水是生命之源。誕生于46億年前的地球水不僅自身?yè)碛猩?，同時(shí)又是生命的載體。對(duì)于每個(gè)家庭而言，飲用水的清潔安全至關(guān)重要。為保障每一滴水都能從取水源頭安全、達(dá)標(biāo)地抵達(dá)居民的水龍頭，城市供水集團(tuán)不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，用優(yōu)質(zhì)的的水質(zhì)，呵護(hù)人們的生命健康。

加藥工序是自來(lái)水廠控制水質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。新發(fā)布的《城鎮(zhèn)水務(wù)2035年行業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》明確了全國(guó)城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展的主要目標(biāo)，并對(duì)出廠水濁度提出更高要求（＜0.5NTU）。

對(duì)藥物的精準(zhǔn)投加是供水企業(yè)降低出水濁度、提升出水水質(zhì)的關(guān)鍵。然而，目前大多數(shù)自來(lái)水廠的藥物投加仍延用傳統(tǒng)的手工方式。供水行業(yè)迫切需要引入先進(jìn)的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化技術(shù)，加快水廠加藥環(huán)節(jié)的數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型，提高飲水安全。

某水務(wù)環(huán)境控股集團(tuán)有限公司致力于為珠海、澳門兩地提供優(yōu)質(zhì)、安全的飲用水，服務(wù)人口超過(guò)127萬(wàn)。該水務(wù)集團(tuán)旗下負(fù)責(zé)的珠海城區(qū)供水的自來(lái)水廠日供水能力可達(dá)12萬(wàn)噸/日。為進(jìn)一步提升供水品質(zhì)，讓珠海在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，保持住青山隱隱、綠水悠悠的生態(tài)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，該水廠正式啟動(dòng)改造工程，并目標(biāo)建成為珠海市首個(gè)擁有深度處理工藝的水廠。面對(duì)水廠智能加藥這一行業(yè)難題，該水廠希望與智能制造領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)合作，一同探索前行。

挑戰(zhàn)

在自來(lái)水的生產(chǎn)過(guò)程中，通常要經(jīng)過(guò)由原水加入藥物反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾、加氯氣消毒的工藝流程。在這一系列的處理過(guò)程中，藥物的投加是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因?yàn)樗幬锏耐都恿考捌浞磻?yīng)效果直接關(guān)系到自來(lái)水的水質(zhì)和生產(chǎn)成本。但目前水行業(yè)的藥劑投加很多仍依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)，藥物過(guò)量投加問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，無(wú)法滿足高品質(zhì)供水要求。

該水務(wù)集團(tuán)技術(shù)信息部總經(jīng)理表示：“加藥混凝沉淀是水廠重要的工藝環(huán)節(jié)，也是保證水質(zhì)、提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，但在行業(yè)內(nèi)卻是難點(diǎn)問(wèn)題?！?/p>

加藥控制的主要難點(diǎn)在于自來(lái)水制水加藥控制具有非線性、時(shí)變性和大時(shí)滯性等復(fù)雜特點(diǎn)，用傳統(tǒng)的控制方式難以達(dá)到滿意的控制效果。實(shí)現(xiàn)多變量、大滯后、強(qiáng)耦合系統(tǒng)控制是破解難題的關(guān)鍵，也是該水務(wù)集團(tuán)希望尋找到的智能加藥解決方案。

智慧水務(wù)作為智慧城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，在城市化發(fā)展進(jìn)程中的作用將愈發(fā)重要。該水務(wù)集團(tuán)也在加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐，希望通過(guò)部署智能加藥系統(tǒng)，滿足旗下自來(lái)水廠智能化、無(wú)人化的生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能、環(huán)保、高效的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)目標(biāo)。

解決方案

憑借出色的系統(tǒng)功能和豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，羅克韋爾自動(dòng)化的智能加藥解決方案獲得了客戶的青睞。根據(jù)該自來(lái)水廠的工藝特點(diǎn)，羅克韋爾自動(dòng)化融合大數(shù)據(jù)、人工智能和模型預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)技術(shù)，為水廠量身設(shè)計(jì)并部署了基于Pavilion8 模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)的智能加藥投加系統(tǒng)。

作為業(yè)內(nèi)第一家推出多變量非線性動(dòng)態(tài)控制和模型預(yù)測(cè)技術(shù)方案的供應(yīng)商，羅克韋爾自動(dòng)化在石油煉化等諸多高端應(yīng)用場(chǎng)景有著豐富的經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)異的表現(xiàn)。針對(duì)水廠加藥控制環(huán)節(jié)多變量、大滯后的特征，羅克韋爾自動(dòng)化基于模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)設(shè)計(jì)的智能加藥投加系統(tǒng)，可對(duì)被控對(duì)象的整體進(jìn)行多個(gè)變量的控制，消除多個(gè)回路之間的相互影響，具備預(yù)測(cè)能力，可根據(jù)多個(gè)回路的工況進(jìn)行分析，從而對(duì)控制器內(nèi)每一個(gè)回路的未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果對(duì)回路進(jìn)行調(diào)節(jié)。

相較于傳統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)，該方案具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力和更好的魯棒性，適合處理過(guò)程的大滯后、強(qiáng)耦合特性，并能有效地解決過(guò)程可測(cè)干擾。方案采用多變量?jī)?yōu)化算法，適合處理多層次、多目標(biāo)和多約束控制問(wèn)題，并且不斷進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校準(zhǔn)，根據(jù)預(yù)測(cè)模型可計(jì)算下一個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)的輸出，以此對(duì)未來(lái)水質(zhì)變化的加藥量調(diào)節(jié)進(jìn)行啟發(fā)式修正。

根據(jù)該水廠的水質(zhì)指標(biāo)要求，羅克韋爾自動(dòng)化為水廠建立了加礬模型和加氯模型等藥劑投加控制模型，通過(guò)模型預(yù)測(cè)控制算法實(shí)現(xiàn)整個(gè)水廠加藥工藝環(huán)節(jié)的智能化和全自動(dòng)控制，模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)可與現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。羅克韋爾自動(dòng)化自來(lái)水廠智能加藥解決方案通過(guò)自動(dòng)調(diào)整各種化學(xué)藥劑加入量，可有效解決現(xiàn)有加藥系統(tǒng)出水水質(zhì)不穩(wěn)定的問(wèn)題，避免藥物的過(guò)量投放，做到精確加藥，同時(shí)大大降低成本，擺脫加藥過(guò)程對(duì)操作人員的過(guò)度依賴，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工廠運(yùn)行。

借助羅克韋爾自動(dòng)化先進(jìn)的模型控制方案，自來(lái)水廠可將傳統(tǒng)的液氯消毒改為成品次氯酸鈉溶液消毒，采用泵閥控制投加形式，投藥精度控制在±1%，達(dá)到安全、環(huán)保、節(jié)能、高效的運(yùn)營(yíng)目標(biāo)。

效果

作為首個(gè)采用羅克韋爾自動(dòng)化智能加藥投加系統(tǒng)的自來(lái)水廠，該水廠實(shí)現(xiàn)了全廠藥劑的全自動(dòng)精確投加，毋須任何人工介入，滿足水廠智能化、無(wú)人化的要求。智能加藥解決方案在有效降低出廠水濁度的同時(shí)，大大提升了飲用水口感，進(jìn)一步助力珠海市打造第一個(gè)擁有深度處理工藝的水廠。出廠水質(zhì)達(dá)直飲水標(biāo)準(zhǔn)，真正意義上為珠海市民提供優(yōu)質(zhì)供水。

通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能和先進(jìn)控制技術(shù)的深度結(jié)合，羅克韋爾自動(dòng)化智能加藥投加系統(tǒng)可根據(jù)水質(zhì)變化對(duì)加藥量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)全廠藥劑的精確投加，在節(jié)省加藥量的同時(shí)，降低了重金屬對(duì)水的二次污染，保障百姓用水安全。通過(guò)加礬模型的精準(zhǔn)控制，該水廠有效避免了原水水質(zhì)波動(dòng)帶來(lái)的影響，模型投用后，絮凝沉淀池出水濁度的波動(dòng)減少50%，保障水廠出水濁度穩(wěn)定在0.1NTU。消毒模型控制使得出水余氯指標(biāo)的波動(dòng)減少45%，在消毒要求日益嚴(yán)峻的趨勢(shì)下，避免了藥劑過(guò)量投加，水質(zhì)中的金屬離子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)要求，減低了飲用者罹患老年癡呆癥的風(fēng)險(xiǎn)。該方案在提升水質(zhì)、提高產(chǎn)率、降低能耗、減少污染、保障安全方面優(yōu)勢(shì)顯著，同時(shí)大大提升了水廠的數(shù)字化水平。

一滴水很小，卻能折射出愛(ài)與智慧的光輝；一滴水也很大，足以裝下每人個(gè)人對(duì)健康的期盼?？萍紕?chuàng)新的目標(biāo)是滿足人們對(duì)美好生活的向往，面對(duì)可期的未來(lái)，羅克韋爾自動(dòng)化將加快自來(lái)水廠智能加藥解決方案的落地和“復(fù)制”，結(jié)合羅克韋爾自動(dòng)化智慧水務(wù)解決方案，推動(dòng)水行業(yè)的數(shù)字化和智慧轉(zhuǎn)型，與水行業(yè)企業(yè)攜手共創(chuàng)智慧水務(wù)新生態(tài)，為提升城市供水質(zhì)量，保障人民飲水健康，貢獻(xiàn)力量。

羅克韋爾自動(dòng)化為自來(lái)水廠成功部署智能加藥系統(tǒng)，保障了水廠全廠藥劑的全自動(dòng)精準(zhǔn)投放，推動(dòng)了水行業(yè)的數(shù)字化和智慧轉(zhuǎn)型。

————（本文轉(zhuǎn)自“羅克韋爾自動(dòng)化微信公眾號(hào)”）