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张春义（1968－）

    男，天津人，工程师，1990年毕业于武汉水运工程学院工业电气自化专业，大学本科学历，现主要从事工业用电及电气控制方面的工作。

保证水量，提高水质，保障安全，优质服务和降低成本是城市供水系统当前的主要任务，而自动化和信息化则是完成该任务的重要技术手段。

目前，供水系统信息化技术主要表现为以下几个系统：给水企业计算机网络系统、给水计算机辅助调度系统、供水管网信息管理系统、查表和营业收费系统、给水管理信息系统、水质信息管理系统和计算机辅助决策系统。表1是各系统在各类水司的应用情况[1]。

自动化和信息化技术的应用不仅能降低药耗、能耗，同时极大地提高了自来水公司的供水水质，保障供水的安全可靠性，提高了公司的管理水平，创造了良好的经济和社会效益。

1  净水厂自动化应用

净水厂中的自动化系统主要有一二级泵房自动控制子系统和投矾加药自动控制子系统、沉淀池排泥自动控制子系统滤池、过滤自动控制子系统、全厂监测控制子系统及水厂视频安全监测子系统等。每个子系统可单独闭环运行或与其他系统一起组成水厂的整个综合自动化系统，形成水厂内的大闭环运行。而其中，自动投矾系统与自动加氯消毒系统应用最为广泛。

1.1  自动投矾系统

为了达到混凝处理的最佳工况，提高设备运行的自动化水平、保证出水质量、节省混凝剂用量，目前都开始逐步对混凝剂人工加药系统进行改造。投矾自动控制系统是利用流动电流原理，由微电脑控制在线胶体电荷检测，用变频控制技术实现加药量的自动控制，即由PID调节器调节变频器以控制加药泵电机转速，从而调整混凝剂加药量。根据自动控制理论中的串级控制方法得出如图1所示的SCD的串级控制流程图[2]。

系统主要由SCD传感器、调节器、变频控制系统、加药泵组成。调节器具有模拟量的输入输出端口，同时也具有开关量的输入输出端子。SCD传感器中的检测值以标准电流信号（4～20mA标准信号）传至调节器，与设定值对比判断，经PID运算后输出信号至变频器，变频器则根据PID调节器输出的信号得出运转频率从而对加药泵电机调速，使加药泵处于对应的工作状态之下，从而可以向水中投加定量的混凝剂。然后投加药剂的水样又流入传感器进行检测，并进行投药量的再调节。如此循环连续运作，实现连续自动调节加药量，保证混凝处理维持在最优工况。

图1  自动投药串级控制流程图

 1.2  自动加氯消毒系统

为达到消毒效果，又不造成氯气的浪费，必须根据原水流量的变化及后续水质的变化及时调整加氯量的大小。显然采用人工调节是很难实现的，采用先进的控制技术实现加氯自动化是很有必要的。采用如图2所示的自动加氯控制系统。

其控制原理为：加氯控制器根据原水流量以及投氯后取样水中余氯值和设定的余氯值，通过PLC中的PID（比例、积分、微分）调节控制加氯量，输出一个控制量来控制加氯机的投加装置（如控制阀门开启度调节）形成一个闭环控制，使余氯值向设定值逼近，确保出厂水余氯指标。余氯的设定值应根据水质要求进行设定，保证管网中余氯符合饮用水标准。随着季节和气候的变化和供水管网的情况以及原水水质的不同，余氯的设定值应随时进行调整。为了能较稳定控制加氯，应在氯后总管上设置流量计，以便将滤后水流量引入到加氯控制中，采用比例加PID的复合环控制。

图2  自动加氯系统流程图

2  供水管网水质监测SCADA系统

SCADA系统又称四遥（遥测、遥控、遥信、遥调）技术，它是建立在3C+S（Computer，Communication，Control，Sensor）基础上的。它具有多方面的功能，其中包括对管网中水质监测点的水质数据收集、传输、显示分析及历史查询等，还能对水质事故进行报警。供水企业的SCADA系统通常由远程终端（RTU）、一级或数级控制站点以及相应的通讯设备和外部设备所组成。RTU是整个SCADA系统的重要组成部分，担负着监控设备本地数据读取、检测，并接受远程遥测命令等重要任务。在自来水企业的产、供、销和企业管理等几大信息化块中，SCADA对下采集生产过程和管网供水的实时数据，并进行遥控遥调，对上将生产和供水的信息传到企业MIS系统中供水司领导决策参考，因此，供水SCADA就构成了城市自来水企业生产自动化和管理信息化的核心系统。

2.1  SCADA系统的硬件组成

SCADA系统从技术角度讲包括了计算机应用、通讯技术、控制技术和传感技术组成，系统的硬件系统主要如图3所示[3]。

 图3  SCADA系统硬件结构图

2.2  管网SCADA系统的软件结构

SCADA系统的软件结构图如图4所示。系统担负着上传数据至上位机和执行操作上位机所传送指令操作硬件的任务，通常执行这一任务的操作的软件平台是工业控制自动化软件，这些软件往往能以形象直观非常人性化的操作界面完成数据的显示和指令执行等功能。

用计算机控制供水系统，可以优化供水调度、实现节能降耗、节省人力资源、大幅提高效率，还可进行管网压力统计分析、指导管网改造、提供供水预测，并有利于管网故障的快速定位及报警抢修。采用新观念、新技术、新产品构建适用于给水排水的管理功能强大、可靠性强、有良好的现场安装界面、易于操作和维护与价格低廉的SCADA系统，是给排水行业客户的需要也是SCADA系统集成商的责任。

 图4  SCADA系统软件结构图

3  供水营业抄收的自动化

抄表是现代城市自来水管网系统中的一个重要环节，而传统的用水量结算是依靠人工定期到现场抄取数据，在实时性、准确性和应用性等方面都存在诸多不足之处。利用现代通信技术和计算机技术以及测量技术结合在一起，便能够及时、准确、全面地反映用水使用状况。同时实现抄表，收费，统计分析，查询等功能的自动化。营业收费管理系统通常由营业管理、水量水费管理、决策支持和系统维护四个子系统组成。

方案是基于GSM/GPRS/CDMA网络通信的无线通讯技术，将水表数据和其它（所需）信息实时可靠的采集回来，通过应用具有智能化分析功能的供水信息化数据保管系统，为用水管理提供实时性好、稳定性高的数据和事件记录。远程自动抄表将是今后水表抄收方式改革的必然趋势，它不仅仅为营业收费提供供水数量依据，还可以为管网建模、漏耗计量等提供准确可靠的依据，因此它最终必定成为企业带来人们所期望的管理效益、经济效应和社会效应。

4  结语

面向自来水行业，针对目前自来水行业的信息化建设存在的问题，研究和开发一套理念先进、功能完备、系统科学的信息化系统应用软件是今后营业系统自动化的发展方向。

供水企业中各自动化系统将本着经济适用、技术先进、功能实用、安全可靠的原则来进行设计和开发建设。系统在设计上还应采用开放式体系结构，考虑其扩展性。信息化系统能提供一个好的管理体制，引起经营理念的改变，带动经营机制的转变，实现供水企业发展的现代化，实现企业经济效益提高的目的。同时使供水行业更加有效的为社会服务，为数字化城市建设奠定基础。

参考文献

[1] 周力尤. 给水行业自动化与信息化技术应用现状及发展方向探讨[J]. 给水排水,2005,31(7):100-104.

[2] 童祯恭. 浅析水厂自动投药控制系统[J]. 华东交通大学学报,2001,3.

[3] 信昆仑. 给水管网微观模型优化调度应用研究[D]. 上海:同济大学博士学位论文,2003.

[4] http://www.datasaver.cn/Web/Solution/GongShui_3.htm.