计划、财务、劳资、设计与施工的各个阶段，如杭州水司应用于管理的计算机已达140多台。
　　调查显示，目前建立供水管网信息管理系统的有10个水司，占水司总数的28.57%，建立营业收费系统的有24个水司，占水司总数的68.57%。另外还有部分水司建立了管理生产网络、为民服务热线等管理系统，统计结果见表5。

　　④水泵变频调速系统得到应用
　　有28个水厂实现了水泵变频调速，占被调查对象的39.44%，统计结果见表6。

　　调查显示，变频调速技术已在县级水厂得到大量推广。

　　2 存在的问题

　　由于历史和现实的原因，供水行业自动化的总体发展水平还不高，今后在自动化技术的推广和发展方面还面临许多工作要做。从调查情况看，存在的问题可以归纳为：
　　①总体发展水平低
　　a.作为供水水质保证的加氯加矾系统，还未实施自动化的水厂约占总数的75%。尽快普及加氯加矾系统的自动控制是这些水厂的迫切任务。
　　b.大多数新建水厂按规划要求建立了自动化系统，而老厂自控系统配置相对落后，老厂的改造任务相当艰巨。
　　c.县城水厂大多数仍维持较原始的管理方式。
　　d.水厂自动监测系统(DCS或CCS)的普及率还不到20%。
　　e.全省还没有一个水司全面实现了自动控制。
　　②发展不平衡
　　大城市的水厂自动化程度相对较高，现有的几个自动化水厂分布在杭州、宁波、温州等地，但中小城市特别是城镇水厂则相对落后，不少县市的调查表收不上来，主要原因是还没有实现自动化。这表明，大水厂和小水厂有区别，省内水厂之间的发展水平很不平衡。
　　③维护管理跟不上
　　管理上问题较多，自动化系统建立后的管理水平显得滞后，影响了自动化功能的正常发挥，主要原因是受管理人员的技术素质和水厂传统观念的束缚，造成目前管理水平的落后。提高水厂管理水平，提高管理人员素质是当前水厂管理的重要课题。
　　④规划和设计上存在盲目性
　　不同类型的水厂自动化分别应该达到什么程度?如何配置才是科学的和合理的?调查显示，在有限的资金条件下，自动化系统配置的合理性和可用性仍需要探索和改进。

　　3　发展方向的探讨

　　①各水司应该根据自己的具体情况，采取分阶段实施方案，以合理的资金和顺序发展自动化技术。各水厂自动化的发展顺序按照重要程度可以安排为：自动加矾加氯→生产监测DCS系统→SCADA系统→生产工艺自动控制→全厂自动化。
　　②按照“城市供水行业2000年技术进步发展规划”的精神，对不同的水司应有不同的定位要求。在“十五”期间可提出以下定位目标：对设计能力＞50×10⁴m³/d的水司，要求采用完整的SCADA系统和DCS系统，并实现全公司计算机管理，包括全公司的管理网络、管网信息管理、营业收费、服务热线等；对设计能力＞10×10⁴m³/d的水厂，要求推广自动监测DCS系统，有条件的上全自动控制的DCS系统，普及自动加氯加矾系统；对设计能力为(5～10)×10⁴m³/d的水厂，要求采用自动加氯加矾系统，对出厂水进行全自动监测，有条件的上DCS或CCS系统；对设计能力为(2～5)×10⁴m³/d的水厂，要求具备自动加氯系统，并做到出厂水质的自动监测。
　　③对于自动加氯，在有条件的水厂可实施流量配比的复合环控制，一般水厂实施流量配比即可；对于自动加矾，不苟于一种模式，只要达到能利用计算机切实控制沉淀池出水浊度达标即可，不必强求全自动。
　　④自控系统是硬件设备和软件功能的有机结合。一个优良的自控系统，追求的不是配置的豪华和造价的昂贵，而是从系统模式和整体设计上都符合净水、供水、售水的需要。各个子系统之间，在设计上满足合理配合和联系，在系统功能、性能指标、经济指标、可靠度要求等综合数据考核上达到工艺的需要，追求最佳的性能价格比。
　　目前，应该强调的是自控系统软件的质量。自控系统硬件设备的数量和技术指标，容易被重视和掌握，而软件的技术功能指标，同样是衡量一个自控系统可靠性、先进性的主要依据。因此，控制软件的可靠性、实时性、完善性、可操作性、容错技术和自诊断功能是自控系统的关键技术。检验和衡量供水行业自控软件的考核指标，应该包括以下9项内容：操作指令的执行时间(≤3 s)、冗余系统的切换时间(≤30 s)、计算机画面上数据刷新周期、在72 h内允许的通信故障发生的累计时间和一次故障的最长时间、数据通信负载容量和考核方法、故障发生到屏幕显示时间(≤3 s)、PLC控制器对一次仪表数据的采集周期(≤20 s)、PLC控制器之间询问时间和等待时间(一般为1～2 s)、计算机之间询问时间。
　　⑤为与国际先进水平接轨，下一步应实现自控系统与其他系统的联机应用，如DCS系统与SCADA系统、公司管理网络、管网信息管理系统、公司服务热线系统等，以充分发挥自控系统的作用，实现优化调度，创造更大的效益。

　　4　今后应注意的问题

　　①提高对自动化的认识
　　供水行业自动化是当今的必然发展趋势，其重要性体现在：
　　a.是我国供水行业与国际接轨的需要。
　　b.是提高供水水质和提高供水可靠性的重要途径。
　　c.是提高供水服务质量的需要。
　　d.是降低制水成本、降低电耗、漏耗的重要途径。
　　总之，它是实施现代化管理的需要，这个观念应当进一步牢固树立。
　　②自动化实施中的质量控制
　　自动化实施中的质量控制十分重要，否则会进入“开始自动—不久手动—最后不动”的模式。要抓住的主要环节是：
　　a.对设计最好请专家咨询审查，施工安装一定要实施招投标。
　　b.由于水厂自动化具有其自身的特殊性，应当选择对水厂自动化有成功经验并有良好信誉的
设计和安装单位来承接工程。
　　c.设备选用国外著名厂家的产品是实施自动化的重要基础。由于自动化技术设备的设计制造与国家的整体工业水平有关，目前我国生产的产品尚不能完全满足供水行业应用的需要。
　　d.应选择在中国有服务基地，能提供良好善后服务，业主容易获得备件和技术咨询的设备供应商。
　　e.管理人才的配备必须从建设阶段就要考虑，没有管理就没有自动化。
　　③自动化系统的维护管理
　　a.采取社会化分工：供水行业自动化对自来水公司的管理工作提出了比以往高得多的要求，对大部分水司来说，现有的技术力量(包括计算机、仪表、网络、软件方面的人员)不能完全胜任自动化系统的维护、开发和管理工作。因此，可以和大专院校或专业公司联合，采取社会化分工来实现高质量的维护、开发、提高工作。
　　b.水厂的人才培训：这是提高管理水平的重要环节，管理人员应该由工程师担任，应尽可能在设备引进和谈判阶段就安排工程技术人员参加，使之了解水厂建设的全过程，并在以后为技术人员创造培训和学习条件，培养各水司自已的技术人才。
　　致谢：
　　本文是在教授级高工洪觉民同志的悉心指导下完成的，谨致谢意。

　　电　　话：(0571)7815788-81408
　　收稿日期：2001-01-05