我國水廠自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展過程可分為三個階段：第一個階段是分散控制階段，該時期水廠各部分分別進行自動控制，各獨立系統(tǒng)各不相關；第二階段是水廠綜合自動化階段，在該時期整個水廠作為一個綜合自動化控制系統(tǒng)進行生產，同時各個獨立子系統(tǒng)可以獨立工作，該系統(tǒng)共享整個水廠的信息，同時又有分散控制的可能性。現階段大部分水廠處于此階段；第三階段是供水系統(tǒng)的綜合自動化控制階段，該階段要求在一個區(qū)域的供水企業(yè)共享信息，實現整個城市或地區(qū)供水系統(tǒng)的自動控制。我國的中小型水廠大部分處于第一或第二階段，只有很少大型水廠達到了第三階段。在國外，如加拿大、美國等發(fā)達國家基本實現了供水系統(tǒng)的全自動化，而開始進行分質供水，同時對水廠內部的自控系統(tǒng)也在不斷進行改進和提高。

當前水廠采用的自動控制系統(tǒng)結構形式，從自控的角度可以劃分為數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA）、集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System,DCS）、IPC PLC（Industrial Personal Computer & Programmable Logic Controller）系統(tǒng)，即工業(yè)個人計算機與可編程邏輯控制器構成的系統(tǒng)等。

SCADA系統(tǒng)組網范圍大、通訊方式靈活、但實時性較低，對大規(guī)模和復雜的控制實現較為困難。DCS系統(tǒng)則采用分級分布式控制，在物理上實現了真正的分散控制，且實時性較好，但應用軟件的編程工作量大，對開發(fā)和維護人員要求較高，開發(fā)周期較長。IPC PLC既可以實現分級分布控制，又可實現集中管理分散控制。而且PLC本身可靠性高、組網、編程和維護很方便，開發(fā)周期短、系統(tǒng)內的配置和調整又非常靈活，可與工業(yè)現場信號直接連接，易于實現機電一體化。因此，IPC PLC系統(tǒng)成為了當今水廠自動控制系統(tǒng)的主要結構形式。

綜合分析國際和國內水廠發(fā)展的各個階段的特點以及現有的水廠自動控制系統(tǒng)可知，自來水廠主要的控制技術與核心組成基本相同，主要有水質檢測技術、水處理技術、變頻節(jié)能技術與綜合自動化系統(tǒng)四個方面。

1）系統(tǒng)高度可靠，其本身的局部故障不應影響現場設備的正常運行。

2）系統(tǒng)成熟、可靠、先進、性價比高。系統(tǒng)配置和設備選型符合計算機發(fā)展迅速的特點，充分利用計算機領域的先進技術，使系統(tǒng)達到當前的國際先進水平。

3）系統(tǒng)為全分布、全開放自動化控制系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護應用資源和投資，分布式數據庫及軟件模塊化結構化設計，使系統(tǒng)能適應功能的增加和規(guī)模的擴充。

4）系統(tǒng)實時性好、抗干擾能力強，采用國際流行組態(tài)軟件，人機接口界面友好，操作方便。

5） 遵循國內、國際標準。

開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復合控制。

水廠實現自動化的根本目的是提高生產的可靠性和安全性，實現優(yōu)質、低耗和高效供水，獲得良好的經濟效益和社會效益，積極響應黨的號召，讓人民喝上安全放心的好水。

水廠自動化供水技術起停方式

1）直接起動： 總的來講，籠型交流異步電動機在起動的過程中會帶來很大的電流，大約會是其額定電流的 7 倍，這種情況只是單純的限制于功率稍小的電動機。

2）定子串電抗或電阻降壓起動： 這樣的方式只是單純的適用于輕載起動 ，能夠非常好的增加起動平穩(wěn)性 ，并且有效的減小電流，但是由于起動的過程中損耗比較大，并且經濟型較差，所以也只是在電機容量較小的時候才運用。

3）自耦變壓器降壓起動： 這樣的起動方式一般來講有失壓和過載保護，能夠有效的減少電動機電流對于電網的影響，但是它也有自身的缺點，主要是體積較大、結構比較復雜、價格較為昂貴，并且檢修起來不是十分的方便。

4）軟起動器起動： 軟啟動器的原理是利用可挖硅能夠更好的控制整流，如果改變可挖硅的控制角，使得電動機的電壓按照相應的規(guī)律升為全壓時，撤去控制信號，軟動器可退出運行，把此項技術運用到水泵中，可以更好的避免水錘效應產生。

5）變頻起動： 此種啟動方式主要是變頻器帶動電機從零起動，直到其能夠達到額定轉速。 一般來說采用電壓/頻率的控制方法，不會使得電流過大，對于機器的沖擊也是比較小的，能夠進行調速。但是它也有一個缺點，就是價格相對來講比較高，有電磁兼容的問題，是重載設備的首選。

水廠自動化供水技術恒壓供水

如果需要實現恒壓供水，就需要保持水壓力的穩(wěn)定，也就是平時所提到的調節(jié)供水量。簡單來講，調節(jié)供水量一般是可以通過以下兩種形式實現的：需要保持水泵的恒速轉動，可以依靠調節(jié)閥門的寬度來調節(jié)供水量；如果閥門的開度不變，那么我們可以調節(jié)水泵的轉速，從而有效的調節(jié)供水水量。

水廠自動化供水技術設計

1）井群系統(tǒng)： 我們對水泵的控制大體可以分為三種形式：手動控制、水源地值班室控制、遠程控制。 一般來說，手動控制是依靠人工來進行的；水源地值班室控制是依靠相應系統(tǒng)進行控制的；遠程控制主要是通過遠程中心來控制。

2）水廠系統(tǒng)： 主要設備包括了加氯車間、輸水泵房以及清水池。 井群水泵起停是依靠水廠的蓄電池進行控制的。 一般可以分為如下幾個單元：水廠參數需要采集壓力和流量等參數；控制系統(tǒng)主要是實現恒壓供水；數據系統(tǒng)是負責有效交換數據的。

3）調度中心： 這是整個供水系統(tǒng)操作、處理、統(tǒng)計、維護和監(jiān)管的中心，集中管理的整個監(jiān)控系統(tǒng)。 水廠的監(jiān)控軟件主要是負責同現場的通信設備進行協(xié)作運行，要把采集到的數據經過計算后以圖表或者數據的形式進行顯示，同時還需要進行故障報警、發(fā)出聲光信號等。

為解決農村飲水安全問題，很多地方建立了小型水廠，集中為一些村鎮(zhèn)供水。小型水廠自動化與配電是水廠建設中的重要部分，以下對該部分內容做簡要介紹。

農村集中供水形式：

各地根據自身的水資源及地勢情況確定供水形式，主要包括以下幾種：

1、 直供井供水：每個村鎮(zhèn)打一眼或多眼深井，直接通過管網為村鎮(zhèn)供水。

2、 一眼或多眼水源井取地下水，進入小型水廠，加氯，進入清水池，再通過幾套加壓泵為不同村鎮(zhèn)供水；有的小型水廠清水池地勢較高，可通過自流為不同的村鎮(zhèn)供水。

3、 一個或多個取水泵站取地表水，進入小型水廠后，經加藥加氯等工藝處理進入清水池，再通過幾套加壓泵為不同村鎮(zhèn)供水；有的小型水廠清水池地勢較高，可通過自流為不同的村鎮(zhèn)供水。

小型水廠自動化解決方案

以第二種供水形式為例介紹水廠自動化系統(tǒng)。多眼水源井取地下水，原水進入小型水廠，加氯，進入清水池，再通過幾套加壓泵為不同村鎮(zhèn)供水。

1、總體方案設計

◆ 在水源井井房內安裝水源井遠程測控終端。

◆ 在水廠進水口安裝流量監(jiān)測終端。

◆ 在水廠加氯間安裝加氯設備遠程測控及水質監(jiān)測終端。

◆ 在水廠加壓泵房安裝加壓泵站遠程測控終端。

◆ 在水廠低壓配電室安裝配電監(jiān)測終端。

◆ 在水廠值班室安裝工控機、計算機、投影儀、打印機等。安裝監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

◆ 流量監(jiān)測終端、加氯設備遠程測控及水質監(jiān)測終端、加壓泵站遠程測控終端與值班室工控機之間采用局域網有線通信方式；水源井遠程測控終端與值班室工控機之間采用GPRS無線通信方式（支持光纖通信方式）。

◆ 未來，水廠需要對各用水單位進行流量監(jiān)測，采用GPRS無線通信方式。

2、系統(tǒng)拓撲圖

3、自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

◆系統(tǒng)可以實時監(jiān)測水源井水泵工作情況，包括：電流、電壓、電能、泵開關狀態(tài)、保護狀態(tài)、出水壓力、出水流量。可以遠程起停水源井水泵。

◆系統(tǒng)可以實時監(jiān)測進廠流量、出廠流量、出廠壓力、水池水位、余氯等信息。

◆ 系統(tǒng)可以實時監(jiān)測加氯機的工作狀態(tài)、加氯速度、自動控制/遠程控制加氯機的起停。

◆ 系統(tǒng)可以實時監(jiān)測加壓泵組水泵的工作狀態(tài)，包括：開關狀態(tài)、保護狀態(tài)、電壓、電流、頻率等。

◆ 系統(tǒng)可以自動控制、遠程控制加壓泵的起停。根據出口壓力自動調整水泵轉速。

◆ 系統(tǒng)可以實時監(jiān)測配電站信息，包括：開關狀態(tài)、電流、電壓、電能等。

水廠自動化供水技術水質檢測技術

水處理中的自動檢測技術，即水質檢測技術是保證供水和排水水質的重要手段，也是指導水處理工藝運行過程的重要依據，隨著自動化技術、機械制造技術等方面的發(fā)展，出現了越來越多的新型自動化檢測儀表。

現階段使用的水處理自動化儀表包括流量、水位、溫度、壓力儀表以及水質測量分析儀表，如 pH 測量儀、流動電流檢測儀、漏氯報警儀、余氯分析儀、高低濁度在線檢測儀等。

在流量測量方面，除了傳統(tǒng)的電磁流量計外，還出現了大量非接觸式儀表。 水位測量儀表是水處理中另一類使用廣泛的檢測儀表，濾池、清水池、格柵配水井、配礬等處都要用到，主要有差壓式、靜壓式、吹氣式、浮子式、靜電電容式、以及超聲波等類型。 檢測儀表是實現水廠自動化的基礎，在日本等發(fā)達國家不僅大面積使用現有成熟儀表外，還不斷開發(fā)出新的檢測儀表并發(fā)展相關的檢測技術，不斷擴大檢測范圍，提高檢測精度。

水廠自動化供水技術水處理控制技術

隨著電子技術、計算機技術以及光電技術等相關學科的發(fā)展，工業(yè)自動化在各個方面都發(fā)生了深刻的變化，包括自動化感應部件、各種檢測傳感器、變送器、各種間接測量設備、各種執(zhí)行機構等底層設備，以及自動回路調節(jié)器、自動控制單元、各種大小型裝置控制系統(tǒng)乃至綜合優(yōu)化調度系統(tǒng)等。有關控制系統(tǒng)的研究和應用也一直是現代工業(yè)生產的重點工作之一，并且已經在控制理論和自動控制系統(tǒng)水平方面都發(fā)生了極大的變化。隨著水處理技術的不斷發(fā)展，對于水質指標的控制與水處理效率的要求也在不斷提高。新工藝、新設備的廣泛應用一方面提高了水處理能力，另一方面也對整個系統(tǒng)的控制、協(xié)調提出了更加嚴格復雜的要求。常規(guī)控制手段已經成為水處理行業(yè)中的薄弱環(huán)節(jié)之一，需要在現有工業(yè)自動化已經取得的成果基礎上研究、設計、投用適合于水處理行業(yè)的先進控制系統(tǒng)。由于水處理系統(tǒng)（特別是混凝投藥和加氯控制過程） 是一個大遲滯、非線性、時變的復雜系統(tǒng)，系統(tǒng)建模困難，很難控制好。因此各種先進的控制算法不斷提了出來。雖然各種先進的控制理論和算法不斷被提了出來，但是在實際的應用過程中，尤其是中小型水廠自動化控制系統(tǒng)中，經典的控制理論仍有著廣泛的應用空間。

水廠自動化供水技術變頻節(jié)能技術

變頻調速是一項有效的節(jié)能降耗技術，其節(jié)點效率很高，幾乎能將因設計冗余和用水量變化而浪費的電能全部節(jié)省下來。變頻調速控制技術是指以變頻調整原理為基礎，在保證供水可靠性的前提下，根據供水系統(tǒng)的用水量的變化情況，自動調整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區(qū)間內運行，已達到降低能耗、提高效率的目的。這一技術既科學又可靠，它具有調速精度高、功率因素高等特點，使用它可以提高產品質量、產量，并降低物料和設備的損耗，同時也能減少機械磨損和噪音，改善車間勞動條件，滿足生產工藝要求。

水廠自動化供水技術綜合自動化系統(tǒng)

隨著計算機網絡技術的不斷進步，建立一個供水系統(tǒng)的綜合自動化系統(tǒng)成為可能。在現代化的大型水廠中，除了采用先進的設備和控制技術對廠區(qū)內部進行有效控制和管理外，還要求實現對一個城市或地區(qū)整個供水系統(tǒng)的綜合自動化管理。對自來水公司而言，為了安全、穩(wěn)定、可靠地管理好遍布全城的供水系統(tǒng)，要有一個滿足企業(yè)特點的、現代化的、先進的的企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)(SAS)。 在該系統(tǒng)中，要實現對整個供水系統(tǒng)的現代化企業(yè)管理。主要包括社會服務系統(tǒng)，自來水管網地理信息系統(tǒng)（GIS）、自動抄表收費系統(tǒng)（AMR）、生產過程數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、辦公自動化系統(tǒng)（OAS）、自來水管網優(yōu)化系統(tǒng)、數據倉庫中心數據管理系統(tǒng)、信息管理中心系統(tǒng)（IMCS）等。在美國和加拿大等發(fā)達國家，已經建立了不少現代化的水廠，實現了整個供水系統(tǒng)的自動化。

系統(tǒng)組成：水廠遠程監(jiān)控系統(tǒng)是水司生產調度管理系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，主要由水司調度中心、水廠監(jiān)控中心、通信平臺、水廠測控終端、配電設備監(jiān)測終端組成。

通信平臺：水司調度中心、各水廠、各職能部門之間數據通信在局域網內完成；水廠與調度中心之間一般租用或鋪設光纖。

水廠監(jiān)控中心主要功能：

遠程監(jiān)測所轄水源井的工作情況、安防情況，遠程控制所轄水源井水泵的啟停；

在線監(jiān)測水廠內加壓泵組設備的工作情況，控制加壓泵組的啟停。

在線監(jiān)測水廠內蓄水池水位、清水池水位；進廠原水流量；出廠清水流量和壓力。

在線監(jiān)測出廠水的濁度、PH值、余氯等水質指標，錄入其它水質信息。

在線監(jiān)測大門、制水車間等重要場所的圖像。

生成各種報表及數據曲線。

隨著經濟的飛速發(fā)展，信息技術的不斷普及，這樣就為水廠自動化結構體系的改革，實現控制系統(tǒng)智能化、分散化、網絡化奠定了堅實的物質和技術基礎。

隨著智能傳感器、變送器、測量儀表、調節(jié)器及其執(zhí)行器等裝置，及其模糊控制、專家系統(tǒng)、自適應控制及其神經網絡等智能技術的應用，水廠的自動化將面臨著逐步向智能化進展。