自动控制系统在企业水处理过程中的研究与应用
一、研究的意义
现代水厂自动化系统主要有水质检测技术、水处理技术、变频节能技术与网络通讯技术四个方面。在结合中石化长岭分公司水务作业部水处理车间自动化系统新建工程的基础上，主要研究了其中三个方面，即水处理控制技术、变频节能技术与网络通讯技术。
水处理控制技术是保证供水水质的关键，供水水质的影响深远，是城市经济良好运行和居民安全用水的重要保障；变频节能技术是水厂降低电耗的关键，它根据供水系统用水量的变化情况，自动调节水泵工况，使之运行在高效率区间，同时也能减少机械噪音，改善劳动条件；网络通讯技术是现代企业对生产管理的一个重要手段，它能把现场信息与管理信息结合起来，使得更加安全、稳定、可靠地管理好整個企业的供水系统。
总之，希望通过研究，将几种先进的控制理论和控制方法应用到生产实践中去，研制出相应的新工艺，建立一整套水处理自动化控制系统装置，从而使得企业的供水安全可靠、节能环保和高效管理。
二、研究的现状
1.我国水处理自动控制的现状
我国自来水厂的自动化工作起步较晚，但发展较快。从六十年代简单的水位控制发展到七十年代采用热工仪表和集中巡检装置，八十年代随着国家工业水平的整体提高，使水厂进入了大规模的发展年代，特别是大量国外先进的自动化控制技术与设备进入我国，是我国水厂自动化进程大大加快，自动化水平也快速提高。
2.国外水处理自动控制的现状
在国外，如加拿大、德国等发达国家基本实现了供水系统的全自动化，而且开始进行分质供水，同时对水厂内部的自控系统也在不断地进行改进和提高。主要的自动控制系统有DCS（Distributed Control System）系统，即集散控制系统、IPC+PLC（Industrial Personal Computer & Programmable Logic Controller）系统，即工业个人计算机与可编程逻辑控制器构成的系统等。前者采用分级分布式控制，控制实时性好，但编程工作量大，对开发和维护人员要求高，开发周期长。后者既可实现分级分布式控制，也可集中管理控制，工作量小，开发周期短，特别是可与工业现场信号直接相连，易于实现机电一体化。这些先进的控制理论和控制方法为我们项目的研究提供了一个很好基础，其应用前景令人鼓舞。
三、研究目标与内容
1. 研究目标
通过项目组成员及企业分析技术人员的技术攻关，在中石化长岭分公司水处理车间供水生产过程几个关键部分中，改进现有的自动控制体系构成和自动控制策略，如送水泵站的自动控制、滤池的自动控制等；同时通过比较分析几种先进的自动控制方法，找出与企业实际条件相适应的最优控制方法；提出一种供水系统中网络通讯和数据采集终端的设计方案。为水处理装置开工后提供高效的技术保障，为企业产生好的经济效益和社会效益提供有力的保障。
2. 研究内容
本项目具体的研究内容有以下几点：
①自动加矾子控制系统的最优化控制方法设计与应用；
②加氯自动控制方案的设计与实施；
③建立和应用变频供水系统；
④建立和应用供水网络通讯体系；
3. 拟解决的关键问题
项目拟解决的关键问题如下：
①寻找出与生产实际相适应的自动加矾/加氯子控制系统的控制方法。
化工企业对于水质指标的控制与水处理效率的要求非常高，这就要求一方面新设备、新工艺必须投入使用，另一方面必须找出最优的控制方法，在现代控制理论中，有智能控制、神经网络、模糊控制、遗传算法等先进的控制理论。我们首先要做的是比较这几种控制理论，得到最有效的控制效果。
②解决水处理装置节能问题
在可持续发展的大背景下，企业要进行节能减排，就必须考虑装置的节能问题。在水处理行业中，普遍存着用水量变化较大的问题，并且不同季节、不同时段都有着持续的变化。高峰期按低峰时段供水量供水，显然就供水不足；低峰期按高峰时段供水量供水，显然能量损耗，资源浪费。因此，根据用水量自动控制水泵机组的运行，是本项目的一个重要问题。
③供水车间的现代化网络通讯问题
现代化的企业管理包括：企业内部各环节之间和企业内部与外部之间高效的信息交换。而车间现状是系统各自独立，互不相关，这必须得到改变。引入社会服务应用系统，如自来水管网地理信息系统（GIS），自动抄表系统（AMR），办公自动化系统（OAS）等，实现整个供水系统的信息交流，管理调度，现场控制等的综合管理体系。
四、研究方法及可行性分析
本项目的研究方法主要是调研法、查阅资料法、实验法等。一是调研法。深入相关行业企业一线调查研究，对中石化长岭分公司水处理车间进行现场数据采集，研究、确定项目成果的真实性和时效性；二是查阅资料法。阅读相应的分析标准，如国际标准、国家标准、行业标准等，研究国内外相关方面的专著和论文，收集相关文献资料，借鉴他人研究成果；三是实验法。分析方法的开发必须建立在实验基础上，只有通过反复地实验，得到准确的实验结果，才能做出正确的说明和判断，才能定出操作规程。
五、研究的创新之处
①研究的对象为化工企业（重污染，高危险，省支柱产业）中的水供给与处理系统；
②在设计改进型的最优自动加矾/加氯子系统控制方案时，利用现代先进的控制理论；
③分析了变频供水的节能原理，在建立工程模型的基础上，投入实际生产；
④在中石化长岭分公司大检修阶段，接触到了工业生产一线的资料，项目是在充分实践的基础上，利用水务作业部现有的相关设备进行研究与分析的。
基金项目：本文为2014年湖南省教育厅科学研究项目《中石化长岭分公司水务作业部水处理自动控制系统的研究与应用》（项目编号：14C0737）阶段性研究成果.
（作者单位：湖南省石油化工职业技术学院）