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摘要：随着我国经济发展和人民生活水平的提高，对自来水的需求量和质量也逐步提升。而对于我国现有的水资源而言，在整体的用水上，主要呈现的问题是水质污染。而对于水厂的生产而言，水厂电气自动化不足就使得整体的运行过程中存在一定的问题。因此，在水厂的生产过程中，如何实现自动化控制和对整个控制系统的构建，是更为快速实现供水和更有效利用水资源，以及达到各个领域供水实际供应量的关键所在。本文根据作者多年从事自来水厂电气自动化运营管理和研究的经验进行编写的，对水厂电气自动化工程控制系统的构建提出更好的解决方案。
关键词：自来水厂；电气自动化；控制系统
近年来，随着社会的快速发展，人口的急剧增加，使得水资源短缺情况日益加剧，在自来水厂中应用电气自动化工程控制系统，是实现自来水厂控制系统改革的关键所在，这样不仅能够有效提升自来水厂的生产效率和出水质量，促进水资源的可持续发展，缓解水资源短缺问题。对于自来水厂而言，如何采用相应的自动化控制系统，使得自来水厂在运行过程中减少由于人为因素而带来的影响是我们需要重视的。因此对于这方面的建设而言，自动化系统如何对自来水生产过程中的管理和相应的控制方面进行一定的结合，从而使生产效率能够得到全面的提升，同时降低整体的成本，使得水资源利用得到提升。
1 自动化技术在供水系统中应用的意义
在城市自来水集中供水系统中，根据自来水供水管网压力的变化来应用自动化变频技术来自动调节水泵的投切和转速，自来水供水系统由于高峰期的使用量加大容易出现压力不稳定情况，自动化变频技术的应用实现了水压的恒定控制，通过采用供水PID变频控制器，可以达到水泵的固定变频和循环变频自动切换模式，大大提高了供水机械设备的工作效率，起到节能环保、自动机械化、智能化的优点。加压泵和风机运行过程中的电量消耗约占系统运行用电量的60％，如采用自动化变频控制技术的加压泵，在运行的可靠性和节能环保方面效果明显，节约电量35%左右。由于减少谐波输出降低了对电网污染，符合持续发展的要求和国际标准。自动化变频调速技术还能有效降低由于电机的频繁起动和软启动造成的冲击，使电机不需要降低额定功率来运行，延长电机的使用寿命。
2 我国自来水厂自动化控制现状
虽然以往建设的自来水厂具有丰富强大的生产运行经验，但是受传统思想观念以及旧设备的影响，要实现水厂全面自动化需要承担非常大的代价，不仅需要大量的资金的支持，还需要大量的时间来建设自动化并贯彻落实。我国近年来愈来愈重视自来水厂自动化控制的重要作用，不断加大自来水厂自动化建设的投入力度，并从发达国家的自来水厂自动化控制系统中汲取有效经验，在充分明确我国基本国情的基础上，参考国外发达的管理体系，构建出了一套适合我国自来水厂自动化控制的管理体系，同时积极引进在世界上处于先进领域的机器设备，以提升我国自来水厂自动化控制的管理水平，提高了我国自来水厂的生产效率及自动化程度。但是在目前，我国由于不同区域的经济发展水平相差巨大，自来水厂的发展水平也参差不齐，在经济发展落后的部分地区，大多自来水厂还依旧采取传统的管理模式，并且拥有自动化设备的水厂更是凤毛麟角，何谈自来水厂自动化？我国水厂自动化程度与发达国家水厂自动化程度仍存在一定差距。于是，近年来我国政府不断加大对自来水厂自动化建设的投入支持力度，积极学习发达国家自来水厂建设经验，参考国外先进管理体系同时结合我国国情需要，创立了全新的管理体系，大力引入先进的自动化设备仪器，不仅有效提升了自来水厂的自动化程度和生产效率，还进一步提高了我国自来水厂建设水平。
3 自来水厂自动化控制系统分析
自来水厂控制过程的复杂性比较高。同时对于每个制水环节而言，其中的关联性又比较小，因此在进行控制系统控制的时候，应当尽量利用这一方面的因素，在运行过程中将控制部分独立起来，以避免在整体的运行过程中由于这一部分而影响到其他部分的运行。在自来水制水的环节过程中，其中主要的处理控制系统有以下几个部分。其中包括取水控制系统和送水控制系统以及加药加氯控制系统。在这些控制系统中，采用的控制模式为PLC和IPC的总体控制。采用这个控制方式的优点是使得在整体的控制过程中能够对各个控制节点和相应的水站进行一定连接，使得水正在运行时能够进行交换和自己运行的独立性。这就使得在进行相应的水资源调动和各个部分的控制上就较为便捷。通过这样的数据传输和内部控制使得所有的控制环节和相应的制水环节能够得到更为有效的提升，同时采用这个数据还有一个优点就是通过传输的数据可以对整个水厂进行控制，能够进行全面的监控。制水工艺众多繁杂是自来水厂一直以来的问题，并且其极具相对性的特点，每个独立而又相对的环节都要求控制系统必须严格遵循这一相对性特征，最大限度地降低对故障问题产生的影响，力求在任何一个环节上出现了问题不影响其他环节的正常运转，从而提高自来水厂的供水效率，避免一个小问题造成大损失的现象出现，为自来水厂的经济效益提供最大保障。
由众多的处理系统共同集合构建而成的自来水厂制水环节控制系统，其中包括加氯自动控制技术、加药自动控制系统、送水泵控制系统、取水泵控制技术。由多个主站及副站共同组成的系统模式名为PLC+IPC控制系统，PLC+IPC控制系统是自来水厂制水工艺控制系统的主要构成部分，任意一个地区的自来水厂都可以设置为我国自来水系统的一个网点，将这些遍布各地的自来水网点进行网状结构连接，从而实现我国自来水资源的统一分配、统一筹备、统一目标管理。为了我国自来水厂进行便捷的内部控制，控制系统必须设置在自来水厂中的所有工艺环节里，通过网络信息技术将各个自来水厂的数据信息进行传递，通过这些进行传输的数据，我国自来水监管总部就会及时并准确的了解到我国各地的自来水厂的信息，将自来水的管理工作实现全面自动化的监管。由反应沉淀池控制站点、滤池控制站点、送水泵控制站点、取水泵控制站点、配电室控制站点、中央控制站点等众多控制站点进行组合，构建出一套全面准确的自来水厂自动化控制系统。这个系统的监管总部就是中央控制站点，同时也是整个自来水厂自动化控制系统的核心，其主要工作职能就是对整个自来水厂自动化系统所采集来的数据进行严密仔细分析处理，并进行统筹及调节做出最终的系统指令，最后的结果由中央控制站点的工作人员进行详细的总结分析。配电控制站点的主要工作内容是将自来水厂的电压进行实时监控，并进行自动的调节，确保各个位置的电压合理，保证自来水厂各个环节正常运转。取水泵控制站点主要监控取水泵房的工作状况，操作自动进行，保证取水泵房能够正常的开展工作。送水泵控制站点、滤池控制站点、沉淀池控制站点的工作内容与取水泵控制站点的工作内容相差无异，都是通过对站点内的工作情况进行监控并自动合理调节，可确保各个站点的工作正常。
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4 自来水厂控制系统的构建设计
在进行自来水厂控制系统的构建，只要对水质的监测所用的自动化水处理以及各个部分的机电一体化进行相应的处理，便能够使得水厂能够实现自动化、智能化。
4.1 控制系统的总结构
在控制系统中主要分为现场控制、主控制和相应的管理结构。对于这三个结构而言，对于现场控制主要是在自来水厂的现场终端进行一定的视频检测。通过相应的视频接口，使得自来水厂的实时数据能够传输到主控部分，在这个过程中对其中各个部分进行一定的分析，以确保其工作能够正常地进行。再者就是通过相应的信号装置在进行工作时对各个部分的信号进行采集，这就使得在工作时的数据能够实时传输并对这部分的数据进行一定的分析。另一个控制方式就是在进行监控时，通过各个部分的站点所传输的电信号数据进行一定的分析，使得主控制室了解到各个部分和相应的环节所运行的情况。对于中央控制室，也就是主控制层而言，就是对生产过程中的各个站点所需要的信号和相应的传输信号进行一定的分析，从而分析出整个系统的运行情况。对各个环节进行一定的调整，使得整体的运行能够稳定。而管理层主要采用一定的人为管理，对其中所出现的异常情况而系统无法识别进行一定的人工管理，使得整体的运行能够稳定。
4.2 水质检测自动化系统的搭建
在整个自来水厂的运行过程中水的检测系统是极为重要的，通过相应的水质检测能够保证自来水厂的输出水能够稳定输出，同时能够保障其安全性。在进行自来水厂自动化监测的时候，通过相应的水质检测设备，其中包括酸碱性和水中有害物质的测量，使得水质输出是能够达到所需要的要求。同时对于整体的运行而言，通过对其中的各个部分进行连接从而对不达标数值进行报警。
4.3 水处理的自动化
在自来水厂的运行中对水进行相应的处理的时候，采用的控制理论和相应的控制方法以及处理过程应当根据现在的条件进行一定提升，以保障整个水处理在运行过程中能够达到最好的水平，避免在运行过程中由于水处理的环境而出现问题，对最终的水质造成影响。同时在水处理的过程中，对于过滤以及加氯气、加药这些环节。应当实现自动化运行，从而使得在整体的运行控制能够在自动化条件下运行时的稳定性和控制的便捷性得到全面的提升。
4.4 自来水厂控制部分的集成
对于自来水厂各个处理环节而言，其中相应的控制部分相互独立但是又相互关联。因此在这个部分出现问题的时候应当进行及时的处理。其中处理的方式包括对各个部分进行一定的集成从而对各部分出现的问题进行及时的解决。对于自来水厂的控制系统而言，应当在这个部分进行主要的分析，实现对整个过程的自动运行，同时对运行中的状况进行识别和分析。
5 自来水厂电气自动化工程控制系统的构建
5.1 管控一体化的控制系统
自来水厂建立管控一体化的控制系统就是为了要建立一个能够监视和控制生产现场状态，还可以将自来水厂管理信息和生产现场信息相结合，同时具备企业管理功能和自来水厂控制功能的综合性自动化系统。管控信息集成的基本条件就是企业信息，实现企业横向和纵向信息沟通汇报与汇集的基础就是信息网络，建立网络的主要目的就是将企业范围内信息共享，及企业与外部的信息流通目标实现。自来水厂通常由管理层、控制层、设备层三层结构组合成一个综合自动化监管系统。管理层主要负责故障报警、信息采集、状态监控的工作的开展，由服务器与客户机等构成，以实现企业各种信息的集成，并与Internet进行连接，完成决策、管理和商务应用等功能；设备层只要负责具体的送水、过滤、沉淀、混凝、取水等环节的测控，例如机组电器柜、水泵机组、加药设备、水质监测设备等，实时采集现场数据，并将采集到的信息反映给控制中心的SCADA系统进行历史数据库的保存更新；控制层，由控制网及现场总线设备结合而成，将传统管理系统中的集散系统控制站（如水处理企业的PLC控制站）的工作内容分配到底层网络中，将测控设备的通信能里充分发挥出来，将控制网络便利的与通用数据网络进行连接。由于各个工艺环节具有极其分散的特性，因此需要位于中控室的控制中心对这些信息进行统筹，也意味着集中监控、分散控制也是自来水厂所具有的特点。
5.2 PLC在自来水厂自动化系统
可编程逻辑控制器又叫PLC，作为一种数位电子设备，其具有微处理机，可用于自动化控制系统中的数位逻辑控制器，可以实现控制指令随时储存与执行目的。PLC由数位类比、电源模组、输出输入单元、指令及资料内存和内部CPU等构成。自来水厂的生产工作具有组网相对复杂、设备较为分散、工艺部分距离远、不间断性和不可替代性、连续性等独特的特征，应当选择增强型处理器以满足系统运行的稳定性、拓展性和高速度要求。由PLC进行的数据采集及控制，能够使系统的稳定性大大提高，自来水厂的所有设备都实现了自动化的控制，并且能够实时记录画面与语音报警，实现自动化操作系统的历史状态、历史记录、实时曲线、历史曲线、打表复印等功能，自来水厂的自动化将可以完全替代人力作业，从而提高自来水厂的工作效率及经济效益。
5.3 变频控制技术
自来水厂的自来水需求量受到市场经济变动及各个地区实际情况的影响也会出现波动，变频控制技术就是为了解决这些问题，节约水资源的出现的一种新型技术。通过各个检测仪提供的水压、水位、水量等数据，采用自动控制取水水泵的方法进行自来水厂水量的合理调整就是所谓的变频控制技术。在自来水厂运用变频控制技术能够高效改善自来水厂的制水效率及工作标准，在实现节能环保目的同时对自来水送水质量、自来水利用率也有很大的提升。由此可见，还是需要在变频控制技术上下大功夫，不断研究其应用价值，从而解决水资源匮乏的问题。
6 自来水厂自动化设备的维护
水厂电气自动化系统作为一个智能的控制系统，其在长期生产过程中有效的提高了水厂的生产能力，降低了员工的劳动强度，确保了生产的安全性和稳定性，但在长期运行过程中不可避免的会有故障发生，一旦发生故障不能及时进行修理维护，会导致生产工艺的自动化系统变为半自动化系统。所以对于电气自动化系统进行维护具有极为重要的意义。目前，对于水厂自动化系统普遍存在一些问题，由于自动化配件具有更新快的特点，这样就导致水厂自动化系统中的配件出现问题时，出现了更换上的困难。部分配件早已停产，所以无法购置到相同型号和规格的配件，而且常规的配件采购渠道也存在着不畅通的情况，再加之缺乏高素质的电气自动化人才，这样就导致自动化系统出现故障后较长时间内处不到具体的维修，在很大程度上影响了电气自动化系统，在自来水厂应用过程中各项性能的有效发挥。
7 结束语
通过自来水厂电气工程的自动化控制系统的构建，将水资源充分利用，从而实现自来水厂的高效生产、高质量生产。基于此，应当加大对电气自动化工程控制系统的研究力度，在不断摸索中，构建出一套适合我国国情和实际自来水厂情况的电气自动化工程控制系统，为我国自来水事业做出贡献。
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